同时监测一氧化碳和二氧化碳浓度的装置，属于气体浓度检测技术领域。本发明专利技术的目的是解决现有光谱学气体探测方面使用单模二极管激光器成本高、输出波长对工作温度变化敏感的问题。本发明专利技术锯齿波发生器和正弦波发生器的输出端分别连接功分器的一个输入端，功分器的输出端连接电流控制器的输入端，电流控制器和温度控制器的输出端分别连接可调谐多模二极管激光器的一个输入端，可调谐多模二极管激光器的输出光入射到准直透镜内，通过准直透镜的透射光顺次入射到三路由分光镜、气体池、聚焦透镜、光电探测器形成的支路并且输出端连接到数据采集卡，数据采集卡再通过ＰＣＩ插槽与计算机连接。本发明专利技术用于一氧化碳和二氧化碳浓度的监测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种同时监测一氧化碳和二氧化碳浓度的装置，属于气体浓度 检测
技术介绍
当前气体探测手段主要分为化学和光谱学两种方法。相比于化学检测手 段，光谱技术具有非接触、远距离、响应快的优点。在光谱学方法中，可调谐二极管激光光谱技术(TDLAS)采用了小尺寸、低能耗、易调谐的二极管激光 器做为光源，具有高灵敏、高选择、响应速度快、在线、节能、集成等优点。 更为重要的是，通过调谐二极管激光器扫描不同吸收谱线位置可以实现对多种 气体的检测，进一步提高了系统的集成化和小型化。然而TDLAS技术的缺点 是为了实现对目标气体的选择性测量，对光源的单模输出具有很高的要求， 通常的TDLAS系统必须使用单模二极管激光器才能满足这种输出的要求，例 如目前普遍使用的分布式反馈(DFB) 二极管激光器和外腔二极管激光器 (ECLD)，制作这些单模激光器的工艺复杂，大大提高了系统成本。此外TDLAS 系统对二极管激光器的波长输出稳定性要求非常严格，然而二极管激光器的输 出波长对工作温度变化十分敏感，这就要求在气体监测过程中严格控制激光器 的工作温度，这使得TDLAS系统变得复杂，可靠性和稳定性也随之降低，从 而限制了 TDLAS系统在复杂环境中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有光谱学气体探测装置中使用单模二极管激光器 成本高，并且输出波长对工作温度变化敏感的问题，提供了一种采用可调谐多 模二极管激光器的可同时监测一氧化碳和二氧化碳浓度的装置。本专利技术由锯齿波发生器、正弦波发生器、功分器、电流控制器、温度控制 器、可调谐多模二极管激光器、准直透镜、第一分光镜、第一气体池、第一聚 焦透镜、第一光电探测器、第二分光镜、第二气体池、第二聚焦透镜、第二光 电探测器、反射镜、第三气体池、第三聚焦透镜、第三光电探测器、数据采集生器和正弦波发生器的输出端分别连接功分器的一 个输入端，功分器的输出端连接电流控制器的输入端，电流控制器和温度控制 器的输出端分别连接可调谐多模二极管激光器的一个输入端，可调谐多模二极 管激光器的输出光入射到准直透镜内，通过准直透镜的透射光顺次入射到第一 分光镜、第一气体池、第一聚焦透镜、第一光电探测器内；经准直透镜输出到 第一分光镜而反射出的可调谐多模二极管激光器产生的光再经第二分光镜反 射后顺次入射到第二气体池、第二聚焦透镜、第二光电探测器内；通过第二分 光镜的透射光经反射镜反射后顺次入射到第二气体池、第三聚焦透镜、第三光 电探测器内；第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器的电信号输 出端分别连接数据采集卡的一个输入端,数据采集卡通过PCI插槽与计算机连 接，第一气体池、第二气体池和第三气体池内分别装有未知浓度待测气体、已 知浓度一氧化碳气体和已知浓度二氧化碳气体中的一种。 本专利技术的优点是1、 通过将工艺简单的廉价多模二极管激光器应用于TDLAS可调谐二极 管激光光谱技术，实现了用单个多模二极管激光器同时测量两种气体，多模二 极管激光器的成本仅为同类单模二极管激光器的十分之一，大大降低了测量装 置的成本。2、 本专利技术为监测仪器在处于复杂多变环境的情况下对一氧化碳和二氧化 碳的浓度同时进行实时监测提供了低成本解决方法，并具有灵敏度高、响应速 度快、稳定性好、可靠性高、维护简单的优点。通过应用关联光谱技术实现对 目标气体的特征性识别，摒弃了对激光输出波长严格控制的要求，从而降低浓 度测量装置的复杂度，提高了测量的可靠性和稳定性。本专利技术中可调谐多模二 极管激光器输出的波长在1572nm附近变化，而一氧化碳和二氧化碳气体在这 个波段均有大量的吸收线，因此可以用该激光器来同时测量一氧化碳和二氧化 碳气体的浓度。多模二极管激光器的输出波长由温度控制调制变化，通过改变 激光器的工作温度，获得更大的波长变化范围，从而产生更多的吸收信号。由 于多模二极管激光吸收光谱的随机性，本专利技术通过两种参考气体产生的吸收信 号时时跟踪待测气体产生的吸收信号，这样就不需要吸收信号的波长具有严格 的稳定性，也就摒弃了对激光器严格控温稳定输出波长的要求。此外，通过判5断样品信号和参考信号的关联度来有效排除干扰气体和跳模等产生的干扰信 号，能够实现对目标气体的选择性识别和探测。 附图说明图l是本专利技术的整体结构示意图，图2是气体池的外观结构示意图，图3 是图2的剖视图，图4是图2的左视图，图5是图2的A向视图。 具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式由锯齿波发 生器l、正弦波发生器2、功分器3、电流控制器4、温度控制器5、可调谐多 模二极管激光器6、准直透镜7、第一分光镜8、第一气体池9、第一聚焦透镜 10、第一光电探测器ll、第二分光镜12、第二气体池13、第二聚焦透镜14、 第二光电探测器15、反射镜16、第三气体池17、第三聚焦透镜18、第三光电 探测器19、数据采集卡20和计算机21组成，锯齿波发生器1和正弦波发生 器2的输出端分别连接功分器3的一个输入端，功分器3的输出端连接电流控 制器4的输入端，电流控制器4和温度控制器5的输出端分别连接可调谐多模 二极管激光器6的一个输入端，可调谐多模二极管激光器6的输出光入射到准 直透镜7内，通过准直透镜7的透射光顺次入射到第一分光镜8、第一气体池 9、第一聚焦透镜10、第一光电探测器11内；经准直透镜7输出到第一分光 镜8而反射出的可调谐多模二极管激光器6产生的光再经第二分光镜12反射 后顺次入射到第二气体池13、第二聚焦透镜14、第二光电探测器15内；通过 第二分光镜12的透射光经反射镜16反射后顺次入射到第三气体池17、第三 聚焦透镜18、第三光电探测器19内；第一光电探测器11、第二光电探测器 15和第三光电探测器19的电信号输出端分别连接数据采集卡20的一个输入 端，数据采集卡20通过PCI插槽与计算机21连接，第一气体池9、第二气体 池13和第三气体池17内分别装有未知浓度待测气体、已知浓度一氧化碳气体 和已知浓度二氧化碳气体中的一种。锯齿波发生器1输出的锯齿波和正弦波发生器2输出的正弦波通过功分器 3耦合后输入到电流控制器4中，电流控制器4和温度控制器5 —起控制可调 谐多模二极管激光器6，电流控制器4为激光器6提供直流偏置和调制信号。工作原理本专利技术使用波长调制光谱技术，实现方法是将一个较高频率的正弦波调制信号加载到激光器的注入电流中，使激光输出在其光学频率附近作 正弦抖动，在对信号解调时只针对调制频率二次谐波附近很窄带宽的信号进行 提取，实现调谐的范围在目标气体吸收线附近。从而抑制了其它大部分频段的 噪声信号，大大提高了信噪比。与此同时， 一个较低频率的锯齿波被同时加载 到激光器的注入电流中，使得激光器输出的中心波长能完整地扫描过气体吸收 线。三路吸收光信号通过光电探测器后转化成电压信号被数据卡采集，最终被送入计算机21处理。计算机根据Beer-Lambert定律，基于LabVIEW软件编写 的程序可以实时处理来自数据采集卡的数据，通过参比待测气体信号与已知浓 度的一氧化碳和二氧化碳气体的信号的关联度来提取有效的目标气体吸收信 号，对采集的信号进行二次谐波解调、关联性判断、离值处理、线性回归，通 过样品信号与参考信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
同时监测一氧化碳和二氧化碳浓度的装置，其特征在于它由锯齿波发生器（１）、正弦波发生器（２）、功分器（３）、电流控制器（４）、温度控制器（５）、可调谐多模二极管激光器（６）、准直透镜（７）、第一分光镜（８）、第一气体池（９）、第一聚焦透镜（１０）、第一光电探测器（１１）、第二分光镜（１２）、第二气体池（１３）、第二聚焦透镜（１４）、第二光电探测器（１５）、反射镜（１６）、第三气体池（１７）、第三聚焦透镜（１８）、第三光电探测器（１９）、数据采集卡（２０）和计算机（２１）组成，锯齿波发生器（１）和正弦波发生器（２）的输出端分别连接功分器（３）的一个输入端，功分器（３）的输出端连接电流控制器（４）的输入端，电流控制器（４）和温度控制器（５）的输出端分别连接可调谐多模二极管激光器（６）的一个输入端，可调谐多模二极管激光器（６）的输出光入射到准直透镜（７）内，通过准直透镜（７）的透射光顺次入射到第一分光镜（８）、第一气体池（９）、第一聚焦透镜（１０）、第一光电探测器（１１）内；经准直透镜（７）输出到第一分光镜（８）而反射出的可调谐多模二极管激光器（６）产生的光再经第二分光镜（１２）反射后顺次入射到第二气体池（１３）、第二聚焦透镜（１４）、第二光电探测器（１５）内；通过第二分光镜（１２）的透射光经反射镜（１６）反射后顺次入射到第三气体池（１７）、第三聚焦透镜（１８）、第三光电探测器（１９）内；第一光电探测器（１１）、第二光电探测器（１５）和第三光电探测器（１９）的电信号输出端分别连接数据采集卡（２０）的一个输入端，数据采集卡（２０）通过ＰＣＩ插槽与计算机（２１）连接，第一气体池（９）、第二气体池（１３）和第三气体池（１７）内分别装有未知浓度待测气体、已知浓度一氧化碳气体和已知浓度二氧化碳气体中的一种。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：娄秀涛，张治国，高宝烈萨姆斯菲林，陈斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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