本发明专利技术提供了一种基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法，涉及环境监测技术领域；包括光源、分束镜、光探测器、光散射元件、无线传感器节点、信号处理电路和光谱分析处理模块；光源发出的激光经过分束镜分束，透射激光经过光散射器件给无线传感器节点供能，反射激光被光探测器接收，将光信号转换为电信号；经过光谱分析模块的处理分析，得到被监测空间的光谱信息；与光源数据库的光谱信息进行比较，识别出被监测环境中存在的被检测气体及其含量；本装置和方法充分利用了为无线传感器节点供能的激光光束，在设置有无线传感器节点的网络中集成环境痕量气体检测，提高环境监测装置的全面性和工作效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境监测
，特别涉及到一种在被监测空间内利用激光主动供 能的危险气体探测的装置和方法。
技术介绍
近年来，矿难频繁发生，核试验和其他危险作业的安全也变得越来越重要，于是环 境监测的重要性凸显出来，方便全面安全的环境监测成为国计民生中十分重要的环节；国 内外很多研究机构致力于痕量气体检测，气体检测的技术日趋成熟；同时关于自供能的研 究广泛展开，激光主动为被监测空间的无线传感器节点供能成为自供能技术的一种重要补 充出现，激光主动为被监测空间无线传感器节点供能的方法为在此条件下进行痕量气体测 量奠定了基础，由于在激光进入被监测空间后到达光散射器件前有一段光程，这段光程内 激光将携带被监测空间气体组分的吸收光谱信息，利用激光主动为无线传感器节点供能的 激光进行痕量气体检测提供了条件，所以把无线传感器节点供能和痕量气体检测结合起来 能够使对被监测空间的监测趋于全面化，同时将提高监测的效率。因此急需一种在无线传感器节点的基础上集成激光主动供能与痕量气体检测被 监测空间内环境气体的组分及含量的装置和方法。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决上述问题，本专利技术提出一种在无线传感器节点的基础上集成 激光主动供能与痕量气体检测被监测空间内环境气体的组分及含量的装置和方法；本专利技术 的目的之一是提出一种基于激光远距离供能的痕量气体检测的装置；本专利技术的目的之二是 提出一种基于激光远距离供能的痕量气体检测的方法。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案来实现的本专利技术提供的一种基于激光远距离供能的痕量气体检测的装置，包括激光光源、激光 光路检测单元和数据采集与处理单元；所述激光光路检测单元包括分束镜、光探测器、光散射元件和无线传感器节点，所述分 束镜反射面所反射的激光被光探测器接收，所述分束镜透射出的激光被光散射元件散射到 无线传感器节点；所述数据采集与处理单元包括信号处理电路和光谱分析处理模块；所述信号处理电路 与光探测器连接，并对由光探测器探测到的光信号进行处理，所述光谱分析模块用于对经 过信号处理电路处理后的光信号进行光谱分析，并将经过光谱分析模块得到光谱信息与原 始光谱信息进行比较得到被监测空间内气体的组分及其含量。进一步，还包括有与数据采集与处理单元连接的液晶显示器； 进一步，还包括有可调节与光探测器间角度的分束镜调整机构。本专利技术的目的之二是通过以下技术方案来实现的本专利技术提供的一种基于激光远距离供能的痕量气体检测的方法，包括以下步骤51激光光源发出的激光经过分束，透射激光给无线传感器节点供能，反射激光用于气 体探测；52光探测器接收到反射激光，并将光信号转换为电信号；53 电信号经过光谱分析模块的处理并进行光谱分析，得到经过被监测空间后的光谱 fn息；54与标准光谱信息进行比较，识别出被监测空间中存在的被检测气体组分及其含量。进一步，所述步骤Sl中激光按光强比例分束，使光强能满足无线传感器节点供 能要求的激光透射到达光散射器件，反射激光在回程中再次经过被监测空间，增大吸收光 程；进一步，所述步骤Sl中根据不同检测气体利用分束镜固定机构调整分束镜的反射角 度，使反射激光到达不同波长的光探测器，光探测器根据被检测气体的不同分布规律，与分 束镜的调节相配合；进一步，所述步骤S3中所述电信号是经过信号处理电路进行数字处理而得到的数字 电信号；进一步，所述步骤S4中所述标准光谱信息是通过采用不同的光源对多种气体的检测 而得到的光谱信息。本专利技术的优点在于本专利技术采用在无线传感器节点的基础上集成激光主动供能与 痕量气体检测的装置和方法；利用激光主动供能中激光携带的光谱信息对环境中气体进 行检测，从而监测环境中气体组分，通过检测结果对环境情况做出评估，指导生产作业的进 行；提高了环境监测装置的全面性和工作效率，同时采用实时气体检测技术能够使整个系 统具备实时、高效、精确等特点，在环境监测领域具有很大的应用前景；并且通过建立丰富 的数据库并采用不同的光源，可以实现对多种气体的检测。本专利技术的其它优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要 求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进 一步的详细描述，其中图1为基于激光远距离供能的痕量气体检测装置结构简图； 图2为基于激光远距离供能的痕量气体检测装置结构框图。图中1为激光光源，2为分束镜，3为光探测器，4为无线传感器节点，5为光散射 元件，6为被监测空间壁，7为散射光的照射区域。具体实施例方式以下将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例 仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。图1为基于激光远距离供能的痕量气体检测装置结构简图；图2为基于激光远距离供能的痕量气体检测装置结构框图；在本专利技术的实施例中光源即为无线传感器节点供能 的激光光源；本专利技术提供基于激光远距离供能的痕量气体检测方法的实施例中，包括光源、 激光光路检测单元和数据采集与处理单元；所述光源为置于被监测空间外部的激光光源，本专利技术实施例中的光源可以采用可见或 者红外的激光光源，光源功率大小及波长选择根据供能需要及气体检测的需要来确定。激光光路检测单元包括分束镜、置于光谱分析仪器外壳内的光探测器、光散射元 件和无线传感器节点，分束镜采用普通的分光镜即可；分束镜反射面所反射的激光被光探 测器接收，所述分束镜透射出的激光被光散射元件散射到无线传感器节点；本专利技术实施例 中的光探测器可以采用可见光探测器可选择硅探测器；近红外探测器可选择PbSe探测 器，铟镓砷探测器等；光谱分析方法可以采用目前常用的气体检测的分析方法，如TDLAS的 方案等。 所述数据采集与处理单元包括信号处理电路和光谱分析处理模块；所述信号处理 电路与光探测器连接，并对由光探测器探测到的光信号进行处理，所述光谱分析模块用于 对经过信号处理电路处理后的光信号进行光谱分析，并将经过光谱分析模块得到光谱信息 与原始光谱信息进行比较得到被监测空间内气体的组分及其含量。作为上述实施例的进一步改进，还包括有与数据采集与处理单元连接的液晶显示 器，其中激光光源置于被监测空间外部，光谱分析模块及显示电路集成于电路板，封装在仪 器内部。作为上述实施例的进一步改进，还包括有可调节与光探测器间角度的分束镜固定 机构，分束镜需要设计稳定的可以在较大角度范围内调节方向的分束镜固定机构，将分束 镜安装到分束镜固定机构上，使其能够随意地转动，从而准确地与光探测器对应起来，实现 单系统对多种气体的检测。本专利技术提供的实施例工作过程激光器1发出激光经过短暂光程从被监测空间窗 口穿过被监测空间壁6进入被监测空间内部，光进入被监测空间内部以后在到达用于光供 能的散射元件之前在被监测空间有一段光程，这期间将携带被监测空间内部气体成分的光 谱信息，激光到达分束镜2，经过分束镜以后，大部分光透射到达光散射器件5，均勻分散到 散射光的照射区域7，为无线传感器节点4供能；少部分光反射后到达光探测器3，光探测器 3探测采本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．基于激光远距离供能的痕量气体检测装置，其特征在于：包括激光光源、激光光路检测单元和数据采集与处理单元；所述激光光路检测单元包括分束镜、光探测器、光散射元件和无线传感器节点，所述分束镜反射面所反射的激光被光探测器接收，所述分束镜透射出的激光被光散射元件散射到无线传感器节点，通过传感器节点自身的换能器件为传感器节点供能；所述数据采集与处理单元包括信号处理电路和光谱分析处理模块；所述信号处理电路与光探测器连接，并对由光探测器探测到的光信号进行处理，所述光谱分析模块用于对经过信号处理电路处理后的光信号进行光谱分析，并将经过光谱分析模块得到光谱信息与原始光谱信息进行比较得到被监测空间内气体的组分及其含量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱永，陈建君，王宁，韦玮，陈韬，李平，文玉梅，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85
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