[实用新型]一种基于双吸收峰的微量水气检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于分布反馈半导体激光器波长扫描的气体检测系统，具体讲是一种利用水气在其两个本征吸收谱线处的吸收峰相对值来计算水气浓度的检测系统。 

背景技术

当光通过介质时，即使不发生反射、折射和衍射现象，其传播情况也会发生变化。这是因为光子与组成介质的分子和原子将发生作用，主要是发生吸收和散射，造成光波衰减。在我们这种传感器中，衰减的产生主要是因为吸收这一过程。可用朗伯—比尔定律进行分析。光波为单色光，在传播距离L后，其光强为：I(λ)=I₀(λ)exp(-α₀CL)(1)式中C—吸收气体的浓度,α₀—单位长度、单位浓度的吸收系数。进一步转化公式(1)，得：C=1/(αL)ln(I/I₀)(2)。当气室中无待测气体时，透过气室的光经光探测器测得其光强为I₀；当待测气体充入气室并达到一定浓度C后，此气体对光源发出的光有较强的吸收，这时测得通过气室后的光的光强为I，于是I与I₀相比，必有一定程度的衰减，通过测得I₀与I的比值，便可以检测气体的浓度。在被测气体吸收光的过程中,不同的气体物质有不同的吸收峰,即由于分子结构和能量分布的差异，不同的气体将显示出不同的吸收谱,它决定了气体光吸收测量法的选择性和鉴别性,满足被气体吸收后的光的强度变化即气体含量的唯一确定性.探测器的输出表征了被测气体的特性状态.上述构成了光学式气体浓度测量的理论基础. 

水蒸气气体的本征吸收谱在λ1=1367.578nm,λ2=1367.862nm,λ3=1368.597nm,λ4=1369.970m处,然而水蒸气在λ=1368.597nm处的吸收系数是其中最大的。 

在项目开发过程中，我们发现使用单吸收峰检测方法时，由于高大气压强对信号吸收峰有展宽作用，使得相邻的吸收峰底部重叠，除此之外，不理想归一化等其他原因也会造成吸收峰底部的上移，从而会将底部抬高，而激光器的扫描范围有限从而无法得到吸收峰与未吸收部分的相对值计算，这严重影响到测量精度，甚至检测设备的功能会丧失。《一种新的基于光谱扫描法的水气浓度检测方法实验和理论探索》就是使用了单吸收峰的水气检测方法，它发表于2011年7月的ICEOE 2011第四卷第315-319页，该文章的检索号为12221650，ISBN为978-1-61284-275-2。 

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型提出了一种基于双吸收峰的微量水气检测系统。 

本实用新型的技术方案是按以下方式实现的： 

一种基于双吸收峰的微量水气检测系统，包括激光驱动模块、温度控制电路、激光器、耦合器、准直器、气室、第一光电探测器、第二光电探测器、第一放大滤波电路、第二放大滤波电路、差分滤波电路、示波器及单片机，其特征在于激光器位于耦合器之前，耦合器将输入的一路激光束分为两路激光束；一路光路中通过光纤和气室相连接，气室中放置准直器，气室另一端由光纤连接到第一光电探测器的输入端；另一路光路直接由光纤连接到第二光电探测器的输入端，第一第二光电探测器的输出端分别和第一第二放大滤波电路相连接，第一、第二放大滤波电路的输出端分别连接到差分滤波电路的输入端，差分滤波电路的输出端接示波器和单片机；激光驱动模块和温度控制电路分别连接到激光器以对激光器进行驱动及温度控制，温度控制电路和单片机相连接以实现单片机对激光器的智能化控温。 

所述的激光器是WSLS-137010C1424-20型激光器，波长为1370±2nm。 

所述的光电探测器是PIN光电探测器。 

所述的第一、第二放大滤波电路各自包括两个前后相连的集成运放，后级集成运放输入端连接成阻容组合的压控电压源2阶低通滤波器。 

所述的差分滤波电路是由差分集成运放和集成滤波芯片连接而成。 

所述的温度控制电路是由设置在激光器内部的集成的热敏电阻和外接电阻组成的电桥、电压比较器、温度控制芯片及MOS管电路组成.其中电桥连接到电压比较器的输入端，电压比较器的输出端连接到温度控制芯片，温度控制芯片和MOS管电路相连接，MOS管电路的输出端和封装在激光器上的Tec（半导体致冷器）相连接。 

上述Tec是英文Thermoelectric Cooler的缩写，即半导体致冷器。 

一种利用上述检测系统进行水气检测的方法，步骤如下：