[发明专利]一种便携非接触式激光酒精测量装置及方法

权利要求书

1.一种便携非接触式激光酒精测量装置，其特征在于：

包括DSP处理电路，TDLAS驱动和调制电路，半导体激光器，光学系统，光电探测器，低噪声前置放大电路，极弱信号提取电路以及仪器设置输入及数据输出显示屏；

DSP处理电路分别与TDLAS驱动和调制电路、极弱信号提取电路以及仪器设置输入及数据输出显示屏电连接；

TDLAS驱动和调制电路激发半导体激器光发出出射激光，出射激光通过光学系统后照向待测量车辆内部；光学系统接收待测量车辆内部反射的微弱激光信号并将其会聚于光电探测器靶面上；

光电探测器通过低噪声前置放大电路与极弱信号提取电路电连接。

2.根据权利要求1所述的便携非接触式激光酒精测量装置，其特征在于：还包括低照度高灵敏度摄像装置；所述低照度高灵敏度摄像装置与DSP处理电路电连接用于拍摄待测量车辆的图像；低照度高灵敏度摄像装置在0.003Lux@F1.2的条件下具有不小于30dB的信噪比。

3.根据权利要求1或2所述的便携非接触式激光酒精测量装置，其特征在于：还包括数据存储电路；所述数据存储电路与DSP数据处理电路电连接。

4.根据权利要求3所述的便携非接触式激光酒精测量装置，其特征在于：所述光学系统采用抛物线集光器形式。

5.根据权利要求1所述的便携非接触式激光酒精测量装置，其特征在于：所述光学系统与待测量车辆的最远水平距离为100m。

6.根据权利要求1所述的便携非接触式激光酒精测量装置，其特征在于：所述低噪声前置放大电路在增益10⁶条件下的噪声低至1mV_rms以下。

7.基于权利要求1所述的便携非接触式激光酒精测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)标定曲线的拟合

经过谐调半导体激光器照射不同浓度的酒精气体，通过采集极弱信号提取电路输出的不同信号幅值建立函数关系并拟合标定曲线，将函数和标定曲线存储于DSP处理电路中；

2)测量参数的输入；

将测量参数输入至仪器设置输入及数据输出显示屏，仪器设置输入及数据输出显示屏将测量参数传输给DSP处理电路；所述测量参数包括测试距离和酒精分子浓度报警阈值；

3)出射激光的激发及发射；

3.1)DSP处理电路根据测量参数控制TDLAS驱动和调制电路的驱动电流和调制频率生成调制信号，并将调制信号发送至极弱信号提取电路；

3.2)TDLAS驱动和调制电路在DSP处理电路的控制下输出调频电流信号，调频电流信号为非恒定值；所述调频电流信号上升沿为线性扫描上升，在调制信号下降沿快速下降到零；

3.3)半导体激光器在TDLAS驱动和调制电路输出的调频电流信号下受激发射频率恒定且波长随着电流变化的出射激光；

3.4)光学系统将半导体激光器发射的出射激光进行整形和扩束，并照向待测量车辆内部；

4)出射激光其中一个波段会在酒精气体分子中被吸收，光学系统同时收集待测量车辆内反射回来的微弱激光信号并会聚于光电探测器的靶面上；

5)待测量车辆酒精气体分子浓度的测量；

5.1)光电探测器在微弱激光信号的照射下产生极微弱的电流信号，所述极微弱的电流信号包括出射激光的调制信息和出射激光被酒精气体分子吸收波段情况；

5.2)低噪声前置放大电路对所述微弱电流信号进行低噪声放大并转换为电压信号；

5.3)极弱信号提取电路结合DSP处理电路输出的调制频率信号对低噪声前置放大电路输出的电压信号进行相关性处理，完成对极弱信号的提取和杂光信号的抑制；

5.4)DSP处理电路接收极弱信号提取电路提取的极弱信号并与所述步骤1)的标定曲线进行逼近和比对，得出出射激光被吸收能量的幅值，并根据朗伯—比尔定律反演出被照射车辆内部的酒精气体分子浓度；

6)酒精气体分子浓度的显示及报警；

DSP处理电路将测算出的车内酒精气体分子浓度值传输至仪器设置输入及数据输出显示屏进行显示；

当测量数据超过设定阈值时，仪器设置输入及数据输出显示屏会以声光报警方式告知使用人员。