[发明专利]一种气体浓度检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种气体浓度检测装置及方法，包括依次循环连接的主控单元、光发射单元、气室单元、光接收单元；所述主控单元包括控制器、数据存储器以及DA/AD转换器；所述光发射单元包括与被检测气体吸收光谱相适应的特定波长的激光器、以及该激光器的驱动电路；所述气室单元包括全反射镜和漫反射镜；所述光接收单元包括光探测器和将所述光探测器输出的微小电压放大的放大电路。本发明使用接收到的多个锯齿波电压信号的平均值并作数字滤波和二次求导后得到的二次谐波数据，作为解算气体浓度值的基础数据，能够克服激光器受外部环境影响产生的轻微波长波动，以及克服不同激光器由于生产工艺造成的中心波长的轻微差异，保证气体浓度解算的精度和稳定度。

技术领域

本发明涉及气体浓度检的技术领域，尤其涉及一种气体浓度检测装置及方法。

背景技术

在石油、化工、冶金等重要工业领域，气体浓度检测是生产过程控制自动化系统的重要组成部分；在采矿、燃气和天然气行业中，气体浓度检测广泛应用于管道的泄漏检测；随着对环境保护措施的不断深入，大气质量的监测也广泛需要气体浓度检测的技术和装置。

气体浓度检测技术的实现有生物、化学、光学检测等多种方式，其中光谱分析领域的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术，利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性，实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。该技术应用于气体浓度检测具有响应率高、灵敏度高、实时性好的特性，是当前广泛应用的一种技术。

当前基于TDLAS技术的气体浓度检测装置，对激光器波长的一致性和稳定性要求高，环境温度、气压等外界因素对检测准确度和精度的影响较大，同时在矿井、地下通道等难以使用市电供电的地方，检测装置只能使用电池供电，降低功耗也成为需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种气体浓度检测装置及方法，能够克服激光器波长不稳定性和环境温度、气压等外界因素变化对检测准确度和精度造成的影响，并且能够以低功耗方式运行于只能使用电池供电的使用条件。

为达到上述目的，本发明提供了一种气体浓度检测装置，包括依次循环连接的主控单元、光发射单元、气室单元、光接收单元；

所述主控单元包括控制器、数据存储器以及DA/AD转换器；

所述光发射单元包括与被检测气体吸收光谱相适应的特定波长的激光器、以及该激光器的驱动电路；

所述气室单元包括全反射镜和漫反射镜；

所述光接收单元包括光探测器和将所述光探测器输出的微小电压放大的放大电路。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，还包括与所述主控单元连接的温度和气压检测单元，用于向所述主控单元提供温度和气压信息。

可选的，所述控制器上电之后延迟一段时间，待所述激光器工作稳定、被测气体均匀分布于气室单元之后，再驱动所述激光器工作和解算气体浓度。

可选的，所述主控单元以间歇工作方式将锯齿波信号序列，通过所述光发射单元的激光器的驱动电路施加于光发射单元的激光器。

进一步的，所述主控单元在发射一次锯齿波信号序列之后，将控制器进入睡眠模式并保持一段时间，之后再次进入正常模式并发射下一次锯齿波信号序列。

由上，能够有效降低电池供电条件下的功耗。

优选的，所述锯齿波信号序列由前M个短周期锯齿波和后N个长周期锯齿波构成；

所述前M个短周期锯齿波用于预热激光器，使间歇式工作的激光器状态稳定；