一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光信號(hào)同步解調(diào)的技術(shù)，具體為一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法及裝置。一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法，包括以下步驟：（a）將經(jīng)過波長(zhǎng)調(diào)制的半導(dǎo)體激光器輸出的激光分成兩束；（b）將一束光作為探測(cè)光輸入至傳感頭進(jìn)行氣體檢測(cè)，并將攜帶有待測(cè)氣體信息的信號(hào)輸入至鎖相放大器；（c）將另一束光轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)后濾除噪音，再放大，并進(jìn)行鎖定，傳輸給鎖相放大器同步端；（d）對(duì)經(jīng)過鎖相放大器同步解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行分析，得到待測(cè)氣體的濃度信息。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在探測(cè)系統(tǒng)端提取同步信號(hào)，利用光信號(hào)在光纖中遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，避免了電信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)損耗大、成本高等缺點(diǎn)。
【專利說明】—種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光信號(hào)同步解調(diào)的技術(shù)，具體為一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]基于光學(xué)原理，利用激光作為光源的氣體檢測(cè)技術(shù)，由于可靠性強(qiáng)、靈敏度高、選擇性好、可連續(xù)在線工作和無(wú)需人工值守等優(yōu)點(diǎn)在痕量氣體檢測(cè)方面得到廣泛關(guān)注和研究。當(dāng)對(duì)諸如電廠、礦井、原始森林等惡劣環(huán)境中的微量氣體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，若采用現(xiàn)有的方法，激光器通常放置在距離測(cè)量地點(diǎn)不遠(yuǎn)的地方，眾所周知激光器的成本比較高。一般來(lái)說激光器的花費(fèi)在整個(gè)系統(tǒng)中超過三分之一，甚至達(dá)到50%以上。放置在野外非常不安全，且激光器容易受到環(huán)境溫濕度、灰塵等因素的影響，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中為了保證激光器出射波長(zhǎng)停留在目標(biāo)吸收線中心，需要用熱電制冷器件對(duì)激光器進(jìn)行溫控，有時(shí)還需要通過反饋系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行波長(zhǎng)鎖定，這樣光源系統(tǒng)對(duì)溫度變化及機(jī)械振動(dòng)也較敏感。為了避免以上問題，一種有效的方法就是把光源系統(tǒng)放置在溫度變化相對(duì)小，無(wú)振動(dòng)的適宜的地點(diǎn)，例如:室內(nèi)。輸出的激光通過價(jià)格便宜的光纖引導(dǎo)到需要?dú)怏w檢測(cè)的外部場(chǎng)所。如果引入光學(xué)開關(guān)，對(duì)輸出的光路徑進(jìn)行切換，利用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)以單/多個(gè)光源為中心向周圍輻射探安置多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，達(dá)到單/多光源多點(diǎn)檢測(cè)的目的，進(jìn)一步提高激光使用效率，降低其成本。在基于光學(xué)的氣體檢測(cè)技術(shù)中，波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)是一種被經(jīng)常用來(lái)進(jìn)一步提高探測(cè)靈敏度的方法。由于在低頻段的主要噪聲是Ι/f噪聲，而Ι/f噪聲的特點(diǎn)是噪聲水平隨著頻率升高而下降。采用波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)以高頻調(diào)制信號(hào)調(diào)制激光器的波長(zhǎng)，將使探測(cè)信號(hào)從低頻的強(qiáng)噪聲段轉(zhuǎn)移到弱噪聲段，再利用鎖相放大器解調(diào)出諧波信號(hào)，將諧波信號(hào)作為最終反演氣體濃度的原始信號(hào)。
[0003]在鎖相放大器解調(diào)時(shí)需要用到調(diào)制源信號(hào)，即同步信號(hào)?，F(xiàn)有的裝置都是激光器、調(diào)制源(信號(hào)發(fā)生器)、鎖相放大器和傳感頭距離比較近，同步信號(hào)可以直接通過電線從調(diào)制源送到和傳感頭相近的鎖相放大器端。然而，在上面提到的單/多光源實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)探測(cè)的裝置中，光源和探測(cè)點(diǎn)相距很遠(yuǎn)，可能幾十米甚至幾公里。這樣，如果鎖相放大器在激光器和調(diào)制源端，除光纖外需要一根額外的導(dǎo)線傳送傳感頭的測(cè)量信號(hào)。而傳感頭的測(cè)量信號(hào)通常來(lái)說非常微弱，很容易在傳輸?shù)倪^程中被淹沒在電子噪聲之中。為了馬上處理微弱的電子信號(hào)，避免在傳輸過程中引入其它電子噪聲，另一種方案是把鎖相放大器安置在傳感頭端進(jìn)行本地解調(diào)，但我們?nèi)耘f需要一根除去光纖外的導(dǎo)線把激光器端的信號(hào)源的同步傳送到傳感頭端。這就使單/多光源多點(diǎn)檢測(cè)方法在信號(hào)解調(diào)部分成本過高，從而極大的限制了光探測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的推廣實(shí)用。
[0004]另外電信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，由于電阻等因素的影響，衰減不可避免，而且極容易受到各種干擾，且電信號(hào)是通過銅、鋁等金屬來(lái)傳輸，成本高，同樣限制了光探測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的推廣實(shí)用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法及裝置，來(lái)解決目前以激光為基礎(chǔ)的氣體傳感器光源利用效率低，成本高，檢測(cè)覆蓋范圍小，無(wú)法適應(yīng)野外環(huán)境，安全系數(shù)低等問題。
[0006]本發(fā)明所述的一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法，包括以下步驟:Ca)將經(jīng)過波長(zhǎng)調(diào)制的半導(dǎo)體激光器輸出的激光分成兩束；(b)將一束光作為探測(cè)光輸入至傳感頭進(jìn)行氣體檢測(cè)，并將攜帶有待測(cè)氣體信息的信號(hào)輸入至鎖相放大器；(C)將另一束光轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)后濾除噪音，再放大，并進(jìn)行鎖定，傳輸給鎖相放大器同步端；(d)對(duì)經(jīng)過鎖相放大器同步解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行分析，得到待測(cè)氣體的濃度信息。
[0007]由于半導(dǎo)體激光器的電流與波長(zhǎng)成正比，即與頻率成反比(A=c/V，c是光速，V頻率，λ波長(zhǎng))，諧波探測(cè)技術(shù)中，對(duì)半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)制可以通過對(duì)其電流進(jìn)行調(diào)制來(lái)完成，假設(shè)調(diào)制?目號(hào)為正弦?目號(hào)a (t) =AmCos ω Vtl是激光器中心頻率，0^=2 31/是施加的調(diào)制角頻率，Δ V是波長(zhǎng)變化幅值，其激光波長(zhǎng)輸出能夠用下式來(lái)表示:
V (t) = V 0+ Δ V cos ω 0t
而半導(dǎo)體激光器的光強(qiáng)也與激光器的電流成正比關(guān)系，這樣激光器在被波長(zhǎng)調(diào)制的同時(shí)其強(qiáng)度也被調(diào)制，其光強(qiáng)輸出可以用下式來(lái)表示:1(0=1-Λ Icos Cocit
其中Itl是激光器在未調(diào)制時(shí)的光強(qiáng)輸出，Δ I是光強(qiáng)變化幅值，這樣可以從被使用調(diào)制光源的光強(qiáng)信號(hào)中來(lái)提取同步信號(hào)，省去同步信號(hào)的電纜傳輸?shù)耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)了在探測(cè)系統(tǒng)端的光學(xué)信號(hào)本地解調(diào)。而激光的光強(qiáng)可以直接用探測(cè)器來(lái)探測(cè)。圖1顯示了當(dāng)激光波長(zhǎng)被調(diào)制時(shí)，激光光強(qiáng)隨時(shí)間的輸出。其上的正弦波能夠被提取用來(lái)作為同步信號(hào)。
[0008]本發(fā)明所述的一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，包括光源系統(tǒng)、通過光纖與光源系統(tǒng)出射端相連的探測(cè)系統(tǒng)以及與探測(cè)系統(tǒng)輸出端相連接的信號(hào)采集顯示系統(tǒng)；所述光源系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器以及驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的激光驅(qū)動(dòng)；激光驅(qū)動(dòng)的調(diào)制端口連接有信號(hào)發(fā)生器；半導(dǎo)體激光器的出射端與光纖入射端口相連接；所述探測(cè)系統(tǒng)包括與光纖出射端口相連接的光纖分束器、與光纖分束器一個(gè)輸出端相連接的光電探測(cè)器、順次連接在光電探測(cè)器信號(hào)輸出端的帶通濾波器、前置放大器、鎖相環(huán)以及鎖相放大器；所述鎖相環(huán)的信號(hào)輸出端與鎖相放大器的同步信號(hào)輸入端相連接；光纖分束器的另一個(gè)輸出端連接有傳感頭，傳感頭的輸出端與鎖相放大器的信號(hào)輸入端相連接；所述鎖相放大器的信號(hào)輸出端與信號(hào)采集顯示系統(tǒng)的信號(hào)輸入端相連接。
[0009]激光器的調(diào)制一般是使用信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生特定的調(diào)制信號(hào)，并加載在激光驅(qū)動(dòng)上來(lái)產(chǎn)生所需的光信號(hào)。此處對(duì)光的調(diào)制主要是減少在檢測(cè)中噪音的影響，特別是I//噪音的影響，I//噪音隨著頻率的升高而減少，因此在高頻的時(shí)候I//噪聲就可以忽略不計(jì)。
[0010]光纖分束器輸出的強(qiáng)光信號(hào)被送給傳感頭檢測(cè)氣體的濃度，分束器輸出的弱光信號(hào)，用光電探測(cè)器接收后變?yōu)槿蹼娦盘?hào)，且此時(shí)攜帶的噪音信號(hào)也比較大，因此先用一個(gè)帶通濾波器濾除噪音的影響，帶通濾波器的中心頻率與調(diào)制激光器波長(zhǎng)的頻率一致。此時(shí)的電信號(hào)比較弱，因此 用一個(gè)前置放大器來(lái)放大信號(hào)，并送給鎖相環(huán)鎖定信號(hào)，此時(shí)鎖定的信號(hào)就可以作為同步信號(hào)，送給鎖相放大器的同步端，鎖相放大器就可以對(duì)傳感頭輸出的電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并輸出與濃度成正比的電信號(hào)。對(duì)傳感頭輸出的電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并輸出與濃度成正比的電信號(hào)以及對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析得出待測(cè)氣體濃度的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的技術(shù)，可參見CN 103411898 A以及CN 103149681 A。
[0011]光信號(hào)在光纖中的傳輸每公里衰減比目前容量最大的通信同軸電纜的每公里的衰減要低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而且光纖體積小，重量輕，有利于施工和運(yùn)輸，防干擾性能好，保密性好，另外光纖材料來(lái)源豐富，成本相對(duì)很低。利用光纖通信的優(yōu)勢(shì)，從光纖傳輸光束中提取同步信號(hào)，不僅能夠省去一根傳輸電纜，從而降低成本，而且能夠有效排除電子噪聲的侵入和串?dāng)_，提高設(shè)備最終的穩(wěn)定性，保證其檢測(cè)靈敏度。
[0012]進(jìn)一步的，信號(hào)采集顯示系統(tǒng)包括與鎖相放大器的信號(hào)輸出端相連接的無(wú)線發(fā)射模塊、與無(wú)線發(fā)射模塊相配的設(shè)在光源系統(tǒng)附近的無(wú)線接收模塊以及與無(wú)線接收模塊相連接的計(jì)算機(jī)。這樣如果設(shè)備中有多個(gè)探測(cè)系統(tǒng)，只需要一個(gè)無(wú)線接收模塊和一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以記錄所有探測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，降低了成本。
[0013]鎖相放大器輸出的與濃度成正比的電信號(hào)可以直接送給采集卡采集后傳給計(jì)算機(jī)記錄，也可以使用無(wú)線發(fā)送模塊，并在激光器處安置一個(gè)無(wú)線接收模塊，用來(lái)接受發(fā)送模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，并送給計(jì)算機(jī)記錄數(shù)據(jù)，這樣只需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以調(diào)制激光器和記錄采集回來(lái)的數(shù)據(jù)，降低了成本。
[0014]一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，包括一個(gè)光源系統(tǒng)、位于光源系統(tǒng)出射光路上的ι:η路光學(xué)開關(guān)；ι:η路光學(xué)開關(guān)的每個(gè)出射端均通過光纖連接有一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)；每個(gè)探測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸出端均連接有一個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊；光源系統(tǒng)旁設(shè)有與無(wú)線發(fā)射模塊相配的無(wú)線接收模塊以及與無(wú)線接收模塊相連接的計(jì)算機(jī)；所述光源系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器以及驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的激光驅(qū)動(dòng)；激光驅(qū)動(dòng)的調(diào)制端口連接有信號(hào)發(fā)生器；所述探測(cè)系統(tǒng)包括與相對(duì)應(yīng)的光纖出射端口相連接的光纖分束器、與光纖分束器一個(gè)輸出端相連接的光電探測(cè)器、順次連接在光電探測(cè)器信號(hào)輸出端的帶通濾波器、前置放大器、鎖相環(huán)以及鎖相放大器；所述鎖相環(huán)的信號(hào)輸出端與鎖相放大器的同步信號(hào)輸入端相連接；光纖分束器的另一個(gè)輸出端連接有傳感頭，傳感頭的輸出端與鎖相放大器的信號(hào)輸入端相連接；所述鎖相放大器的信號(hào)輸出端與對(duì)應(yīng)的無(wú)線發(fā)射模塊信號(hào)輸入端相連接；所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出端與1: η路光學(xué)開關(guān)控制輸入端相連接。
[0015]使用1:η路的光學(xué)開光，其單路那端連接到激光器輸出端上，η路那端連接到η個(gè)探測(cè)系統(tǒng)端。光學(xué)開光對(duì)發(fā)出的光路徑進(jìn)行切換，通過時(shí)分復(fù)用技術(shù)，以達(dá)到單點(diǎn)光源多點(diǎn)檢測(cè)的效果。
[0016]一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，包括η個(gè)光源系統(tǒng)、與η個(gè)光源系統(tǒng)的出射端相連接的η:η路光學(xué)開關(guān)，η:η路光學(xué)開關(guān)的每個(gè)出射端均通過光纖連接有一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)；每個(gè)探測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸出端均連接有一個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊；光源系統(tǒng)旁設(shè)有與無(wú)線發(fā)射模塊相配的無(wú)線接收模塊以及與無(wú)線接收模塊相連接的計(jì)算機(jī)；所述光源系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器以及驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的激光驅(qū)動(dòng)；激光驅(qū)動(dòng)的調(diào)制端口連接有信號(hào)發(fā)生器；所述探測(cè)系統(tǒng)包括與相對(duì)應(yīng)的光纖出射端口相連接的光纖分束器、與光纖分束器一個(gè)輸出端相連接的光電探測(cè)器、順次連接在光電探測(cè)器信號(hào)輸出端的帶通濾波器、前置放大器、鎖相環(huán)以及鎖相放大器；所述鎖相環(huán)的信號(hào)輸出端與鎖相放大器的同步信號(hào)輸入端相連接；光纖分束器的另一個(gè)輸出端連接有傳感頭，傳感頭的輸出端與鎖相放大器的信號(hào)輸入端相連接；所述鎖相放大器的信號(hào)輸出端與對(duì)應(yīng)的無(wú)線發(fā)射模塊信號(hào)輸入端相連接；所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出端與n:n路光學(xué)開關(guān)控制輸入端相連接。
[0017]使用一個(gè)η:η路的光學(xué)開光，其一 η路端連接到η個(gè)激光器輸出上，另一 η路端連接到η個(gè)探測(cè)系統(tǒng)端。每個(gè)激光器對(duì)應(yīng)一種被測(cè)氣體，光學(xué)開光對(duì)發(fā)出的光路徑進(jìn)行切換，通過時(shí)分復(fù)用技術(shù)，以達(dá)到多點(diǎn)光源多點(diǎn)檢測(cè)的效果。采用計(jì)算機(jī)對(duì)1:η路的光學(xué)開光或η:η路的光學(xué)開光進(jìn)行切換的技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，是容易實(shí)現(xiàn)的。
[0018]本發(fā)明克服了目前傳統(tǒng)的解調(diào)光信號(hào)裝置需要在調(diào)制器處提取同步信號(hào)，使用電信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)燃夹g(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了在探測(cè)系統(tǒng)端提取同步信號(hào)，利用光信號(hào)在光纖中遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，避免了電信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)損耗大、成本高等缺點(diǎn)。且在目前傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)氣體濃度裝置的基礎(chǔ)上加了無(wú)線傳輸模塊，并巧妙的在激光器處加了光學(xué)開關(guān)，大大的節(jié)約了成本，提高了系統(tǒng)的安全系數(shù)，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，增加了實(shí)用性；同時(shí)使單光源多點(diǎn)探測(cè)以及多光源多點(diǎn)探測(cè)技術(shù)更加實(shí)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1波長(zhǎng)被調(diào)制的激光光強(qiáng)隨時(shí)間變化圖。
[0020]圖2本發(fā)明所述從調(diào)制光信號(hào)中提取同步信號(hào)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3本發(fā)明所述單光源多點(diǎn)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4本發(fā)明所述多光源多點(diǎn)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]1-光源系統(tǒng)，11-半導(dǎo)體激光器，12-激光驅(qū)動(dòng)，13-信號(hào)發(fā)生器,3_光纖,2_探測(cè)系統(tǒng)，21-99:1光纖分束器，22-光電探測(cè)器，23-帶通濾波器，24-前置放大器，25-鎖相環(huán)，26-傳感頭,27-鎖相放大器,4-信號(hào)米集顯不系統(tǒng),51-1:η路光學(xué)開關(guān),52_η:η路光學(xué)開關(guān)，6-無(wú)線發(fā)射模塊，7-無(wú)線接收模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0024]一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法，包括以下步驟:(a)將經(jīng)過波長(zhǎng)調(diào)制的半導(dǎo)體激光器11輸出的激光分成兩束；(b)將一束光作為探測(cè)光輸入至傳感頭26進(jìn)行氣體檢測(cè)，并將攜帶有待測(cè)氣體濃度信息的信號(hào)輸入至鎖相放大器27 ; (c)將另一束光轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)后濾除噪音，再放大，并進(jìn)行鎖定，傳輸給鎖相放大器27同步端；Cd)對(duì)經(jīng)過鎖相放大器27同步解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行分析，得到待測(cè)氣體的濃度信息。
[0025]一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，包括光源系統(tǒng)1、通過光纖3與光源系統(tǒng)I出射端相連的探測(cè)系統(tǒng)2以及與探測(cè)系統(tǒng)2輸出端相連接的信號(hào)采集顯示系統(tǒng)4 ;所述光源系統(tǒng)I包括半導(dǎo)體激光器11以及驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器11的激光驅(qū)動(dòng)12 ;激光驅(qū)動(dòng)12的調(diào)制端口連接有信號(hào)發(fā)生器13 ;半導(dǎo)體激光器11的出射端與光纖3入射端口相連接；所述探測(cè)系統(tǒng)2包括與光纖3出射端口相連接的光纖分束器21、與光纖分束器21 —個(gè)輸出端相連接的光電探測(cè)器22、順次連接在光電探測(cè)器22信號(hào)輸出端的帶通濾波器23、前置放大器24、鎖相環(huán)25以及鎖相放大器27 ;所述鎖相環(huán)25的信號(hào)輸出端與鎖相放大器27的同步信號(hào)輸入端相連接；光纖分束器21的另一個(gè)輸出端連接有傳感頭26，傳感頭26的輸出端與鎖相放大器27的信號(hào)輸入端相連接；所述鎖相放大器27的信號(hào)輸出端與信號(hào)采集顯示系統(tǒng)4的信號(hào)輸入端相連接。結(jié)構(gòu)如圖2所示。[0026]信號(hào)采集顯示系統(tǒng)4包括與鎖相放大器27的信號(hào)輸出端相連接的無(wú)線發(fā)射模塊
6、與無(wú)線發(fā)射模塊6相配的設(shè)在光源系統(tǒng)I附近的無(wú)線接收模塊7以及與無(wú)線接收模塊7相連接的計(jì)算機(jī)。信號(hào)采集顯示系統(tǒng)4也可以包括一個(gè)采集卡和計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集以及分析。
[0027]—種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，包括一個(gè)光源系統(tǒng)1、位于光源系統(tǒng)I出射光路上的1:n路光學(xué)開關(guān)51 ;l:n路光學(xué)開關(guān)51的每個(gè)出射端均通過光纖3連接有一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)2 ;每個(gè)探測(cè)系統(tǒng)2的信號(hào)輸出端均連接有一個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊6 ;光源系統(tǒng)I旁設(shè)有與無(wú)線發(fā)射模塊6相配的無(wú)線接收模塊7以及與無(wú)線接收模塊7相連接的計(jì)算機(jī)；所述光源系統(tǒng)I包括半導(dǎo)體激光器11以及驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器11的激光驅(qū)動(dòng)12 ;激光驅(qū)動(dòng)12的調(diào)制端口連接有信號(hào)發(fā)生器13 ;所述探測(cè)系統(tǒng)2包括與相對(duì)應(yīng)的光纖3出射端口相連接的光纖分束器21、與光纖分束器21 —個(gè)輸出端相連接的光電探測(cè)器22、順次連接在光電探測(cè)器22信號(hào)輸出端的帶通濾波器23、前置放大器24、鎖相環(huán)25以及鎖相放大器27 ;所述鎖相環(huán)25的信號(hào)輸出端與鎖相放大器27的同步信號(hào)輸入端相連接；光纖分束器21的另一個(gè)輸出端連接有傳感頭26，傳感頭26的輸出端與鎖相放大器27的信號(hào)輸入端相連接；所述鎖相放大器27的信號(hào)輸出端與對(duì)應(yīng)的無(wú)線發(fā)射模塊6信號(hào)輸入端相連接；所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出端與1:n路光學(xué)開關(guān)51控制輸入端相連接?？梢詫?shí)現(xiàn)η個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣體探測(cè)。結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0028]一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，包括η個(gè)光源系統(tǒng)1、與η個(gè)光源系統(tǒng)I的出射端相連接的η:η路光學(xué)開關(guān)52，η:η路光學(xué)開關(guān)52的每個(gè)出射端均通過光纖3連接有一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)2 ;每個(gè)探測(cè)系統(tǒng)2的信號(hào)輸出端均連接有一個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊6 ;光源系統(tǒng)I旁設(shè)有與無(wú)線發(fā)射模塊6相配的無(wú)線接收模塊7以及與無(wú)線接收模塊7相連接的計(jì)算機(jī)；所述光源系統(tǒng)I包括半導(dǎo)體激光器11以及驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器11的激光驅(qū)動(dòng)12 ;激光驅(qū)動(dòng)12的調(diào)制端口連接有信號(hào)發(fā)生器13 ;所述探測(cè)系統(tǒng)2包括與相對(duì)應(yīng)的光纖3出射端口相連接的光纖分束器21、與光纖分束器21 —個(gè)輸出端相連接的光電探測(cè)器22、順次連接在光電探測(cè)器22信號(hào)輸出端的帶通濾波器23、前置放大器24、鎖相環(huán)25以及鎖相放大器27 ;所述鎖相環(huán)25的信號(hào)輸出端與鎖相放大器27的同步信號(hào)輸入端相連接；光纖分束器21的另一個(gè)輸出端連接有傳感頭26，傳感頭26的輸出端與鎖相放大器27的信號(hào)輸入端相連接；所述鎖相放大器27的信號(hào)輸出端與對(duì)應(yīng)的無(wú)線發(fā)射模塊6信號(hào)輸入端相連接；所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出端與η:η路光學(xué)開關(guān)52控制輸入端相連接。可以實(shí)現(xiàn)η個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)的不同氣體的探測(cè)。結(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0029]所述光纖分束器為1:99光纖分束器。
[0030]所述傳感頭26可以是基于石英增強(qiáng)光聲光譜的傳感頭，也可以是基于直接吸收原理的傳感頭。
【權(quán)利要求】
1.一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟:Ca)將經(jīng)過波長(zhǎng)調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(11)輸出的激光分成兩束；(b)將一束光作為探測(cè)光輸入至傳感頭(26)進(jìn)行氣體檢測(cè)，并將攜帶有待測(cè)氣體濃度信息的信號(hào)輸入至鎖相放大器(27); (c)將另一束光轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)后濾除噪音，再放大，并進(jìn)行鎖定，傳輸給鎖相放大器(27)同步端；(d)對(duì)經(jīng)過鎖相放大器(27)同步解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行分析，得到待測(cè)氣體的濃度信息。
2.一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括光源系統(tǒng)(I)、通過光纖(3)與光源系統(tǒng)(I)出射端相連的探測(cè)系統(tǒng)(2)以及與探測(cè)系統(tǒng)(2)輸出端相連接的信號(hào)采集顯示系統(tǒng)(4);所述光源系統(tǒng)(I)包括半導(dǎo)體激光器(11)以及驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器(11)的激光驅(qū)動(dòng)(12);激光驅(qū)動(dòng)(12)的調(diào)制端口連接有信號(hào)發(fā)生器(13);半導(dǎo)體激光器(11)的出射端與光纖(3)入射端口相連接；所述探測(cè)系統(tǒng)(2)包括與光纖(3)出射端口相連接的光纖分束器(21)、與光纖分束器(21)—個(gè)輸出端相連接的光電探測(cè)器(22)、順次連接在光電探測(cè)器(22)信號(hào)輸出端的帶通濾波器(23)、前置放大器(24)、鎖相環(huán)(25)以及鎖相放大器(27);所述鎖相環(huán)(25)的信號(hào)輸出端與鎖相放大器(27)的同步信號(hào)輸入端相連接；光纖分束器(21)的另一個(gè)輸出端連接有傳感頭(26),傳感頭(26)的輸出端與鎖相放大器(27)的信號(hào)輸入端相連接；所述鎖相放大器(27)的信號(hào)輸出端與信號(hào)采集顯示系統(tǒng)(4)的信號(hào)輸入端相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，其特征在于，信號(hào)采集顯示 系統(tǒng)(4)包括與鎖相放大器(27)的信號(hào)輸出端相連接的無(wú)線發(fā)射模塊(6)、與無(wú)線發(fā)射模塊(6)相配的設(shè)在光源系統(tǒng)(I)附近的無(wú)線接收模塊(7)以及與無(wú)線接收模塊(7)相連接的計(jì)算機(jī)。
4.一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括一個(gè)光源系統(tǒng)(I )、位于光源系統(tǒng)(I)出射光路上的1: η路光學(xué)開關(guān)(51) ;1:η路光學(xué)開關(guān)(51)的每個(gè)出射端均通過光纖(3)連接有一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)(2);每個(gè)探測(cè)系統(tǒng)(2)的信號(hào)輸出端均連接有一個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊(6);光源系統(tǒng)(I)旁設(shè)有與無(wú)線發(fā)射模塊(6)相配的無(wú)線接收模塊(7)以及與無(wú)線接收模塊(7)相連接的計(jì)算機(jī)；所述光源系統(tǒng)(I)包括半導(dǎo)體激光器(11)以及驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器(11)的激光驅(qū)動(dòng)(12);激光驅(qū)動(dòng)(12)的調(diào)制端口連接有信號(hào)發(fā)生器(13);所述探測(cè)系統(tǒng)(2)包括與相對(duì)應(yīng)的光纖(3)出射端口相連接的光纖分束器(21)、與光纖分束器(21)—個(gè)輸出端相連接的光電探測(cè)器(22)、順次連接在光電探測(cè)器(22)信號(hào)輸出端的帶通濾波器(23)、前置放大器(24)、鎖相環(huán)(25)以及鎖相放大器(27);所述鎖相環(huán)(25)的信號(hào)輸出端與鎖相放大器(27)的同步信號(hào)輸入端相連接；光纖分束器(21)的另一個(gè)輸出端連接有傳感頭(26),傳感頭(26)的輸出端與鎖相放大器(27)的信號(hào)輸入端相連接；所述鎖相放大器(27)的信號(hào)輸出端與對(duì)應(yīng)的無(wú)線發(fā)射模塊(6)信號(hào)輸入端相連接；所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出端與1:η路光學(xué)開關(guān)(51)的控制輸入端相連接。
5.一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括η個(gè)光源系統(tǒng)(I)、與η個(gè)光源系統(tǒng)(I)的出射端相連接的η:η路光學(xué)開關(guān)(52)，η:η路光學(xué)開關(guān)(52)的每個(gè)出射端均通過光纖(3)連接有一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)(2);每個(gè)探測(cè)系統(tǒng)(2)的信號(hào)輸出端均連接有一個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊(6);光源系統(tǒng)(I)旁設(shè)有與無(wú)線發(fā)射模塊(6)相配的無(wú)線接收模塊(7)以及與無(wú)線接收模塊(7)相連接的計(jì)算機(jī)；所述光源系統(tǒng)(1)包括半導(dǎo)體激光器(11)以及驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器(11)的激光驅(qū)動(dòng)(12 );激光驅(qū)動(dòng)(12)的調(diào)制端口連接有信號(hào)發(fā)生器(13);所述探測(cè)系統(tǒng)(2)包括與相對(duì)應(yīng)的光纖(3)出射端口相連接的光纖分束器(21)、與光纖分束器(21) —個(gè)輸出端相連接的光電探測(cè)器(22)、順次連接在光電探測(cè)器(22)信號(hào)輸出端的帶通濾波器(23)、前置放大器(24)、鎖相環(huán)(25)以及鎖相放大器(27);所述鎖相環(huán)(25)的信號(hào)輸出端與鎖相放大器(27)的同步信號(hào)輸入端相連接；光纖分束器(21)的另一個(gè)輸出端連接有傳感頭(26),傳感頭(26)的輸出端與鎖相放大器(27)的信號(hào)輸入端相連接；所述鎖相放大器(27)的信號(hào)輸出端與對(duì)應(yīng)的無(wú)線發(fā)射模塊(6)信號(hào)輸入端相連接；所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出端與n:n路光學(xué)開關(guān)(52)的控制輸入端相連接。
6.如權(quán)利要求2-5任一項(xiàng)所述的一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，其特征在于，所述光纖分束器(21)為1:99光纖分束器。
7.如權(quán)利要求2-5任一項(xiàng)所述的一種基于本地解調(diào)調(diào)制光信號(hào)技術(shù)的氣體探測(cè)裝置，其特征在于，所述傳感頭(26)可以是基于石英增強(qiáng)光聲光譜的傳感頭，也可以是基于直接吸收原理的傳感頭。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK103994975SQ201410274233
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】董磊 申請(qǐng)人:山西大學(xué)