一种基于光栅调谐光源的气体检测装置及方法与流程

1.本发明属于光声光谱气体检测领域，具体涉及一种基于光栅调谐光源的气体检测装置及方法。


背景技术：

2.目前，有研究表明，可以利用气体的光声效应来对气体测量。在光声光谱气体检测系统中，检测系统能否满足多种气体在线检测是很重要的因素。例如：当变压器发生故障时，其内部sf6产生化学反应产生多种分解组分，包括多种硫化物(例如:so、so2、sof2等)。对于检测不同的气体，所需要选取的激光器的波长是不一样的，且测量不同气体中标定系数也是不一样的，因此，本文利用光栅和光谱仪，设计了一种可调谐光源的气体检测装置及方法。
3.现有技术1(cn103033493a)“一种可调谐荧光定量pcr检测系统”设光源、激发滤光片、二向色镜、透镜组、热循环系统、可调谐滤光片、调谐控制单元、面阵探测器和信息分析处理单元，能对所有样品进行多波长荧光检测成像。现有技术文件1的不足之处在于，该技术可调谐波长范围较小，仅在690～795nm之间，大多数气体检测均不能满足。此外，所设光源为led灯或钨灯，该光源发出的光线为发射光，装置调谐困难，干扰较大。本发明利用光栅，可以对激光器的波长进行大范围的调谐，而且发出的激光为准直光，结构安装简单，受环境干扰较小。
4.现有技术2(cn107883895a)“多光源激光检测传感器及其检测方法”，包括：光源、成像透镜、图像传感器、激光功率控制器和检测信息处理器，所述的光源由至少二个激光发射装置构成，各激光发射装置均与激光功率控制器相连接，各激光发射装置发射的光面投射于待测物体表面形成线状光纹；各激光发射装置发射的面状激光位于同一平面内，且各激光发射装置的发射角度相交。该多光源激光检测传感器能有效降低被测表面的相对面的反光干扰及检测盲区、从而提高检测精度。现有技术文件2的不足之处在于，该发明采用多种光源，极大的提高了制作成本和安装难度。本发明仅一种光源，通过光栅对光源波长进行调谐，缩小了成本。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于光栅调谐光源的气体检测装置和方法，解决检测不同的气体，所需要选取的激光器的波长是不一样的问题，和测量不同气体标定系数也是不一样的问题，同时极大的提高了多种气体检测的准确性，实现多种气体在线检测。
6.本发明采用如下的技术方案。
7.一种基于光栅调谐光源的气体检测装置，包括：可调谐激光器，光声池，可调谐激光器用于提供多种波段且功率稳定的激光，光声池包括进光透镜，出光透镜，进气口，出气口，激光通过进光透镜和出光透镜进出光声池，光声池内部充待测气体，待测气体通过进气
口和出气口进出光声池；
8.还包括光栅和光谱仪，可调谐激光器，光栅和光声池在同一水平位置；
9.其中，光栅设置在可调谐激光器和光声池之间，用于分散可调谐激光器提供的多种波段的激光，通过改变光栅的角度，得到不同波长的激光；
10.光谱仪设置在光栅和光声池之间，用于检测通过光栅分散之后的激光的波长。
11.气体检测装置还包括麦克风和音频放大器，麦克风的一端与光声池连接，麦克风的另一端与音频放大器连接，麦克风用于收集光声池内部的光声信号，音频放大器用于放大光声信号。
12.气体检测装置还包括数字示波器，数字示波器与音频放大器连接，数字示波器用于测量电信号并显示。
13.气体检测装置还包括上位机，上位机与数字示波器连接，上位机用于记录光声信号。
14.气体检测装置还包括微音器，微音器安装在光声池中间部位，用于测量产生的声信号。
15.优选地，进光透镜的半径小于5mm。
16.一种基于光栅调谐光源的气体检测方法，包括以下步骤：
17.步骤1，打开可调谐激光器和光谱仪；
18.步骤2，调整光栅角度，通过光谱仪分析得出目标波长对应的光栅角度；
19.步骤3，关闭光谱仪，让激光射入光声池并打开微音器、音频放大器、数字示波器和上位机；
20.步骤4，通过进气口和出气口换气，将要测量的不同浓度的标准气体通入光声池，产生的光声信号被上位机记录并标定；
21.步骤5，利用进气口和出气口，将待测气体通入，通过产生的光声信号判断待测气体的浓度。
22.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
23.本发明利用光栅多缝衍射原理，设计了一种可调谐的激光器，可以产生多种波长的光源。此发明结构简单且准确性高，利用光栅对激光光源的波长进行调谐并通过光谱仪，确保调谐波长的准确性。极大的减少对于测量不同气体使用不同波长激光器的数量，具有较大的经济优势。此外，通过对光源进行波长调谐，不仅可以完成光声光谱检测系统中实时在线监测的功能，还能通过调谐出不同的波长，对不同波长多组分气体进行检测，提高了检测准确性，具有很大的潜力。
附图说明
24.图1是本发明一种基于光栅调谐光源的气体检测装置的结构图；
25.图1中附图标记说明如下：
26.1-可调谐激光器，2-光栅，3-进光透镜，4-光声池，5-出光透镜，6-光谱仪，7-进气口，8-麦克风，9-出气口，10-音频放大器，11-数字示波器，12-上位机。
具体实施方式
27.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
28.实施例1。
29.如图1所示，一种基于光栅调谐光源的气体检测装置，包括：可调谐激光器1，光声池4，可调谐激光器1用于提供多种波段且功率稳定的激光，光声池4包括进光透镜3，出光透镜5，进气口7，出气口9，激光通过进光透镜3和出光透镜5进出光声池4，光声池4内部充待测气体，待测气体通过进气口7和出气口9进出光声池4；其特征在于：
30.气体检测装置还包括光栅2和光谱仪6；可调谐激光器1，光栅2和光声池4布置在同一水平位置，用于保证激光光线的准直；
31.其中，光栅2设置在可调谐激光器1和光声池4之间，用于分散可调谐激光器1提供的多种波段的激光，通过改变光栅2的角度得到不同波长的激光；
32.光谱仪6设置在光栅2和光声池4之间，用于检测通过光栅2分散之后的激光的波长，保证激光波长的准确，之后激光继续通入光声池4。确保通过光栅后的激光为设置波长的激光。
33.气体检测装置还包括麦克风8和音频放大器10，麦克风8的一端与光声池4连接，麦克风8的另一端与音频放大器10连接，麦克风8用于收集光声池4内部的光声信号，音频放大器10用于放大光声信号。
34.气体检测装置还包括数字示波器11，数字示波器11与音频放大器10连接，数字示波器11用于测量电信号并显示。
35.气体检测装置还包括上位机12，上位机12与数字示波器11连接，上位机12用于记录光声信号。
36.气体检测装置还包括微音器，微音器安装在光声池中间部位，用于测量产生的声信号。
37.本实施例优选地，进光透镜3的半径小于5mm。
38.实施例2。
39.一种光源可调谐的气体检测方法，包括以下步骤，
40.步骤1，打开可调谐激光器和光谱仪；
41.步骤2，调整光栅角度，通过光谱仪分析得出目标波长对应的光栅角度；
42.步骤3，关闭光谱仪，让激光射入光声池并打开微音器、音频放大器、数字示波器和上位机；
43.步骤4，通过进气口和出气口换气，将要测量的不同浓度的标准气体通入光声池，产生的光声信号被上位机记录并标定；
44.步骤5，利用进气口和出气口，将待测气体通入，通过产生的光声信号判断待测气体的浓度。
45.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明利用光栅多缝衍射原理，设计了一种可调谐的激光器，可以产生多种波长的光源。此发明结构简单且准确性高，利用光栅对激光光源的波长进行调谐并通过光谱仪，确保调谐波长的准确性。极大的减少对于测量不同气体使用不同波长激光器的数量，具有较大的经济优势。此外，通过对光源进行波长调
谐，不仅可以完成光声光谱检测系统中实时在线监测的功能，还能通过调谐出不同的波长，对不同波长多组分气体进行检测，提高了检测准确性，具有很大的潜力。
46.本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。