技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖環(huán)境的便攜式激光二氧化碳檢測(cè)裝置，特別適用于農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖環(huán)境內(nèi)的二氧化碳含量檢測(cè)，也適用于其他場(chǎng)合的空氣中二氧化碳含量測(cè)量。
背景技術(shù)：
通常的便攜式二氧化碳檢測(cè)儀都是采用電化學(xué)原理，由電化學(xué)內(nèi)的特定化學(xué)物質(zhì)和氣體環(huán)境中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流，通過(guò)檢測(cè)該電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體濃度的測(cè)量。由于探頭內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)在工作時(shí)發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生消耗，使得這種原理的的探頭在農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖環(huán)境這種二氧化碳濃度較高的場(chǎng)合壽命較短，并且在濃度過(guò)高的場(chǎng)合下會(huì)導(dǎo)致探頭內(nèi)的有效化學(xué)成分迅速失效，造成探頭中毒的后果。
基于光譜吸收原理的激光氣體檢測(cè)方法，是常用的氣體檢測(cè)方法，主要是利用半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)可調(diào)諧以及光譜寬度窄的特性，通過(guò)選擇待測(cè)氣體的吸收波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，可排除被測(cè)氣體外的氣體干擾，實(shí)現(xiàn)氣體濃度的快速檢測(cè)。基于光譜吸收原理的激光氣體檢測(cè)裝置，由于激光器的正常工作時(shí)間可達(dá)5年以上，同時(shí)是一種無(wú)損檢測(cè)，可大大提高檢測(cè)裝置的使用壽命，并且可以顯著增大探頭的測(cè)量濃度范圍。
基于激光原理的氣體測(cè)量裝置通常采用DFB分布式反饋激光器作為光源，這種光源發(fā)光功率大，可在空間距離很長(zhǎng)的路徑下工作，獲得較高的測(cè)量分辨率，這種激光光源更適用于尺寸較大的固定式氣體分析裝置中，而不實(shí)用于有對(duì)低功耗要求的便攜式氣體檢測(cè)裝置中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適用農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖環(huán)境的便攜式激光二氧化碳檢測(cè)裝置。該裝置可以提高探頭的使用壽命，擴(kuò)大探頭測(cè)量氣體的濃度范圍，更加適合于使用在農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖環(huán)境這種二氧化碳含量較高的場(chǎng)合。另外，本裝置使用VCSEL垂直腔面發(fā)射激光器作為激光光源，這種激光器工作電流極低，更適合適用于低功耗的便攜式氣體檢測(cè)裝置中。
本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種適用農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖環(huán)境的便攜式激光二氧化碳檢測(cè)裝置，包括VCSEL激光器，所述VCSEL激光器分別與半導(dǎo)體制冷器和恒流電源連接，所述VCSEL激光器發(fā)出激光通過(guò)單模光纖與光功率分配器連接，從光功率分配器輸出的一路由單模光纖與自聚焦準(zhǔn)直透鏡連接，通過(guò)自聚焦準(zhǔn)直透鏡發(fā)出信號(hào)由第一光電探測(cè)器接收，所述自聚焦準(zhǔn)直透鏡和第一光電探測(cè)器同時(shí)固定于石英板上，所述自聚焦準(zhǔn)直透鏡、第一光電探測(cè)器和石英板同時(shí)處于被測(cè)氣體氛圍中；
從光功率分配器輸出的另一路通過(guò)單模光纖與第二光電探測(cè)器連接，所述第二光電探測(cè)器與第一光電探測(cè)器型號(hào)相同，所述第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器依次與模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)連接，所述單片機(jī)與LCD顯示屏連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）由于采用了激光光譜吸收法，避免了高濃度二氧化碳環(huán)境下傳感器探頭壽命短和容易超量程中毒的問(wèn)題，使得使用壽命可提高至5年以上。
（2）由于采用光譜吸收技術(shù)，使用特定的波長(zhǎng)檢測(cè)特定的氣體，不受其他無(wú)關(guān)氣體的干擾，特別是不受空氣中的水氣干擾。
（3）使用垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL作為激光光源，比通常用于氣體分析的激光氣體分析儀功耗顯著降低，更加適用于便攜式設(shè)備。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中，各部件的標(biāo)號(hào)如下；
1、恒流電源， 2、 VCSEL激光器， 3、半導(dǎo)體制冷器 4、光功率分配器 5、自聚焦準(zhǔn)直透鏡， 6、第一光電探測(cè)器， 7、石英板， 8、模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 9、單片機(jī)，10、LCD液晶屏，11，第二光電探測(cè)器，12、單模光纖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示，一種適用農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖環(huán)境的便攜式激光二氧化碳檢測(cè)裝置，包括VCSEL激光器，所述VCSEL激光器分別與半導(dǎo)體制冷器和恒流電源連接，所述VCSEL激光器發(fā)出激光通過(guò)單模光纖與光功率分配器連接，從光功率分配器輸出的一路由單模光纖與自聚焦準(zhǔn)直透鏡連接，通過(guò)自聚焦準(zhǔn)直透鏡發(fā)出信號(hào)由第一光電探測(cè)器接收，所述自聚焦準(zhǔn)直透鏡和第一光電探測(cè)器同時(shí)固定于石英板上，所述自聚焦準(zhǔn)直透鏡、第一光電探測(cè)器和石英板同時(shí)處于被測(cè)氣體氛圍中；
從光功率分配器輸出的另一路通過(guò)單模光纖與第二光電探測(cè)器連接，所述第二光電探測(cè)器與第一光電探測(cè)器型號(hào)相同，所述第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器依次與模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)連接，所述單片機(jī)與LCD顯示屏連接。
其中，所述VCSEL激光器2為發(fā)射的激光波長(zhǎng)為1.57微米，所述光功率分配器4功率分配比為50％：50%，通光波長(zhǎng)范圍為1.51微米至1.59微米。所述自聚焦準(zhǔn)直透鏡5焦距為10cm，匹配光纖類(lèi)型為單模光纖。
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器8 采用16位AD8328雙通道電流型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，所述單片機(jī)9采用STM32F103VCT6，所述的LCD液晶屏10為L(zhǎng)CD12864，當(dāng)然并不限于這些型號(hào)。
采用本發(fā)明提供的便攜式激光二氧化碳檢測(cè)裝置的具體工作過(guò)程為：
由恒流電源1產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電流輸入到VCSEL激光器2，半導(dǎo)體制冷器3調(diào)節(jié)VCSEL激光器2的工作溫度保持在25℃，VCSEL激光器2在穩(wěn)定的工作溫度和電流條件下時(shí)發(fā)出功率和波長(zhǎng)穩(wěn)定的激光信號(hào)，由單模光纖12輸出；激光信號(hào)輸入到光功率分配器4后，光信號(hào)被分為功率等于輸入信號(hào)一半的兩等份。
從光功率分配器4輸出的其中一路信號(hào)通過(guò)自聚焦準(zhǔn)直透鏡5發(fā)出，經(jīng)過(guò)一定距離后，由第一光電探測(cè)器6接收；另一路信號(hào)通過(guò)單模光纖12進(jìn)入第二光電探測(cè)器11，自聚焦準(zhǔn)直透鏡5和第一光電探測(cè)器6同時(shí)固定于石英板7上。自聚焦準(zhǔn)直透鏡5、第一光電探測(cè)器6和石英板7同時(shí)處于被測(cè)氣體環(huán)境中，光線(xiàn)可以穿過(guò)被測(cè)氣體。從光功率分配器4輸出的另一路信號(hào)輸入到同型號(hào)的第二光電探測(cè)器11上。
兩個(gè)光電探測(cè)器同時(shí)把接受到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的光電流信號(hào)。通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器8對(duì)兩路電流信號(hào)進(jìn)行采集，其采集結(jié)果由數(shù)字信號(hào)形式輸出到單片機(jī)9中，單片機(jī)對(duì)兩路數(shù)字量結(jié)果進(jìn)行比例運(yùn)算，計(jì)算的比值可以表征光信號(hào)被氣體吸收的程度，也就是對(duì)應(yīng)的氣體濃度。單片機(jī)將計(jì)算結(jié)果顯示到LCD液晶屏12中。
整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)鋰電池進(jìn)行供電。
本發(fā)明提供的一種便攜式二氧化碳檢測(cè)裝置，采用激光光譜吸收檢測(cè)的方式對(duì)空氣中二氧化碳體積比含量進(jìn)行測(cè)量，不受除二氧化碳意外的其他氣體影響，不會(huì)因二氧化碳濃度過(guò)高而失效。激光檢測(cè)方式為無(wú)損檢測(cè)，避免了因化學(xué)反應(yīng)引起的探頭壽命短的問(wèn)題，大大提高了檢測(cè)裝置的使用周期。使用垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL代替分布式反饋DFB激光器作為光源，是的整個(gè)裝置的功耗顯著下降，使得檢測(cè)裝置能使用鋰電池供電，降低了檢測(cè)裝置的重量，提高了戶(hù)外連續(xù)工作時(shí)間。因此使得這種便攜式二氧化碳檢測(cè)裝置非常適用于農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖環(huán)境內(nèi)的二氧化碳測(cè)量。
本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。