基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，信號(hào)發(fā)生模塊連接激光驅(qū)動(dòng)模塊，激光驅(qū)動(dòng)模塊連接激光信號(hào)發(fā)生模塊，激光信號(hào)接收模塊連接前置放大模塊，前置放大模塊連接數(shù)字鎖相放大模塊，數(shù)字鎖相放大模塊連接數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊連接控制模塊；控制模塊控制連接信號(hào)發(fā)生模塊、激光驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)字鎖相放大模塊；激光信號(hào)接收模塊與激光信號(hào)發(fā)生模塊相對(duì)設(shè)置，且激光信號(hào)接收模塊與激光信號(hào)發(fā)生模塊之間氣室的兩側(cè)。本實(shí)用新型能夠提高實(shí)驗(yàn)效率，降低儀表的開發(fā)實(shí)驗(yàn)成本和實(shí)驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，適用于多種待測(cè)氣體檢測(cè)儀表的實(shí)驗(yàn)。
【專利說明】
基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種試驗(yàn)平臺(tái)，尤其涉及一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)TDLAS的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前，TDLAS技術(shù)因其具有的高靈敏度、極佳的氣體選擇能力、非接觸測(cè)量以及快速響應(yīng)等特點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于污染物檢測(cè)、大氣監(jiān)測(cè)、工業(yè)的生產(chǎn)過程控制等眾多領(lǐng)域。
[0003]但基于TDLAS技術(shù)的氣體分析儀表研制過程中需要進(jìn)行很多實(shí)驗(yàn)，氣體吸收能力實(shí)驗(yàn)、最優(yōu)調(diào)制參數(shù)選擇、溫度和壓力對(duì)吸收峰選擇的影響，待測(cè)氣體光譜吸收的線性度試驗(yàn)、待檢測(cè)氣體與背景氣體組分的吸收峰的相對(duì)位置研究等等，這些實(shí)驗(yàn)都需要在樣機(jī)研制之前進(jìn)行，因此，上述實(shí)驗(yàn)中所需用的探測(cè)器、ADC、放大電路、光程池、激光器等關(guān)鍵器件模塊等都需要預(yù)先研究其特性并備齊，才能保證基于TDLAS技術(shù)的氣體分析儀表研制的順利進(jìn)行。
[0004]另外，鎖相放大器是實(shí)現(xiàn)諧波檢測(cè)的核心部件，在傳統(tǒng)的基于IDLAS技術(shù)的氣體分析儀表研制實(shí)驗(yàn)過程中，鎖相放大器是利用乘法器和低通濾波器等進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)，由于模擬器件本身實(shí)現(xiàn)工藝和精度等方面的限制，導(dǎo)致模擬鎖相放大器存在輸出偏置、溫度漂移等問題，而且模擬鎖相放大器不利于儀器的小型化和成本控制。
[0005]若有可以滿足試驗(yàn)應(yīng)用的相關(guān)試驗(yàn)平臺(tái)，能對(duì)待測(cè)氣體的光譜測(cè)量進(jìn)行模擬，將顯著加快項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，能夠提高基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)IDLAS的儀表的實(shí)驗(yàn)效率，降低儀表的開發(fā)實(shí)驗(yàn)成本和實(shí)驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)可通過更換不同種類激光二極管和氣室實(shí)現(xiàn)對(duì)多種待測(cè)氣體檢測(cè)儀表的實(shí)驗(yàn)。
[0007]本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0008]—種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，包括控制模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、激光驅(qū)動(dòng)模塊、激光信號(hào)發(fā)生模塊、激光信號(hào)接收模塊、氣室、放大模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，放大模塊包括前置放大模塊和數(shù)字鎖相放大模塊，信號(hào)發(fā)生模塊的信號(hào)輸出端連接激光驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸入端，激光驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸出端連接激光信號(hào)發(fā)生模塊的信號(hào)輸入端，激光信號(hào)接收模塊的信號(hào)輸出端連接前置放大模塊的信號(hào)輸入端，前置放大模塊的信號(hào)輸出端連接數(shù)字鎖相放大模塊的信號(hào)輸入端，數(shù)字鎖相放大模塊的信號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸入端，數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸出端連接控制模塊的信號(hào)輸入端； 控制模塊控制連接信號(hào)發(fā)生模塊、激光驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)字鎖相放大模塊;激光信號(hào)接收模塊與激光信號(hào)發(fā)生模塊相對(duì)設(shè)置，且激光信號(hào)接收模塊與激光信號(hào)發(fā)生模塊之間氣室的兩側(cè)。
[0009]所述的激光信號(hào)發(fā)生模塊固定于夾具上，激光信號(hào)發(fā)生模塊的信號(hào)輸入端通過設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)接頭的數(shù)據(jù)傳輸線與激光驅(qū)動(dòng)模塊可拆卸連接。
[0010]所述的激光信號(hào)接收模塊采用銦鎵砷傳感器。
[0011]所述的控制模塊采用工控機(jī)或PC機(jī)。
[0012]所述的激光驅(qū)動(dòng)模塊采用LDC-3900多通道半導(dǎo)體激光控制器。[〇〇13] 所述的激光信號(hào)發(fā)生模塊采用DFB激光器、ICL激光器或QCL激光器。[〇〇14]所述的數(shù)字鎖相放大模塊采用AMETEK 7270型數(shù)字鎖相放大器。[〇〇15]所述的數(shù)據(jù)采集模塊采用PC1-4474數(shù)據(jù)采集卡。
[0016]本實(shí)用新型能夠配合實(shí)驗(yàn)人員所設(shè)計(jì)的算法，高效地完成基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)TDLAS的儀表的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，本實(shí)用新型具備較強(qiáng)的實(shí)用性與拓展性，激光信號(hào)發(fā)生模塊可以根據(jù)待測(cè)氣體的要求進(jìn)行選擇更換;氣室也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求和待測(cè)氣體的不同而選用不同的類型或種類；當(dāng)實(shí)驗(yàn)需求要求有新的設(shè)備增添時(shí)，本試驗(yàn)平臺(tái)的各種通信接口均為標(biāo)準(zhǔn)接口，可隨時(shí)進(jìn)行增添，極大地降低了實(shí)驗(yàn)成本和實(shí)驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度?！靖綀D說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的原理框圖。【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作以詳細(xì)的描述:
[0019]如圖1所示，本實(shí)用新型所述的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，包括控制模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、激光驅(qū)動(dòng)模塊、激光信號(hào)發(fā)生模塊、激光信號(hào)接收模塊、氣室、放大模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，放大模塊包括前置放大模塊和數(shù)字鎖相放大模塊。信號(hào)發(fā)生模塊的信號(hào)輸出端連接激光驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸入端，激光驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸出端連接激光信號(hào)發(fā)生模塊的信號(hào)輸入端，激光信號(hào)接收模塊的信號(hào)輸出端連接前置放大模塊的信號(hào)輸入端，前置放大模塊的信號(hào)輸出端連接數(shù)字鎖相放大模塊的信號(hào)輸入端，數(shù)字鎖相放大模塊的信號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸入端，數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸出端連接控制模塊的信號(hào)輸入端;控制模塊控制連接信號(hào)發(fā)生模塊、激光驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)字鎖相放大豐旲塊。
[0020]其中，控制模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)發(fā)生模塊、激光驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)字鎖相放大模塊進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊采集輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣保存。信號(hào)發(fā)生模塊用于在控制模塊的控制下產(chǎn)生激光驅(qū)動(dòng)波形，作為激勵(lì)源輸出至激光驅(qū)動(dòng)模塊。激光驅(qū)動(dòng)模塊用以驅(qū)動(dòng)、 保護(hù)和控制激光信號(hào)發(fā)生模塊。激光信號(hào)發(fā)生模塊用于在激光驅(qū)動(dòng)模塊作用下產(chǎn)生激光信號(hào)。激光信號(hào)接收模塊用于接收經(jīng)氣室內(nèi)氣體吸收后的激光信號(hào)，并將采集到的信號(hào)輸出至前置放大模塊。前置放大模塊用于放大激光信號(hào)接收模塊輸出的信號(hào)并發(fā)送至數(shù)字鎖相放大模塊。數(shù)字鎖相放大模塊用于對(duì)前置放大模塊輸出的采樣信號(hào)的進(jìn)行諧波提取以實(shí)現(xiàn)相敏檢測(cè)，并將提取到的信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊用于采集數(shù)字鎖相放大模塊輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送至控制模塊。
[0021]激光信號(hào)接收模塊與激光信號(hào)發(fā)生模塊相對(duì)設(shè)置，且激光信號(hào)接收模塊與激光信號(hào)發(fā)生模塊之間氣室的兩側(cè)，以保證激光信號(hào)發(fā)生模塊在激光驅(qū)動(dòng)模塊作用下產(chǎn)生激光信號(hào)能夠順利地通過氣室，并使經(jīng)氣室內(nèi)的氣體吸收后的激光信號(hào)被激光信號(hào)接收模塊所接收。激光信號(hào)發(fā)生模塊固定于夾具上，激光信號(hào)發(fā)生模塊的信號(hào)輸入端通過設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)接頭的數(shù)據(jù)傳輸線與激光驅(qū)動(dòng)模塊可拆卸連接，便于實(shí)驗(yàn)人員通過更換不同種類的激光信號(hào)發(fā)生模塊和氣室，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種待測(cè)氣體檢測(cè)儀表的實(shí)驗(yàn)。
[0022] 如激光信號(hào)發(fā)生模塊可采用DFB激光器(1312nm)、ICL激光器(4020nm)或QCL激光器(7.3um)，用于分別實(shí)現(xiàn)對(duì)HF、S02和S03氣體檢測(cè)儀表的實(shí)驗(yàn)。[〇〇23]本實(shí)施例中，激光信號(hào)發(fā)生模塊采用銦鎵砷傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)HF、NH3和H20等氣體檢測(cè)儀表的實(shí)驗(yàn)?？刂颇K可根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)需求采用工控機(jī)或PC機(jī)。激光驅(qū)動(dòng)模塊采用 LDC-3900多通道半導(dǎo)體激光控制器。數(shù)字鎖相放大模塊采用AMETEK 7270型數(shù)字鎖相放大器，能夠有效避免傳統(tǒng)的模擬鎖相放大器所存在的輸出偏置和溫度漂移等問題，同時(shí)有利于儀器的小型化和成本控制。數(shù)據(jù)采集模塊采用PC1-4474數(shù)據(jù)采集卡。
[0024]本實(shí)用新型在使用時(shí)，能夠配合實(shí)驗(yàn)人員所設(shè)計(jì)的算法，通過實(shí)驗(yàn)人員將設(shè)計(jì)的控制程序輸入控制模塊，利用控制模塊控制信號(hào)發(fā)生模塊輸出設(shè)定的鋸齒波信號(hào)至激光驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)不同類型的激光信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生激光信號(hào)。實(shí)驗(yàn)人員利用不同氣室和/或氣室內(nèi)不同的氣體對(duì)激光信號(hào)進(jìn)行吸收，并利用激光信號(hào)接收模塊接收經(jīng)氣室內(nèi)氣體吸收后的激光信號(hào)，然后將采集到的信號(hào)輸出至前置放大模塊進(jìn)行放大，并利用數(shù)字鎖相放大模塊進(jìn)行諧波提取后通過數(shù)據(jù)采集模塊輸送至控制模塊，最終根據(jù)控制模塊接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行判斷分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)TDLAS的儀表系統(tǒng)進(jìn)行樣機(jī)試制前的實(shí)驗(yàn)論證以及參數(shù)調(diào)整優(yōu)化。本實(shí)用新型能夠顯著加快項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度，便捷高效地通過本實(shí)用新型完成可行性試驗(yàn)，在算法、可行性得到驗(yàn)證后再將技術(shù)成果轉(zhuǎn)移到專用設(shè)備上。本實(shí)用新型具備較強(qiáng)的實(shí)用性與拓展性，激光信號(hào)發(fā)生模塊可以根據(jù)待測(cè)氣體的要求進(jìn)行選擇更換；氣室也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求和待測(cè)氣體的不同而選用不同的類型或種類;當(dāng)實(shí)驗(yàn)需求要求有新的設(shè)備增添時(shí)，本試驗(yàn)平臺(tái)的各種通信接口均為標(biāo)準(zhǔn)接口，可隨時(shí)進(jìn)行增添，極大地降低了實(shí)驗(yàn)成本和實(shí)驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅提高基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)TDLAS的儀表的實(shí)驗(yàn)效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:包括控 制模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、激光驅(qū)動(dòng)模塊、激光信號(hào)發(fā)生模塊、激光信號(hào)接收模塊、氣室、放大 模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，放大模塊包括前置放大模塊和數(shù)字鎖相放大模塊，信號(hào)發(fā)生模塊的 信號(hào)輸出端連接激光驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸入端，激光驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸出端連接激光信號(hào)發(fā) 生模塊的信號(hào)輸入端，激光信號(hào)接收模塊的信號(hào)輸出端連接前置放大模塊的信號(hào)輸入端， 前置放大模塊的信號(hào)輸出端連接數(shù)字鎖相放大模塊的信號(hào)輸入端，數(shù)字鎖相放大模塊的信 號(hào)輸出端連接數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸入端，數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸出端連接控制模塊的信 號(hào)輸入端;控制模塊控制連接信號(hào)發(fā)生模塊、激光驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)字鎖相放大模塊;激光信號(hào) 接收模塊與激光信號(hào)發(fā)生模塊相對(duì)設(shè)置，且激光信號(hào)接收模塊與激光信號(hào)發(fā)生模塊之間氣 室的兩側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，其 特征在于:所述的激光信號(hào)發(fā)生模塊固定于夾具上，激光信號(hào)發(fā)生模塊的信號(hào)輸入端通過 設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)接頭的數(shù)據(jù)傳輸線與激光驅(qū)動(dòng)模塊可拆卸連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，其 特征在于:所述的激光信號(hào)接收模塊采用銦鎵砷傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，其 特征在于:所述的控制模塊采用工控機(jī)或PC機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，其 特征在于:所述的激光驅(qū)動(dòng)模塊采用LDC-3900多通道半導(dǎo)體激光控制器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，其 特征在于:所述的激光信號(hào)發(fā)生模塊采用DFB激光器、ICL激光器或QCL激光器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，其 特征在于:所述的數(shù)字鎖相放大模塊采用AMETEK 7270型數(shù)字鎖相放大器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的可擴(kuò)充試驗(yàn)平臺(tái)，其 特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集模塊采用PC1-4474數(shù)據(jù)采集卡。
【文檔編號(hào)】G01N21/39GK205607854SQ201620377903
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】汪獻(xiàn)忠, 李建國(guó)
【申請(qǐng)人】河南省日立信股份有限公司