基于双吸收峰的激光氧气检测系统的制作方法

本技术属于激光气体检测，涉及一种基于双吸收峰的激光氧气检测系统。

背景技术：

1、氧气在大气环境中约占比21％，作为一种人类生存的必需气体和重要的助燃气体，无论是在人类的日常生活中，还是工业生产过程中都扮演着非常重要的角色，特别是在煤矿井下这种复杂环境中，氧气浓度监测的重要性无法低估。首先，氧气浓度关系着井下工作人员的安全，煤矿井下充斥着瓦斯、粉尘等有害物质，可能会导致氧气浓度降低，缺氧会导致头晕、意识丧失、身体乏力等症状，严重时会导致窒息、甚至死亡，不仅会降低工作人员的工作效率，还会威胁到井下工作人员的生命安全；其次，煤矿井下还存在瓦斯积聚的风险，当氧气浓度达到一定范围时，与瓦斯等易于燃烧的气体混合形成可燃性气体混合物，存在瓦斯爆炸的风险。现有煤矿井下传统的氧气浓度监测系统存在使用寿命短，易受温度、压力及其他气体干扰等问题。为了克服这些问题，基于吸收峰的激光氧气监测系统应运而生，该系统主要采用可调谐半导体激光吸收光谱技术，利用氧气分子在特定波长下的吸收特性，通过测量吸收峰的强度来计算得到氧气浓度。然而，现有的单吸收峰的激光氧气监测系统存在一些问题，激光器输出光信号的强度和中心波长波动可能会导致测量稳定性和精度降低，因此需要进一步改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于双吸收峰的激光氧气检测系统，采用两个吸收强度存在差异的相邻吸收峰来对氧气浓度进行检测，以消除激光器输出光信号强度和中心波长波动的影响，进一步提升氧气的测量精度。

2、为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种基于双吸收峰的激光氧气检测系统，其包括激光源模块、耦合器、第一带通光滤波器、第二带通光滤波器、第一光准直器、第二光准直器、气体吸收装置、光电探测模块和数据处理单元。

4、其中，激光源模块的输入端与数据处理单元连接，激光源模块的输出端与耦合器连接；第一带通光滤波器和第二带通光滤波器的输入端均与耦合器的输出端连接；第一光准直器的输入端与第一带通光滤波器的输出端连接，第二光准直器的输入端和第二带通光滤波器的输出端连接；第一光准直器和第二光准直器的输出端均设置于气体吸收装置中；光电探测模块的输入端设置于气体吸收装置中，光电探测模块的输出端与数据处理单元连接。

5、进一步的，激光源模块包括温度控制模块、激光器、电流驱动模块和信号发生器。其中激光器分别与温度控制模块和电流驱动模块连接，激光器的输出端与耦合器连接；电流驱动模块的输入端与信号发生器连接；信号发生器的输入端与数据处理单元连接。

6、进一步的，光电探测模块包括第一光电探测器和第二光电探测器；其中第一光电探测器的输入端设置在气体吸收装置中与第一光准直器输出端相对应的位置；第二光电探测器的输入端设置在气体吸收装置中与第二光准直器输出端相对应的位置；第一光电探测器和第二光电探测器的输出端均与数据处理单元连接。

7、进一步的，数据处理单元包括第一锁相放大器、第二锁相放大器和单片机。其中第一锁相放大器的输入端与第一光电探测器的输出端连接；第二锁相放大器的输入端与第二光电探测器的输出端连接；第一锁相放大器和第二锁相放大器的输出端均与单片机连接；单片机还与激光源模块连接。

8、本实用新型的有益效果在于：

9、1)本实用新型采用可调谐半导体激光吸收光谱技术进行氧气浓度检测，不仅可以有效地延长氧气传感器的使用寿命，而且还可以解决现有电化学原理氧气传感器易受粉尘、温度压力和其它气体交叉干扰等问题，同时，本实用新型利用同一激光源的两个不同位置的氧气吸收谱线实现氧气浓度测量，利用其中吸收较强的吸收峰来测量氧气浓度，吸收较弱的吸收峰作为参考对照组，可以解决采用单一吸收峰检测气体浓度时，激光器输出光强和中心波长波动使得氧气浓度测量的精度和稳定性降低的问题。

10、2)本实用新型基于双吸收峰的测量可以覆盖较宽的氧气浓度范围，通过选择适当的激光波长和光路设计，可以在不同浓度下进行准确测量，从低浓度到高浓度都可以实现可靠的检测，同时基于激光氧气检测具有快速的响应时间，可以实时监测氧气浓度的变化。另外，本实用新型为非侵入性测量，不需要直接接触气体样品，避免了样品污染的风险。

11、本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于双吸收峰的激光氧气检测系统，其特征在于：该系统包括激光源模块、耦合器、第一带通光滤波器、第二带通光滤波器、第一光准直器、第二光准直器、气体吸收装置、光电探测模块和数据处理单元；所述激光源模块的输入端与所述数据处理单元连接，激光源模块的输出端与所述耦合器连接；所述第一带通光滤波器和第二带通光滤波器的输入端均与耦合器的输出端连接；所述第一光准直器的输入端与第一带通光滤波器的输出端连接，所述第二光准直器的输入端和第二带通光滤波器的输出端连接；所述第一光准直器和第二光准直器的输出端均设置于所述气体吸收装置中；所述光电探测模块的输入端设置于所述气体吸收装置中，光电探测模块的输出端与所述数据处理单元连接。

2.根据权利要求1所述的激光氧气检测系统，其特征在于：所述激光源模块包括温度控制模块、激光器、电流驱动模块和信号发生器；所述激光器分别与温度控制模块和电流驱动模块连接，激光器的输出端与所述耦合器连接；所述电流驱动模块的输入端与所述信号发生器连接；所述信号发生器的输入端与所述数据处理单元连接。

3.根据权利要求1所述的激光氧气检测系统，其特征在于：光电探测模块包括第一光电探测器和第二光电探测器；所述第一光电探测器的输入端设置在所述气体吸收装置中与所述第一光准直器输出端相对应的位置；所述第二光电探测器的输入端设置在所述气体吸收装置中与所述第二光准直器输出端相对应的位置；所述第一光电探测器和第二光电探测器的输出端与所述数据处理单元连接。

4.根据权利要求1或3所述的激光氧气检测系统，其特征在于：所述数据处理单元包括第一锁相放大器、第二锁相放大器和单片机；所述第一锁相放大器的输入端与第一光电探测器的输出端连接；所述第二锁相放大器的输入端与第二光电探测器的输出端连接；所述第一锁相放大器和第二锁相放大器的输出端均与所述单片机连接；所述单片机还与激光源模块连接。

技术总结本技术涉及一种基于双吸收峰的激光氧气检测系统，属于激光气体检测技术领域。该系统包括激光源模块、耦合器、第一带通光滤波器、第二带通光滤波器、第一光准直器、第二光准直器、气体吸收装置、光电探测模块和数据处理单元。激光源模块输出激光经过耦合器分束后，两束激光分别进入带通光滤波器和光准直器，在气体吸收装置中经过氧气吸收后，具有氧气浓度信息的光束被光电探测模块采集，在数据处理单元中进行处理后得到待测氧气浓度信息。本技术利用同一激光源的两个不同位置的氧气吸收谱线实现氧气浓度测量，可以解决采用单一吸收峰检测气体浓度时，激光器输出光强和中心波长波动使得氧气浓度测量的精度和稳定性降低的问题。技术研发人员：伍玉山,孙世岭,张书林,郭清华,槐利,张远征,梁光清,王尧,吴科,周德胜,路萍,张华乾,吴渝受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司技术研发日：20240116技术公布日：2024/11/7