[发明专利]红外激光光谱的氧气原位检测方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外激光光谱的氧气原位检测方法与装置，属于气体检测技术领域。 

背景技术

目前普遍使用的氧监测仪器主要基于电化学和氧化物及半导体技术的氧气传感器，这些仪器虽然有足够的检测灵敏度，但普遍具有响应时间长、易中毒以及易受其它气体干扰等缺点，仪器维护量大。如常用的二氧化锆极限型氧传感器需要较高的工作温度(600℃)，在易燃易爆环境中应用会引入极大的安全隐患；迦伐尼式氧传感器易受二氧化碳气体的干扰，且寿命较短。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种实时在线基于红外激光光谱的氧气原位检测方法与装置。 

一种红外激光光谱的氧气浓度原位检测方法，将在上位机设置的参数信号经过数据采集处理和控制模块得到参数控制信号，将参数控制信号经过调制信号发生电路得到锯齿波信号、正弦波信号和触发信号，将锯齿波信号和正弦波信号经过电流控制模块得到调制信号，将正弦波信号输出至锁相放大器作为参考信号，将触发信号经过数据采集处理和控制模块得到信号采集触发信号，温度控制模块输出激光器温度控制信号，将调制信号、温度控制信号通过屏蔽传输电缆输出至半导体激光器控制半导体激光器输出激光束；将激光束经第二球面反射镜反射后通过通光孔内的石英窗片进入反射池，激光束在反射池内经过主镜和副镜多次往返反射后由同一通光孔内的石英窗片出射，将出射激光束经第一球面镜反射后通过校准池槽聚焦在光电探测器的光敏面上得到光电转换信号，将光电转换信号通过屏蔽电缆传输至信号滤波及放大电路，光电转换信号经过信号滤波及放大电路得到放大的检测信号，将放大的检测信号、所述正弦波信号输出至锁相放大器得到二次谐波信号，将二次谐波信号经过数据采集处理和控制模块得到反演气体浓度数据，将反演气体浓度数据输出至液晶显示屏显示，将反演气体浓度数据通过数据传输接口输出至上位机处理和存储。 

一种基于红外激光光谱的氧气浓度原位检测方法的装置，该装置包括主机箱、现场检测模块和屏蔽传输电缆；主机箱上安装有电源开关、数据传输接口、液晶显示屏、电源插座、风扇、第一电缆接口，主机箱内有数据采集处理和控制模块、直流稳压模块、信号滤波与放大电路、温度控制模块、电流控制模块、锁相放大器、调制信号发生器，其中电源开关与直流稳压模块的一个输入端连接，数据传输接口与数据采集处理和控制模块连接，直流稳压模块的另一个输入端与电源插座连接，直流稳压模块的输出端分别与液晶显示屏、数据采集处理和控制模块、风扇、信号滤波与放大电路、温度控制模块、电流控制模块、锁相放大器、调制信号发生器的输入端连接，数据采集处理和控制模块的两个输出端分别与液晶显示屏、温度控制模块的输入端连接，温度控制模块的输出端接第一电缆接口，数据采集处理和控制模块与调制信号发生器连接，调制信号发生电路的输出端与电流控制模块的输入端连接，电流控制模块的输出端与第一电缆接口连接，第一电缆接口与屏蔽传输电缆的一端连接，第一电缆接口与信号滤波与放大电路的输入端连接，信号滤波与放大电路的输出端与锁相放大器的输入端连接，锁相放大器的输出端与数据采集处理和控制模块的输入端连接；现场检测模块包括第二电缆接口、校准池槽、出气孔快插接口、进气孔快插接口、第一球面反射镜、第二球面反射镜、半导体激光器、石英窗片、钨钢支杆、副镜底座、副镜、主镜、主镜底座、密封罩、光电探测器，其中第二电缆接口与屏蔽传输电缆的另一端连接，第二电缆接口与半导体激光器和光电探测器连接，半导体激光器、第一球面反射镜、第二球面反射镜、光电探测器、校准池槽安装在现场检测模块上部的光学调整架上，并由密封罩密封在主镜底座的上表面，密封罩的上部设置出气孔快插接口和进气孔快插接口，主镜底座与副镜底座之间为反射吸收池，反射吸收池由两片相同的同轴球面镜即主镜和副镜构成，主镜安装在主镜底座的内表面上，副镜安装在副镜底座的内表面上，主镜底座和副镜底座由四根钨钢杆连接和支撑，主镜和主镜底座对应边缘开有通光小孔，主镜底座小孔内装有石英玻璃窗片，主镜底座四角开有固定孔。 

本发明为一种红外激光光谱的氧气原位检测方法与装置，利用近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术、波长调制光谱和二次谐波检测技术、开放式长光程多次反射池技术实现氧浓度的原位测量，利用可调谐半导体激光吸收光谱技术高分辨特点消除了环境中其它气体成分的干扰，从技术上克服了传统仪器响应速度慢、易受干扰、易中毒、工作温度高等缺点。系统适合于开放空间及密闭装置内氧浓度的快速、灵敏测量。 

附图说明

图1：本发明整体结构图； 

图2：本发明控制流程图。