[发明专利]一种激光光谱气体漏源搜索定位系统及方法

摘要

本发明公开了一种激光光谱气体漏源搜索定位系统及方法，包括激光驱动器、可调谐二极管激光发生器、气体样品池、激光接收单元、带多路电信号输出的光/电信号转换器、锁相放大器、跟踪定位控制单元、数据处理单元、报警显示单元和调Q电光开关，采用光谱吸收技术，不但可以检测气体浓度，还增加了利用气体浓度梯度实现气体方位跟踪，同时引入了激光调Q技术发射激光脉冲测距，实现定位功能，使用可调谐二极管激光发生器，实现波长调制发射连续激光精确测量气体浓度梯度值用于跟踪气体方位，又可发射脉冲激光测距定，避免了传统的激光发生器发射不同种类激光，需要采用不同激光器造成的高成本、体积大等缺陷。

主权项

1.一种激光光谱气体漏源搜索定位系统，其特征在于，包括激光驱动器(1)、可调谐二极管激光发生器(2)、气体样品池(3)、激光接收单元(4)、带多路电信号输出的光/电信号转换器(5)、锁相放大器(6)、跟踪定位控制单元(7)、数据处理单元(8)、报警显示单元(9)和调Q电光开关(10)，激光驱动器(1)的激光驱动端面朝向可调谐二极管激光发生器(2)的激光入射端，可调谐二极管激光发生器(2)激光信号发射端面朝向气体样品池(3)激光信号输入端，当发射激光脉冲串条件下，可调谐二极管激光发生器(2)激光信号发射端还朝向光/电信号转换器(5)激光信号输入端；/n所述气体样品池(3)激光信号出口朝向激光接收单元(4)的激光信号输入端，激光接收单元(4)的激光信号输出端朝向光/电信号转换器(5)激光信号输入端，光/电信号转换器(5)一路电信号输出端朝向锁相放大器(6)信号输入端，另一路电信号输出端朝向跟踪定位控制单元(7)的跟踪定位控制器、计时计数器、整形放大器输入端，锁相放大器(6)信号输出端和跟踪定位控制单元(7)信号输出端朝向数据处理单元信号(8)输入端；数据处理单元信号(8)输出端朝向报警显示单元(9)的信号输入端。/n所述的激光驱动器(1)带有电流驱动模块和温度控制功能，控制可调谐二极管激光发生器(2)工作温度和电流变化，进行输出波长调制，在调Q电光开关作用下，可驱动可调谐二极管激光发生器发射脉冲激光串；/n所述的可调谐二极管激光发生器(2)在在激光调Q电光开关(10)激励下，激光驱动器(1)驱动该设备输出一束波长和光强随驱动电流变化的光信号，通过控制注入电流和温度进行波长调制；/n所述的气体样品池(3)为密闭容器室，设置激光入射口和出射口，里面为已知浓度的待测气体；/n所述的激光接收单元(4)接受调谐激光的光波连续照射气体样品池(3)待测气体后的激光信号在调Q电光开关(10)作用下，接受脉冲激光串光波照射气体样品池(3)待测气体后的激光信号；/n所述的光/电信号转换器(5)将采集携带有气体信息的光信号转换为电信号并经放大后送到锁相放大器(6)或跟踪定位控制单元(7)进行处理；/n所述的锁相放大器(6)对光/电信号转换器(5)上述信号进行相敏检测，实现带宽和相位调节，得到符合要求的二次谐波信号输出给数据处理单元；/n所述的跟踪定位控制单元(7)包括跟踪定位控制器、整形放大器、时点计数器，根据检测的气体浓度梯度实现跟踪，利用最大浓度信号触发激光发射装置发射脉冲激光串，并输出信号给数据处理单元(8)，跟踪定位控制器根据检测的气体浓度信号自动跟踪气体方位，或控制带双坐标的云台动作跟踪气体方位，接受光/电信号转换器(5)来自激光接收单元(4)的脉冲激光电信号控制计时计数器的时点判别电路产生“结束脉冲”停止计数，激光发射装置的调Q电光开关(10)停止发射脉冲激光，电流发生器注入电流激光器再开始发射连续调谐激光，带双坐标伺服机构的云台跟踪气体方位动作，并连续输出气体方位角坐标信息给跟踪定位控制器，经过自测、偏移补偿、分析计算，得到三维空间距离，实现自动定位，整形放大器对经光/电信号转换器(5)发送的激光脉冲电信号进行放大处理，给计时计数器的时点判别电路产生“起始脉冲”，识别并开始计时计数；/n所述的数据处理单元(8)可采用嵌入式逻辑控制器或其他微处理器，将检测所得到的二次谐波信号，采用平均法进行抑制噪声处理，同时利用线性拟合法进行浓度反演计算，得到准确的气体浓度梯度信号和最大浓度信号，均输出给定位控制单元(8)的定位控制器跟踪气体识别方位，触发调Q电光开关(10)发射脉冲激光串，同时将采集到的相关信号，经过分析计算，得到被测气体泄漏方位和距离值；/n所述的报警显示单元(9)可采用盘装仪表或触摸屏、监视器等，用于气体浓度显示、报警及被测气体距离显示；/n所述的激光调Q电光开关(10)用于触发激光发射器产生脉冲激光。/n