[发明专利]基于光学分光系统的TDLAS气体测温检测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于光学分光系统的TDLAS气体测温检测装置。

背景技术

随着科学的发展，科技水平的进步，社会生产过程中对产品检测技术不断提高，由原来的机械性质的检测手段逐步推进到光电技术的检测手段，其中气体检测为当下最为前瞻性、具有市场价值的检测手段，对气体燃烧中的温度及含量进行实时监控测量，主要应用于工业小型化生产、工程化设备的温度检测，如钢铁厂、焚烧厂、锅炉厂等。原有的机械测量温度设备指标较低，精确度低，测量范围小，已不能满足工业化的高温作业要求。而对于光电检测技术，其激光检测精度高，误差小，系统搭建简易，操作简便，基本能够满足工业生产检测需求，而针对TDLAS气体测温检测的方案，目前仍未出现比较成熟的技术方案。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种基于光学分光系统的TDLAS气体测温检测技术方案。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光学分光系统的TDLAS气体测温检测装置，所述装置以燃烧气体场为中心划分为两部分；位于燃烧气体场一侧的为光源发射端，位于燃烧气体场另一侧的为光源接收端；

所述光源发射端包括：电源、第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号发生器3、激光信号调试器4、单模光纤13、光纤合束器5、光纤准直器6；其中，所述第一激光器2a自带有第一激光驱动器，所述第二激光器2b自带有第二激光驱动器；

所述光源接收端包括：第一平凸透镜8、光纤光栅9、第二平凹透镜10a、第三平凹透镜10b、第一光电探测器、第二光电探测器、第一光电转换器11a、第二光电转换器11b；

所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号发生器3、激光信号调试器4的电源线接口相互连接并统一连接至电源的供电接口电源线2；所述电源用于为所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号发生器3、激光信号调试器4提供工作电源电压；

所述激光信号发生器3分别连接第一激光驱动器、第二激光驱动器以及激光信号调试器4；

所述激光信号发生器3用于根据激光器固有的波长、频率属性参数，匹配设定相对检测气体的激光频率基准值，生成初始激光信号发生指令，至第一激光驱动器及第二激光驱动器来驱动第一激光器2a及第二激光器2b生成初始激光束；

所述激光信号调试器4用于对基准值附近的激光频率及待测气体需重点采集的激光波长范围进行加载锯齿波信号的调试，使得调试后的激光束发出的光信号与调试时一致；然后生成修正信号至激光信号发生器3；所述激光信号发生器3根据修正信号生成修正后激光信号发生指令，至第一激光驱动器及第二激光驱动器来驱动第一激光器2a及第二激光器2b生成频率、波长修正后的激光束；

所述单模光纤13分别连接第一激光器2a输出端口、第二激光器2b输出端口以及光纤合束器5输入端口；所述单模光纤13用于将所述第一激光器2a及第二激光器2b输出的激光传输至光纤合束器5；

所述光纤合束器5输入端口分别连接第一激光器2a及第二激光器2b各自传输的单模光纤13；所述光纤合束器5用于将两路单模光纤13传输来的激光经前端合束并在后端结合成一束两种波长模式的激光束；

所述光纤准直器6连接在光纤合束器5后端，经光纤合束器5合束后的两束光纤合成一束激光后，连接进入光纤准直器6前端，发出微小形变的激光束在光纤准直器6中经准直透镜的折射校正，在光纤准直器6后端发出平行激光束；

所述第一平凸透镜8位于燃烧气体场中相对于光源发射端的另一侧，位于光源接收端的前端，且处于所述光纤准直器6的出射路径上，第一平凸透镜8中心位置与光纤准直器6中心位置共轴；经光纤准直器6发出的激光束在经过燃烧气体场后进入第一平凸透镜8中，激光束与第一平凸透镜8共轴且轴对称；准直平行后的激光束在通过燃烧气体场后光束会微小偏折，经第一平凸透镜8折射聚光后使激光束重新汇聚，以保证光束以高能量的光信息进入光纤光栅9表面；

所述光纤光栅9位于第一平凸透镜8后端，且光纤光栅9表面处于第一平凸透镜8的焦距位置处，与光轴成一定转向角度，所述光纤光栅9用于分开合束后的两束各自波长的激光束，其偏转角度与光束分开的角度值相匹配；经过第一平凸透镜8的合束激光在第一平凸透镜8光轴焦点聚焦，并透射至光纤光栅9表面，经过光纤光栅9表面刻划线的衍射将合束后的激光束按照各自不同波长频率分开，分开的两路激光光束用于再各自独立进行检测；