[发明专利]一种中红外激光气体传感检测装置及方法

权利要求书

1.一种中红外激光管的驱动与切换单元，其特征在于，包括三极管Q1、三极管Q2、双控开关S1、双控开关S2、三极管Q3和三极管Q4，所述三极管Q1的集电极连接VCC电压端，所述三极管Q1的集电极和基极通过电阻R1连接，所述三极管Q1的基极连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q1的发射极连接所述三极管Q2的基极并连接双控开关S1和双控开关S2的一端，所述双控开关S2和双控开关S1的第二端接地，所述三极管Q2的发射极通过电阻R2接地；

所述双控开关S2的第三端连接三极管Q3的基极并通过电阻R5接地，所述双控开关S1的第三端连接三极管Q4的基极并通过电阻R6接地；

所述三极管Q3的集电极连接发光二极管L1，所述三极管Q4的集电极连接发光二极管L2；

所述三极管Q3的发射极通过电阻R3接地；所述三极管Q4的发射极通过电阻R4接地；

缓冲器U1的输出端连接所述双控开关S2的第三端，缓冲器U2的输出端连接所述双控开关S1的第三端。

2.如权利要求1所述的中红外激光管的驱动与切换单元，其特征在于，所述发光二极管L1和发光二极管L2均为中红外激光LED。

3.一种中红外激光气体传感检测装置，其特征在于，包括权利要求1所述的驱动与切换单元、正交信号产生单元、处理器、锁相检测单元、第一中红外激光LED、第二中红外激光LED、检测气室、光电管、光电放大单元、第一锁相检测单元、第二锁相检测单元、第一滤波单元、第二滤波单元和AD转换单元，所述处理器、正交信号产生单元和驱动与切换单元连接，所述第一中红外激光LED和第二中红外激光LED设置在所述检测气室的一端，所述光电管设置在所述检测气室的另一端，所述第一中红外激光LED和第二中红外激光LED均连接所述驱动与切换单元，所述第一锁相检测单元和第二锁相检测单元均连接所述光电放大单元，所述第一锁相检测单元、第一滤波单元、AD转换单元和处理器依次连接，所述第二锁相检测单元、第二滤波单元、AD转换单元和处理器依次连接，所述正交信号产生单元连接所述第一锁相检测单元和第二锁相检测单元，

所述正交信号产生单元用于产生检测所需要的驱动信号和锁相检测单元的正交参考信号；

所述驱动与切换单元中将所述正交信号产生单元的驱动信号进行放大，并将放大后的驱动信号分时加载到所述第一中红外激光LED和第二中红外激光LED上；

所述光电放大单元用于对光电管检测到的光信号进行放大；

所述第一锁相检测单元和第二锁相检测单元用于提取所述光电放大单元的输出信号中与气体浓度变化相关的信号； 

所述第一滤波单元和第二滤波单元分别对所述第一锁相检测单元和第二锁相检测单元提取的信号进行处理并将处理后的信号送入处理器。

4.如权利要求3所述的中红外激光气体传感检测装置，其特征在于，所述第一滤波单元和第二滤波单元均为窄带滤波器。

5.如权利要求3所述的中红外激光气体传感检测装置，其特征在于，所述第一中红外激光LED和第二中红外激光LED分别为检测激光管和参考激光管。

6.一种中红外激光气体传感检测方法，其特征在于，利用权利要求3-5任一项所述的中红外激光气体传感检测装置，包括以下步骤：

1）、利用正交信号产生单元产生激励信号并将此信号送入驱动与切换单元进行放大，并将放大的激励信号分时加载到所述第一中红外激光LED和第二中红外激光LED上，所述激励信号的频率大于10KHz；

2）、所述第一中红外激光LED和第二中红外激光LED在驱动与切换单元的作用下交替发出中红外激光；

3）、光电管检测经过气体吸收后的中红外激光并将光强信息转化为光电流；

4）、光电放大单元对步骤3）的光电流进行放大并消除其中的暗电流分量；

5）、采用锁相检测方法提取光电放大单元输出的信号中与气体浓度相关的信号分量并利用第一滤波单元和第二滤波单元滤除其它信号分量；

6）、利用AD转换单元将第一滤波单元和第二滤波单元的模拟信号转化为数字量并送至处理器进行处理，得到气体的浓度值。

7.如权利要求6所述的中红外激光气体传感检测方法，其特征在于，所述激励信号的驱动时序中每个周期包括四个时间片，第一时间片中，第二中红外激光LED不发射激光，第一中红外激光LED发射中红外激光，光电管采集检测量；第二时间片中，第一中红外激光LED和第二中红外激光LED均不发射激光，光电管采集一次暗电流数值；第三时间片中，第二中红外激光LED发射中红外激光，第一中红外激光LED不发射激光，光电管采集检测通路的参考值；第四时间片中，第一中红外激光LED和第二中红外激管光均不发射激光，光电管采集一次暗电流数值。