[发明专利]一种中红外激光气体传感检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中红外激光气体传感检测装置及方法。

背景技术

目前红外吸收技术利用的光源中，宽带光源主要有使用热电器件或红外灯作为检测光源，窄带源主要有具有布拉格反馈的光栅级联激光器。但前者热惯性大，无法进行调制，导致检测系统底噪过大，分辨率低。后者具有很高的分辨率，能够区分不同的吸收谱线，但要求激光波长与幅度精确稳定、成本高，需要频繁的调整激光器的波长和温度。

因此，需要一种新的中红外激光气体传感检测装置以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中中红外激光气体传感检测存在问题，提供了一种中红外激光管的驱动与切换单元。

技术方案：为达到上述发明目的，本发明的中红外激光管的驱动与切换单元采用以下技术方案：

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。

更进一步的，所述发光二极管L1和发光二极管L2均为中红外激光LED。采用中红外光谱范围的新型激光LED成本较低，激光光谱范围较窄，中心波长易于控制。中红外激光LED的调制频率可达1MHz以上，具有较窄的光谱范围，利用该类激光LED ，结合正交锁相放大技术，可以实现高灵敏度、低成本的红外气体检测装置。

发明原理：其中，发光二极管L1和L2分别为参考LED和实测LED，三极管Q1、Q2、Q3和Q4构成了开关恒流源，实现对发光二极管L1和L2的限流驱动。三极管Q1和Q2为驱动晶体管，缓冲器U1和U2分别为驱动晶体管Q1和Q2提供门控信号，控制发光二极管L1和L2按照时序进行发光。

有益效果：本发明的中红外激光管的驱动与切换单元可以实现对驱动信号进行放大并可控制两个激光管按照时序进行发光。在每个检测周期内，按照控制时序依次对发光二极管进行驱动并检测光电管的电压，可以有效地消除光电管暗电流飘移带来的影响，通过对比参照LED的检测电压，可以消除光路污染以及电路参数变化对检测结果的影响，能有效地检测气体浓度的微量变化。

本发明还公开了一种中红外激光气体传感检测装置，包括如上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。