[实用新型]一种基于可调谐二极管激光吸收光谱的气体温度检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于可调谐二极管激光吸收光谱的气体温度检测装置，属于可调谐二极管激光吸收光谱气体检测技术领域。

背景技术

目前测温技术根据测量方式分为接触式和非接触式测量，接触式测量是点式测量，在特定温度范围内温度相应线性度不高，检测灵敏度低。非接触时测温则不需要与被测对象接触，而且不会干扰温度场，适用与高温条件下测温。调谐二极管激光吸收光谱技术用于燃烧场气体温度测量时不会干扰待测流场，具有高灵敏度、高的谱分辨率、快速的相应时间、多参量同时测量优点。

发明内容

本实用新型提供了一种基于可调谐二极管激光吸收光谱的气体温度检测装置，以解决在高温测量领域中接触式测量环境受限、达不到高精度和检测灵敏度低的问题，进而提供了一种基于可调谐激光吸收光谱的气体温度检测装置，为此，本实用新型提供如下的技术方案：一种基于可调谐二极管激光吸收光谱的气体温度检测装置，包括：发射单元、燃烧场气体吸收池单元、接收单元、中央控制处理单元。本实用新型通过发射单元产生中心波长为1390nm的激光光束，光束通过燃烧场气体吸收池，由接收单元测量激光经过燃烧场后的光强变化，最后由中央控制处理单元进行数据处理和测量温度的实时显示。

本实用新型所述的可调谐二极管激光吸收光谱气体温度检测装置，发射单元采用工作中心波长位于1390nm的可调谐半导体激光器，温度控制器用于控制可调谐半导体激光器的工作温度，电流控制器通过信号发生器加载100Hz的三角波扫描电压信号输入控制器的电流端，驱动激光器波长在1390nm附近扫描。然后将相应波长的激光通过光纤和自制的光纤准直器进入燃烧场气体吸收池。

本实用新型所述的可调谐二极管激光吸收光谱气体温度检测装置，燃烧场气体吸收池采用三区燃烧炉30cm光程的五反射腔气体吸收池来实现气体均匀高温环境。

本实用新型所述的可调谐二极管激光吸收光谱气体温度检测装置，接收单元由光电转换探测器PDA10CS测量激光经过燃烧场后的光强变化，将其转化为电信号后输入到锁相放大器中进行锁相检测并输出二次谐波信号，最后通过多功能数据采集卡进行信号采集。

本实用新型所述的可调谐二极管激光吸收光谱气体温度检测装置，中央控制处理单元将数据采集卡USB2850采集到的信号进行数据处理，采用嵌入式操作系统编辑，将测量结果在显示屏上实时显示。

本实用新型的有益效果：发射单元采用1392.80nm和1393.05nm H20吸收谱线对，因为水时燃烧产物的重要气体，本实用新型可以测量不同燃烧工况下的燃烧场温度，水蒸气的两条谱线对也是经过标定筛选的，在气体吸收池中对光谱线的吸收效果显著，对测量恶劣环境下的气体参数，有很好的适应性。

附图说明

图1为本实用新型提供的可调谐二极管激光吸收光谱气体温度检测装置的结构示意图。

图2为本实用新型的检测系统原理图。

图3为本实用新型的水蒸气的吸收光谱吸收峰的选择。

具体实施方式

为了能够更清晰地阐述本实用新型的特点和工作基本原理，以下结合附图，对本实验新型进行说明：本具体实施方式首先提供了一种基于可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）气体温度检测教学实验装置，如图1所示，包括：发射单元（11）、燃烧场气体吸收池（12）、接收单元（13）和中央控制处理单元（14）；发射单元（11）把调制后的激光经过光纤准直器单次穿过待测的燃烧场气体吸收池（12），由接收单元（13）测量经过燃烧场后的光强变化，最后由中央控制处理单元（14）进行数据处理和测量温度的实时显示。

其中，如图2所示，发射单元由2只可调谐DFB激光器及其驱动装置、光纤耦合器、准直器，通过计算机处理单元来控制和切换激光器的工作状态，使激光光源发出特定波长的半导体激光束，经过光纤耦合器后，对气体进行扫描，本实用新型采用ITC5022激光二极管电流温度控制器通过驱动LM14S2蝶形封装底座来实现DFB激光器的温度控制和电流驱动。

实施方式，如图2所示，接收单元由光电传感器VIGO碲镉汞探测器将气体吸收后的光信号转换成电信号，经过放大、滤波等处理后，由数据采集卡传输到上位机进行光谱信号分析和处理，从而得到温度。中央控制处理单元由嵌入式系统利用LabVIEW软件编程，完成将数据采集卡传输到上位机的数据进行处理、显示和储存，并且与发射和接收单元进行通讯，实时检测半导体激光器和控制电路的工作状态。在上位机软件中，用户可以对吸收光谱进行分析，设定激光器等参数，对分析系统进行标定，方便调试和实用。