[发明专利]一种基于VCSEL的自适应多谱线CO检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于VCSEL的自适应多谱线CO检测方法，其特征在于，

所述自适应多谱线CO检测方法基于一种自适应多谱线CO检测系统，所述自适应多谱线CO检测系统系统包括：依次连接的VCSEL激光器、气体吸收池和光电探测器；所述VCSEL激光器发出的光直接进入气体吸收池，所述气体吸收池输出的光直接进入光电探测器，经所述光电探测器将带有吸收信号的光信号转换为电信号，经AD转换后进入微处理器，进行待测气体的浓度测量；在整个操作温度范围内，通过对VCSEL激光器驱动电流的调整，能够使得VCSEL激光器至少扫描到待测气体的一条吸收谱线；

所述自适应多谱线CO检测方法包括：

对环境温度、VCSEL激光器驱动电流和波长进行建模，得到不同气体谱线切换点对应的环境温度；

基于VCSEL激光器自身温度和气体谱线切换点，当达到切换点时，切换到相邻波长吸收谱线，并调整激光器的驱动电流，使得吸收谱线最高点处在整个扫描范围的中心；

为了避免在临近切换点温度范围内出现两个吸收谱线的频繁切换，在环境温度逐步升高和下降到同一温度点时，温度的上升切换点和下降切换点会留有一定的阈值设计；VCSEL激光器发出的光经气体吸收池吸收后进入光电探测器，对光电探测器输出的信号进行处理，得到待测CO气体的浓度；

对环境温度和VCSEL激光器波长进行建模，得到不同气体谱线切换点对应的环境温度，具体包括：

根据VCSEL激光器设定温度下的波长和电流参数，利用数据拟合得到不同温度下的电流-波长关系式；

根据出厂参数中阈值和温度的关系拟合得到整个操作温度范围内的阈值-温度、最大工作电流-波长以及最小工作电流-波长的关系式；

根据拟合曲线确定每条吸收谱线对应的工作温度范围，结合切换点工作温度下波长和电流的关系，最终建立不同谱线和温度切换点的关系模型；

即通过出厂参数，建立了不同谱线温度切换点与中心电流关系模型，结合电流和温度测试单元测得的环境实时温度值，即可实现多条谱线的自适应跟踪；

VCSEL激光器发出的光经气体吸收池吸收后进入光电探测器，对光电探测器输出的信号进行处理，得到待测CO气体的浓度，具体包括：

对光电探测器测得的传感探头的探测信号进行处理，利用吸收谱线两侧无吸收部分的锯齿波信号拟合得到基线信号；

将所述基线信号和光电探测器的输出信号相除，归一化处理，得到传感探头归一化信号；

基于所述归一化信号和VCSEL激光器温度，确定所选择的吸收谱线波长，从而确定吸收强度，根据Beer-Lambert 定律测得待测气体的浓度。

2.如权利要求1所述的一种基于VCSEL的自适应多谱线CO检测方法，其特征在于，所述VCSEL激光器内部设有热敏电阻测量电路。

3.如权利要求1所述的一种基于VCSEL的自适应多谱线CO检测方法，其特征在于，还包括：用于测量气体吸收池附近的环境温度和压力的温度压力探测模块，所述温度压力探测模块连接微处理器。

4.如权利要求1所述的一种基于VCSEL的自适应多谱线CO检测方法，其特征在于，所述VCSEL激光器由无温控的激光驱动模块产生锯齿波或者三角波电流信号进行驱动。

5.如权利要求4所述的一种基于VCSEL的自适应多谱线CO检测方法，其特征在于，所述激光驱动模块由微处理器的IO口自适应调节电流扫描范围，并选择设定范围内多条谱线的最优吸收谱线完成气体浓度的测量。

6.如权利要求1所述的一种基于VCSEL的自适应多谱线CO检测方法，其特征在于，通过测量入射前后的光强和光程即可测得被测气体的浓度。

7.如权利要求1所述的一种基于VCSEL的自适应多谱线CO检测方法，其特征在于，环境温度变化会引起吸收谱线的切换和吸收谱线线型的变化，系统能自动辨识所选择的谱线并根据谱线的线型变化对VCSEL激光器附近的环境温度和压力测量值进行补偿。