[发明专利]一种危险气体激光遥感探测装置及其消除环境干扰的方法

权利要求书

1.一种危险气体激光遥感探测装置，其特征在于，包括信号发生器、激光单元、光学遥感测量单元、信号接收单元，其中：

所述信号发生器输出一路调制波形信号和一路参考信号；

所述激光单元包括恒流源驱动器、激光器，恒流源驱动器的输入端接入所述信号发生器输出的调制波形信号，激光器的信号输入端与恒流源驱动器输出端连接，所述信号发生器向恒流源驱动器输出调制波形信号，由恒流源驱动器将调制波形信号加载至所述激光器，并由激光器输出波长被调制波形信号调制后的激光；

所述光学遥感测量单元包括光纤、漫反射光折射透镜、反射体、光纤准直器、光探测器，其中漫反射光折射透镜一侧与反射体相对，并且漫反射光折射透镜与反射体之间区域覆盖危险气体所在的待测空间，光纤准直器安装于漫反射光折射透镜中心，光纤准直器输入端与所述光纤一端连接，光纤准直器输出端正对所述反射体，所述光纤另一端与激光单元中激光器的光输出端连接，所述光探测器设置于漫反射光折射透镜另一侧焦点位置；所述激光单元中激光器输出的波长被调制后的激光经光纤传输至光纤准直器，经过光纤准直器准直后出射通过待测空间中危险气体并到达反射体，然后由反射体反射后再次通过待测空间中危险气体并返回至漫反射光折射透镜，最终经漫反射光折射透镜折射后汇聚于所述光探测器，由光探测器接收包含危险气体吸收信息的光信号；

所述信号接收单元包括前置滤波放大器、锁相放大器，其中前置滤波放大器的输入端与所述光学遥感测量单元中光探测器连接，前置滤波放大器的输出端与锁相放大器一个输入端连接，锁相放大器另一个输入端接入所述信号发生器输出的参考信号；所述光学遥感测量单元中光探测器将接收的光信号转换为电信号并传输至前置滤波放大器，经前置滤波放大器放大和滤波后送入锁相放大器，由锁相放大器将参考信号和光探测器送入的经放大滤波后的电信号进行运算解调得到二次谐波信号，并由锁相放大器的输出端向外输出二次谐波信号。

2.根据权利要求1所述的一种危险气体激光遥感探测装置，其特征在于，还包括数据处理单元，数据处理单元包括AD数据采集器、处理器，所述AD数据采集器的信号输入端与锁相放大器的输出端连接，AD数据采集器的数字输出端与处理器的数字输入端连接，由锁相放大器将解调得到的二次谐波信号输出至AD数据采集器，并由AD数据采集器将二次谐波信号转换为数字信号后送入至处理器，所述处理器中根据二次谐波信号对应的数字信号反演计算得到危险气体浓度信息。

3.根据权利要求2所述的一种危险气体激光遥感探测装置，其特征在于，还包括显示与报警单元，显示与报警单元包括显示器、报警器，显示器、报警器的信号输入端分别与所述处理器的信号输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种危险气体激光遥感探测装置，其特征在于，所述信号发生器由单片机构成，由单片机通过自身内置DAC输出调制波形信号和参考信号。

5.根据权利要求1所述的一种危险气体激光遥感探测装置，其特征在于，所述激光单元还包括温度控制器，温度控制器与所述激光器的信号输入端连接，由温度控制器控制激光器的温度，进而控制激光器本身输出激光的中心波长。

6.根据权利要求1所述的一种危险气体激光遥感探测装置，其特征在于，所述激光单元中，激光器为半导体激光器，或者是量子级联激光器，激光器输出的激光为红外光。

7.根据权利要求1所述的一种危险气体激光遥感探测装置，其特征在于，所述光学遥感测量单元中，漫反射光折射透镜为菲涅尔透镜。

8.根据权利要求1所述的一种危险气体激光遥感探测装置，其特征在于，还包括电池，电池分别供电连接至各个用电部分。

9.根据权利要求1中任意一项所述的一种危险气体激光遥感探测装置，其特征在于，各个部分集成于同一壳体中。

10.一种用于权利要求1-9中任意一项所述的危险气体激光遥感探测装置消除环境干扰的方法，其特征在于，控制信号发生器输出的调制波形信号的波形，使一个调制周期内，调制波形信号的中间部分为被高频信号叠加调制的低频信号、调制波形信号的两端部分分别为无危险气体吸收的固定波长的信号，由此使调制波形信号的波形中两端部分信号幅值为对应于固定波长的定值，且在此固定波长处无气体吸收；

计算锁相放大器输出的二次谐波信号中的谐波峰值，同时计算直接吸收信号中两端固定波长处的信号幅值差的绝对值，将得到的谐波峰值除以直接吸收信号两端幅值差的绝对值来实现归一化，由此消除环境因素造成光强变化对结果产生的干扰。