[发明专利]一种高可靠性激光氧分压检测装置及其使用方法和修正方法

权利要求书

1.一种高可靠性激光氧分压检测装置，其特征在于，包括主控制器，所述主控制器通过电气连接器连接有至少一个氧分压传感器；

所述氧分压传感器包括微控制器(1)，所述微控制器(1)的面板上设有DAC输出端口(101)和ADC输入端口(102)，所述DAC输出端口(101)依次电连接有信号叠加电路(2)、V/I转换电路(4)、激光驱动器(5)、激光器(6)；所述信号叠加电路(2)上电连接有偏置电压电源(3)；所述激光器(6)依次光学连接有光学吸收池(7)和激光探测器(10)；所述光学吸收池(7)上连接有温度传感器(8)和压力传感器(9)；所述激光探测器(10)上依次电连接有I/V转换电路(11)、锁相放大器(12)、滤波放大电路(13)、ADC输入端口(102)，用于向微控制器(1)中输入二次谐波信号；所述V/I转换电路(4)与锁相放大器(12)之间电连接有高通滤波器(14)和移相倍频电路(15)，用于向锁相放大器(12)中输入参考信号；所述温度传感器(8)和压力传感器(9)分别电连接在ADC输入端口(102)上，用于向微控制器(1)中输入光学吸收池(7)中的温度和压力值。

2.根据权利要求1所述的高可靠性激光氧分压检测装置，其特征在于，所述氧分压传感器的数量为3个。

3.根据权利要求1或2所述的高可靠性激光氧分压检测装置，其特征在于，所述氧分压传感器中DAC输出端口(101)、ADC输入端口(102)、激光器(6)、激光探测器(10)、滤波放大电路(13)的数量均至少为2个。

4.根据权利要求3所述的高可靠性激光氧分压检测装置，其特征在于，所述激光器(6)上电连接有温控电路(601)；所述温控电路(601)的数量至少为2个；所述激光器(6)为763nmVCSEL激光器；所述温控电路(601)为TEC温控电路。

5.根据权利要求1或2所述的高可靠性激光氧分压检测装置，其特征在于，所述光学吸收池(7)布置于待检测环境中；所述光学吸收池(7)为怀特池。

6.一种如权利要求1～5中任一项所述的高可靠性激光氧分压检测装置的使用方法，其特征在于，利用氧分压传感器获取氧分压值，包括以下步骤：

S1、检测产生的二次谐波峰值是否正常；若不正常，则发送错误信息，结束检测；若正常，则执行下一步；

S2、根据步骤S1中获得的二次谐波峰值，获取光学吸收池(7)中的氧气浓度值；

S3、利用温度传感器(8)和压力传感器(9)获取光学吸收池(7)中的温度和压力值，结合步骤S2中得到的氧气浓度值，根据最小二乘法的拟合方法同步补偿温度和压力值，得到不同温度和压力下的氧分压值。

7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述S1中，当氧分压传感器中DAC输出端口(101)、ADC输入端口(102)、激光器(6)、激光探测器(10)、滤波放大电路(13)的数量为2个，且其中一条并列的检测路线所检测得到的二次谐波峰值不正常时，还包括以下处理：启动另一条并列的检测路线，按照同样的方法检测其产生的二次谐波峰值是否正常。

8.根据权利要求6或7所述的使用方法，其特征在于，所述使用方法，还包括以下处理：利用氧分压传感器连续采集氧分压值，对待检测环境进行持续监测。

9.一种高可靠性激光氧分压检测装置的修正方法，其特征在于，对权利要求6～8中任一项所述的使用方法中获得的氧分压值进行修正，包括以下步骤：

(1)利用主控制器读取不同氧分压传感器测量的氧分压值，判断氧分压传感器是否报错；若氧分压传感器出现错误，则放弃报错氧分压传感器对应的氧分压值；若氧分压传感器传输数据正常，则将不同氧分压传感器对应的氧分压值存储在主控制器中；

(2)根据存储在主控制器中的不同氧分压传感器对应的氧分压值，取它们的平均值，作为修正后的氧分压值。

10.根据权利要求9所述的修正方法，其特征在于，所述氧分压传感器的数量为3个时，所述平均值由以下方法获取：

(2.1)对存储在主控制器中的3个氧分压传感器对应的氧分压值进行分配，依次记为QA、QB、QC，若其中一个氧分压传感器没有对应的氧分压值，则被另一个氧分压传感器的对应的氧分压值替代，依次类推；

(2.2)判断QA、QB、QC中是否分配有氧分压值；若QA、QB、QC均分配有氧分压值，且每两个氧分压值的差值均≤1kPa时，则以这三个氧分压值的平均值作为修正后的氧分压值，或者，若QA、QB、QC均分配有氧分压值，且存在两个氧分压值的差值＞1kPa时，选取其中两个较为接近的氧分压值的平均值作为修正后的氧分压值；若QA、QB、QC中仅有两个氧分压值，则以这两个氧分压值的平均值作为修正后的氧分压值；若QA、QB、QC中仅有一个氧分压值，则以这一组氧分压值作为修正后的氧分压值。