[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

说明书

本发明公开了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，该检测装置包括主控制器，其上连接有至少一个氧分压传感器。本发明检测装置，可利用多个氧分压传感器测量氧气浓度，从而有利于提高检测装置的可靠性，通过温度和压力的同时补偿，有利于提高检测精度，不仅可以有效减少温度漂移和时间漂移的风险，而且可以有效应对太空中低压等恶劣环境，具有精度高且可靠性高等优点，能够在太空等恶劣环境中长时间可靠的工作，对于提升其在航天领域中的广泛应用具有重要意义。其使用方法具有操作简单、准确度高等优点，且通过对氧分压值进行修正，能够获得更加准确的氧分压值，对于准确掌握检测环境中氧气浓度具有非常重要的意义。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，涉及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。

背景技术

目前，用于检测氧含量/氧浓度的装置主要包括基于电化学-氧化锆技术以及可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的氧气传感器，其中基于电化学-氧化锆技术的氧气传感器存在使用寿命短、温漂较大等缺点；而基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的氧气传感器(也称为激光氧气传感器)，主要是针对地面环境中的氧浓度进行检测，缺乏对氧分压的测量，同时，虽然其能够克服温漂大、校准和标定困难等缺点，但并不能根据温度和压力的变化进行相应的补偿，因而难以获得准确的氧含量/氧浓度，可见，上述缺点的存在极大的限制了氧气传感器的广泛应用。

在航天领域中，需要对航天器(如高轨飞行器)中的氧含量/氧浓度进行监测，这对航天员的生命健康保障有着至关重要的作用。但是，对于航天器所处的外太空环境而言，气压并非标准大气压，有时可能是低气压甚至是超低气压。例如在低压时，若直接测量氧气浓度，则会导致测量数值偏大，因而难以准确掌握航天器中的氧含量/氧浓度，因此以氧分压作为航天器(如高轨飞行器)中的氧含量/氧浓度的衡量标准，更有利于保障航天员的生命健康。另外，航天器在外太空环境中容易受辐射的影响，导致一些关键元器件非常容易失效，不利于及时、可靠的获取检测数据，同时，在太空中，失效或者损坏的器件，没法进行及时更换，因而需要传感器具有更高的可靠性。因此，获得一种精度高且可靠性高的氧分压检测装置，对于提升其在航空领域中的广泛应用具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种精度高且可靠性高的激光氧分压检测装置及其使用方法和修正方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高可靠性激光氧分压检测装置，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，所述微控制器的面板上设有DAC输出端口和ADC输入端口，所述DAC输出端口依次电连接有信号叠加电路、V/I转换电路、激光驱动器、激光器；所述信号叠加电路上电连接有偏置电压电源；所述激光器依次光学连接有光学吸收池和激光探测器；所述光学吸收池上连接有温度传感器和压力传感器；所述激光探测器上依次电连接有I/V转换电路、锁相放大器、滤波放大电路、ADC输入端口，用于向微控制器中输入二次谐波信号；所述V/I转换电路与锁相放大器之间电连接有高通滤波器和移相倍频电路，用于向锁相放大器中输入参考信号；所述温度传感器和压力传感器分别电连接在ADC输入端口上，用于向微控制器中输入光学吸收池中的温度和压力值。

作为上述技术方案的进一步改进：所述氧分压传感器的数量为3个。

作为上述技术方案的进一步改进：所述氧分压传感器中DAC输出端口、ADC输入端口、激光器、激光探测器、滤波放大电路的数量均至少为2个。

作为上述技术方案的进一步改进：所述激光器上电连接有温控电路；所述温控电路的数量至少为2个；所述激光器为763nmVCSEL激光器；所述温控电路为TEC温控电路。

作为上述技术方案的进一步改进：所述光学吸收池布置于待检测环境中；所述光学吸收池为怀特池。