专利名称：用于减小激光气体分析仪光学干涉的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于减小光学干涉的装置和方法，主要用于激光气体分析仪，提高其测量灵敏度与准确性。
背景技术：
激光气体分析仪是一种“实时”在线的气体检测手段，常被用于石化、钢铁、水泥、环保、工业在线监控等领域。当一束强度为I0的激光通过一定浓度的被测气体后，由于被测气体对激光强度的吸收，透射光强变为之。根据朗伯-比尔定律，气体对透过光的衰减吸收与被测气体的浓度成正比，即
In 1I = ECL h
其中￡力介质的吸收常数，C为待测气体浓度，Z为光程。分析系统的灵敏度受电路噪声和光学干涉噪声的影响，降低噪声对低浓度气体的测量具有重要的意义。由于激光气体分析仪采用激光器作为工作光源，其光源的相干性很高，会在光学界面间反射形成干涉。激光气体分析仪的光学干涉主要来源于透镜、窗片表面的反射。通常采取光学元件镀膜的方法减弱光学界面间的反射，实现减小干涉的目的，但其效果有限，且重复性差。通过改变光路中光学元件的位置，然后对一段时间的探测谱线进行积分叠加是一种有效的消除干涉的方法，但这种方法结构比较复杂，仅局限于实验室中，难以在工业现场运用。本发明设计了一种减小激光气体分析仪光学干涉的方法。不同于常见改变光程的方法，本发明利用压电陶瓷振动改变光源位置的方法改变光程。利用压电陶瓷促动器良好的电控性能、足够的伸缩范围及强度，通过电控的方式使激光器的发光位置、发光角度按一定频率、振幅变化，并对一段时间范围内的结果进行积分叠加，相当于使固定的干涉条纹按不同位相进行叠加，得到减弱光学干涉条纹的效果，不仅适用于实验室多光路的体系，也适用于工业现场在线的监测体系。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种减小激光气体分析仪光学干涉的装置和方法。本发明是通过以下技术方案实现的
一种用于减小激光气体分析仪光学干涉的装置，包括弹簧螺栓、频率可调的半导体激光器及其驱动电路、压电陶瓷促动器及其驱动电路和两块夹板，所述的半导体激光器作为激光气体分析仪的光源，所述的半导体激光器和压电陶瓷促动器分别受与其相应的驱动电路的控制，所述的两块夹板一上一下平着放置，所述的弹簧螺栓和压电陶瓷促动器放在两块夹板之间，两夹板一端之间由弹簧螺栓固定连接，另一端之间由压电陶瓷促动器固定连接，所述的半导体激光器固定在上面那块夹板上且靠近压电陶瓷促动器一端，压电陶瓷促动器在其驱动电路的控制下，压电陶瓷促动器沿垂直方向上下振动，进而带动半导体激光器发光位置和发光角度的改变。—种采用上面所述的装置进行减小激光气体分析仪光学干涉的方法，利用压电陶瓷促动器通过电控的方式使半导体激光器的发光位置、发光角度按一定频率、振幅变化，并对一定时间范围内固定的干涉条纹按不同相位进行叠加，即可得到减弱光学干涉条纹的效果。本发明的特征还在于压电陶瓷促动器的驱动电路的电路驱动波形为三角波或正弦波；所述的半导体激光器是 通过机械方式固定在夹板上的。
由于光线在光学器件如窗片、透镜的表面讲过多重的反射或散射会产生干涉，干涉叠加在扫描的波形上，表现为周期性的干涉条纹，干涉条纹与光程长度相关，本发明通过改变激光器的位置及发射角度，使发射激光所经历的光程改变，所产生的干涉条纹幅度、形状就相应的发生改变，由于在振动过程中干涉条纹的振幅、形状接近随机，所以对一定时间内的探测结果进行积分叠加实现减小干涉条纹的幅度，消除干涉的目的。一般光路变化幅度大于激光波长的数倍，即能有效的消除光学干涉，激光气体分析仪常用光源波长集中在近红外区，目前商用的压电陶瓷促动器能完全满足其要求，因此实现比较容易。本发明的优点是以压电陶瓷促动器作为振动源，使半导体激光器光源的位置及发射角度周期性改变，实现减小光学干涉条纹的功能，提高了测量的灵敏度和准确性。
图I为激光气体分析仪整体结构。图2为本发明装置结构图。
具体实施例方式一种用于减小激光气体分析仪光学干涉的装置，包括弹簧螺栓I、频率可调的半导体激光器3及其驱动电路、压电陶瓷促动器2及其驱动电路和两块夹板I. I和I. 2，所述的半导体激光器3作为激光气体分析仪的光源，所述的半导体激光器3和压电陶瓷促动器2分别受与其相应的驱动电路的控制，所述的两块夹板I. I和I. 2 —上一下平着放置，所述的弹簧螺栓I和压电陶瓷促动器2放在两块夹板I. I和I. 2之间，两夹板I. I和I. 2 —端由弹簧螺栓I固定着，另一端由压电陶瓷促动器2固定着，所述的半导体激光器3固定在上面那块夹板I. I上且靠近压电陶瓷促动器2 —端，压电陶瓷促动器2在其驱动电路的控制下，压电陶瓷促动器2沿垂直方向上下振动，进而带动半导体激光器3发光位置和发光角度的改变。一种采用上面所述的装置进行减小激光气体分析仪光学干涉的方法，利用压电陶瓷促动器2通过电控的方式使半导体激光器3的发光位置、发光角度按一定频率、振幅变化，并对一定时间范围内固定的干涉条纹按不同相位进行叠加，即可得到减弱光学干涉条纹的效果。所述的压电陶瓷促动器2的驱动电路的电路驱动波形为三角波或正弦波；所述的激光器3是通过机械方式固定在夹板I. I上的。
如图I所示，是激光气体分析仪整体结构，包括发射模块4、中央控制模块5、接收模块6和数据处理模块7，发射模块4是直接固定在检测地点的，与实验室测量时使用的吸收池不同，在线测量的激光气体分析仪是开放式的光路，因此采用传统的改变光路的方式来减小系统的光学干涉，在现场的实时分析中是不实际，也是很难实现的。如果采用改变光源的发光位置则相对方便的多。采用发射端光源振动设计，使发射模块结构紧凑，将会在现场安装和小型化等方面带来便利。本发明采用压电陶瓷促动器2的振动改变激光器3的位置与其发光方向，通过改变激光器3的位置及发光方向，是发射激光所经历的光程改变，这时所产生的干涉条纹幅度、形状就相应的发生改变。由于在振动过程中干涉条纹的振幅、形状接近随机，数据处理模块7根据压电陶瓷促动器2的驱动电路的频率对一定时间内的探测结果进行积分叠加可实现减小干涉条纹的幅度，消除干涉的目的。 一般光路变化幅度大于激光波长的数倍，即能有效的消除光学干涉，激光气体分析仪常用光源波长集中在近红外区，目前商用的压电陶瓷促动器能完全满足其要求，因此实现比较容易。
权利要求
1.一种用于减小激光气体分析仪光学干涉的装置，其特征在于包括弹簧螺栓、频率可调的半导体激光器及其驱动电路、压电陶瓷促动器及其驱动电路和两块夹板，所述的半导体激光器作为激光气体分析仪的光源，所述的半导体激光器和压电陶瓷促动器分别受与其相应的驱动电路的控制，所述的两块夹板一上一下平着放置，所述的弹簧螺栓和压电陶瓷促动器放在两块夹板之间，两夹板一端之间由弹簧螺栓固定连接，另一端之间由压电陶瓷促动器固定连接，所述的半导体激光器固定在上面那块夹板上且靠近压电陶瓷促动器一端。
2.一种采用权利要求I所述的装置进行减小激光气体分析仪光学干涉的方法，其特征在于利用压电陶瓷促动器通过电控的方式使半导体激光器的发光位置、发光角度按一定频率、振幅变化，并对一定时间范围内固定的干涉条纹按不同相位进行叠加，即可得到减弱光学干涉条纹的效果。
3.根据权利要求2所述的用于减小激光气体分析仪光学干涉的装置，其特征在于压电陶瓷促动器的驱动电路的电路驱动波形为三角波或正弦波。
4.根据权利要求3所述的用于减小激光气体分析仪光学干涉的装置，其特征在于所述的半导体激光器是通过机械方式固定在夹板上的。
全文摘要
本发明公开了一种用于减小激光气体分析仪光学干涉的装置和方法，通过压电陶瓷促动器按照一定频率、幅度改变激光器位置，不同位置，发射方向的激光束经过光路所产生的光学干涉图样不同，最后通过对一段时间内探测谱线的积分可获得光学干涉条纹减弱的背景，从而提高激光气体分析仪的探测灵敏度和准确性。本发明将压电陶瓷促动器置于激光器光源的附近，通过压电陶瓷促动器伸缩，使激光器光源位置及发射方向随之发生改变，实现减小光学干涉条纹的功能。
文档编号G01N21/01GK102654447SQ20121010682
公开日2012年9月5日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者刘平, 阎杰, 黄文平 申请人:安徽皖仪科技股份有限公司