一种基于TDLAS的多种气体遥测系统的制作方法

本实用新型属于气体遥测技术领域，具体涉及一种基于TDLAS的多种气体遥测系统。

背景技术：

由于可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS）利用分布反馈激光器（DFB）的窄线宽和波长可调等特点来实现气体分子“指纹区”吸收谱线的扫描和测量。具有灵敏度高、检测快速、不受背景气体干扰、非接触测量等优点，已经广泛应用于环境检测、汽车尾气检测、工业气体检测、污染气体检测、燃烧诊断等领域。但由于DFB激光器的线宽窄，可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）一般情况下只能对一种气体进行检测，但在有些场合需要对多种气体同时检测，就需要多台检测系统，比如对化工环境的H2S、HCl气体的同时检测，天然气管道的CH4、H2S气体的同时检测，温室气体CH4、CO2气体的同时检测，普通的一台TDLAS检测系统无法实现。而多台系统体积较大、且成本较高。

虽然已公开的专利“便携式多气体遥测装置CN201510864899.6”的光学系统采用类似卡塞格林望远镜结构，这样的结构需要离轴抛物面镜和双曲面镜，这极大地提高了系统的成本，且采用光纤合束将四束合束，合束器成本也高，并且激光有一定损耗，这样的结构比较复杂，成本高，不利于实际应用。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种基于TDLAS的多种气体遥测系统，该系统采用多个波长的DFB激光器，共用一个透镜光学收集系统和探测器，实现多种气体遥测。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于TDLAS的多种气体遥测系统，包括镜头外壳、DFB激光器和信号控制系统，所述镜头外壳上设有准直透镜和可见光激光瞄准器，所述镜头外壳内设有光电探测器和透镜，激光的反射光可以通过透镜收集到光电探测器；所述准直透镜与DFB激光器之间通过光纤连接，准直透镜与DFB激光器均至少有两个；所述信号控制系统分别与DFB激光器和光电探测器连接。

作为优选，所述准直透镜与DFB激光器均有八个，可以对八种气体进行遥测。

作为优选，所述光电探测器与透镜之间设置有带通滤光片，可有效降低背景光的干扰，提高探测灵敏度和精度。

作为优选，所述带通滤光片的通光范围为1300nm-1700nm。

作为优选，所述光电探测器采用铟镓砷光电二级管，实现近红外探测。

本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果是：

采用多种气体所对应的DFB激光器分时发射激光的方式，共用一个激光瞄准器、共用一个光学收集系统、共用一个光电探测器。可通过调节多个DFB激光器分时发射激光，实现多种气体浓度的检测。

在探测器前放置1300nm-1700nm带通滤光片，可有效降低背景光的干扰，提高探测灵敏度和精度。

可实现多种模式的探测，比如对于只探测一种气体，可通过选择模式实现一种气体浓度的实时检测，可适用任意气体任意种类的气体浓度检测。

附图说明

图1 是本实用新型的结构示意图；

图2 是本实用新型激光器的一种分布图；

图3 是本实用新型激光器的另一种分布图；

图4 是本实用新型的检测时序图；

图5是本实用新型信号控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种基于TDLAS的多种气体遥测装置中的多个DFB激光器1通过光纤，经过固定在镜头外壳2的准直透镜3-1、3-2、3-3、3-4发射激光，由于气体检测用DFB激光器大部分属于近红外波段，人眼无法识别，可见光激光瞄准器4是为了人能够准确定位被测位置；可见光激光瞄准器4实现对被测位置的定位，DFB激光通过气团9被反射物体10反射，最终被透镜5收集到光电探测器7，其中8为多激光器驱动控制、数字锁相放大等信号控制系统。

如图2所示，准直透镜3-1、3-2、3-3、3-4和可见光激光瞄准器4紧贴在镜头外壳2周围，尽量使反射后的光在镜头中心会聚。

如图3所示，经过固定在镜头外壳2的准直透镜3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8发射激光，可见光激光瞄准器4实现对被测位置的定位。

多个DFB激光器1主要有不同被测气体对应不同波长激光器1-1、1-2、1-3、1-4...，这和选择被测气体的种类有关；准直透镜3-1、3-2、3-3、3-4是将激光器发出的激光通过光纤后准直，以提高激光的传输距离和探测灵敏度；

被测八种气体为：HF、H2O、NH3、HCN、H2S、CO、C2H2、CH4；检测这八种气体所对应DFB激光器1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8的中心波长分别为1310nm、1392nm、1512nm、1540nm、1576nm、1580nm、1620nm、1654nm。

探测器7前的带通滤光片6的通光范围为1300nm-1700nm，可有效降低背景光的干扰，放置探测器饱和，提高探测灵敏度和精度；光电探测器7采用铟镓砷光电二级管，实现近红外探测。

多激光器驱动控制、数字锁相放大等信号控制系统8中的数字锁相放大与多激光器驱动控制及探测器同步，且不同波长激光器发射激光时给光电探测器7和数字锁相放大器一个触发信号，通知其发射激光波长，进而获取对应气体的浓度信息。

八激光器驱动控制、数字锁相放大等信号控制系统8可实现八种气体分时发射激光，并在相邻激光发射之间有一定的时间间隔无激光发射，如图4所示的八种气体检测时序图，有利于不同气体光电探测器7光电信号的分离。

八激光器驱动控制、数字锁相放大等信号控制系统8可以选择测量气体的种类，可任意选择一种、两种....等多种模式，方便不同测量要求。对于信号控制系统8（例如图5所示）及其具体操作模式，本领域的技术人员可以在了解本方案的技术上，可以做出相适应的调整，并且可以很容易设计出。

上面仅对本实用新型的较佳实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本实用新型的保护范围之内。