基于扩束聚焦系统的tdlas气体测温检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测方法。
【背景技术】
[0002]随着科学的发展，社会的进步，社会生产过程中产品检测技术不断提高，由原来的机械性质的检测手段逐步推进到光电技术的检测手段，其中气体检测为当下最为前言具有社会市场的检测手段，对气体燃烧中的温度及含量进行实时监控测量，主要应用于小型工程化燃烧设备的温度检测。原有的机械测量温度设备指标较低，精确度低，测量范围小，基本不能满足工业化的高温作业要求。对于光电检测技术，激光检测精度高，误差小，装置设计调试简易，操作简便，维护周期较长，基本满足工业生产检测需求。
【发明内容】
[0003](一 )要解决的技术问题
[0004]本发明要解决的技术问题是:如何提供一种基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测方法。
[0005]( 二 )技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测方法，所述方法通过气体测温检测装置来实施，该装置以燃烧气体场为中心划分为两部分；位于燃烧气体场一侧的为光源发射端，位于燃烧气体场另一侧的为光源接收端；且，燃烧气体场空间由耐高温玻璃14形成，且其上设有燃烧检测口 8 ;
[0007]所述光源发射端包括:电源、第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号调试器3、激光信号发生器4、单模光纤13、激光合束器5、光纤准直器6、激光扩束镜筒7 ;其中，所述第一激光器2a自带有第一激光驱动器，所述第二激光器2b自带有第二激光驱动器；所述光源接收端包括:平凸透镜9、积分球11、第一光电探测器、第二光电探测器、第一光电转换器10a、第二光电转换器10b、光电变换器信号转换线12 ;
[0008]所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号发生器4、激光信号调试器3的电源线接口相互连接并统一连接至电源的供电接口电源线I ;所述激光信号发生器4分别连接第一激光驱动器、第二激光驱动器以及激光信号调试器3 ;所述单模光纤13分别连接第一激光器2a输出端口、第二激光器2b输出端口以及激光合束器5输入端口 ；所述激光合束器5输入端口分别连接第一激光器2a及第二激光器2b各自传输的单模光纤13 ;所述光纤准直器6连接在激光合束器5后端输出端；激光扩束镜筒7连接在光纤准直器6后端输出端；
[0009]所述平凸透镜9位于燃烧气体场中相对于光源发射端的另一侧，位于光源接收端的前端，且处于所述激光扩束镜筒7的出射路径上，平凸透镜9中心位置与激光扩束镜筒7中心位置共轴；所述积分球11位于平凸透镜9后端，且平凸透镜9焦距位置在积分球11入光孔径中；积分球11内部有一进光口及两路出光口，根据所述第一激光器2a及第二激光器2b的激光波长不同进行滤光片分光，使得由一束光经积分球11滤光片进行分光，分出各自频率光有出光口各自打出；在积分球11两个出光口处各自设置有光电探测器，分为第一光电探测器及第二光电探测器，第一光电探测器连接第一光电转换器10a，第二光电探测器连接第二光电转换器1b ;且第一光电转换器1a响应波段与第一激光器2a工作波段相匹配，第二光电转换器1b响应波段与第二激光器2b工作波段相匹配，第一光电转换器1a和第二光电转换器1b后端通过光电变换器信号转换线12连接计算机；其中，所述光纤准直器6发出的激光束、平凸透镜9、积分球11入光口径三者在同一光轴各自中心对称；
[0010]其中，所述方法包括如下步骤:
[0011]步骤S1:将燃烧检测口 8套在燃烧气体场区域并与之固定；
[0012]步骤S2:将光电转换器10后端的光电变换器信号转换线12连接计算机；
[0013]步骤S3:电源供电后，所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号发生器4、激光信号调试器3开启；
[0014]步骤S4:激光信号发生器4根据激光器固有的波长、频率属性参数，匹配设定相对检测气体的激光频率基准值，生成初始激光信号发生指令，至第一激光驱动器及第二激光驱动器来驱动第一激光器2a及第二激光器2b生成初始激光束；
[0015]步骤S5:激光信号调试器3对基准值附近的激光频率及待测气体需重点采集的激光波长范围进行加载锯齿波信号的调试，使得调试后的激光束发出的光信号与调试时一致；然后生成修正信号至激光信号发生器4 ;所述激光信号发生器4根据修正信号生成修正后激光信号发生指令，至第一激光驱动器及第二激光驱动器来驱动第一激光器2a及第二激光器2b生成频率、波长修正后的激光束；此时第一激光器2a及第二激光器2b开始发出所需要波长的激光；
[0016]步骤S6:单模光纤13将所述第一激光器2a及第二激光器2b输出的激光传输至激光合束器5 ；
[0017]步骤S7:激光合束器5将两路单模光纤13传输来的激光经前端合束并在后端结合成一束两种波长模式的激光束；
[0018]步骤S8:光纤准直器6通过准直透镜将发出微小形变的激光束进行折射校正，在光纤准直器6后端发出准直后激光束；
[0019]步骤S9:准直后激光束通过激光扩束镜筒7转换为平行宽光束；
[0020]步骤SlO:平行宽光束在经过燃烧气体场的耐高温玻璃14后进入平凸透镜9中，准直平行后的宽光束束在通过燃烧气体场后光束出现微小偏折，经平凸透镜9折射聚光后使激光束重新汇聚至积分球11中；
[0021]步骤Sll:积分球11分开合束后的两束各自不同波长的激光束；
[0022]步骤S12:经积分球11分开的各自不同波长频率的两路激光束聚焦到的光点进入到第一光电探测器及第二光电探测器的入光敏元孔中，经过第一光电探测器、第二光电探测器及其后端的第一光电转换器10a、第二光电转换器1b各自进行光电变换，把光信号转变为电信号输出，在后端计算机中进行数据采集处理计算出气体实时温度数据；
[0023]步骤S13:根据计算机测温处理软件，提取两路电信号锯齿波形吸收峰区域面积，进行比对处理运算，得到燃烧场待测温度值；
[0024]步骤S14:多次测量取待测气体燃烧的平均值，以减少误差，提高精度。
[0025](三)有益效果
[0026]与现有技术相比较，本发明提供的基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测方法，其所依据的装置内部采用高能半导体可协调激光器作为工作光源，利用光学光线扩束与透镜聚焦原理，检测待测燃烧气体的温度，测量精确度高，设备调试简易，操作简便。
[0027]本发明的有益效果:采用高能半导体可协调激光器作为工作光源，激光器在特定波动可变频探测，探测范围精确较宽，光束聚集性较好。测量结果精确度高，散失能量较小，装置搭建简易、操作简便、携带方便，适用于小型工程化燃烧设备的温度检测。
【附图说明】
[0028]图1为本发明的结构示意图。
[0029]图2为本发明外形图。
[0030]图中:1-电源线；2a_第一激光器(自带第一激光驱动器)；2b_第二激光器(自带第二激光驱动器)；3_激光信号调试器；4_激光信号发生器；5_激光合束器；6_光纤准直器；7_激光扩束镜筒；8_燃烧检测口 ；9_平凸透镜；1a-第一光电转换器；1b-第二光电转换器；11-积分球；12-光电变换器信号转换线；13-单模光纤；14-耐高温玻璃；15_外壳。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0032]为解决现有技术的问题，本发明提供一种基于扩束聚焦系统的TDLAS气体测温检测装置，如图1及图2所示，所述测温检测装置以燃烧气体场为中心划分为两部分；位于燃烧气体场一侧的为光源发射端，位于燃烧气体场另一侧的为光源接收端；且，燃烧气体场空间由耐高温玻璃14形成，且其上设有燃烧检测口 8 ;
[0033]所述光源发射端包括:电源、第一激光器2a、第二激光器2b、激光信号调试器3、激光信号发生器4、单模光纤13、激光合束器5