专利名称：一种激光器光源波长校准方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力领域，特别是一种激光器光源波长校准方法及系统。
背景技术：
由于长时间的使用激光器，会由于温度 、老化以及半导体激光器制作工艺及温度漂移等因素会造成激光器光源波长会在中心波长附近发生漂移，导致激光器发出的激光光源的波长不断改变，因此无法得到准确的激光光源波长。目前，气体检测浓度在众多行业有着广泛的应用，有毒有害气体、易燃易爆气体浓度的检测历来对安全生产具有重要意义。同时气体的定量定性分析在国民生产生活中一直是重要的事情。特别在电力设备中经常使用SF6作为绝缘介质，而一旦SF6气体中掺入了其他杂质，绝缘灭弧效果就会大打折扣，甚至引发安全事故，同时，石油化工、环境保护和防疫等领域也需要检测一些气体浓度。对于目前检测气体浓度的方法中，原理大都是使用激光器发射的激光来照射某种气体，利用所述气体的某一物理特性或者化学特性的变化程度来推断气体的浓度，由于激光器光源的波长没有进行校准，就直接用来测量待测气体的浓度值，因此造成了测量准确度低的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种激光光源波长校准方法及系统，以解决现有技术中无法得到准确的激光光源波长的问题。本发明提供一种激光光源波长校准方法，包括接收激光器发出包含有入射光强信息的入射激光信号；所述入射激光信号经第一透射窗片进入气体室中，预设于所述气体室内的预设浓度的标准气体吸收所述入射激光信号的能量，得到能量变化后的透射激光信号，所述透射激光信号经第二透射窗片发射给第一传感器；所述第一传感器接收所述透射激光信号，并将其转化成包含有所述透射激光信号出射光强信息的第一电信号；第一处理器通过所述第一电信号中的出射光强信息，获取所述标准气体对应的吸收峰位置，确定与所述吸收峰位置对应的中心波长，以所述中心波长为基准，校准所述激光器的波长。 优选地，所述校准激光器的波长，包括通过调节激光器的受驱动电流和自身温度来校准所述激光器的波长。一种气体浓度测量的方法，包括将激光器的波长按照如权利要求I所述步骤进行校准；接收所述校准波长后的激光器发出包含有入射光强的入射激光信号，并将其通过待测标准气体模块；
所述待测标准气体模块吸收所述校准波长后的激光信号的能量，得到能量变化后的校准波长的透射激光信号，将所述校准波长的透射激光信号发射给第二传感器；所述第二传感器接收所述校准波长的透射激光信号，并将其转化成包含有所述校准波长的透射激光信号出射光强信息的第二电信号；第二处理器依据所述第二电信号中的出射光强信息，获取所述待测标准气体对应的吸收峰位置，通过计算得到入射光强信息；并获得所述吸收峰位置上所述校准波长后的激光信号的入射光强和校准波长后的透射激光信号的出射光强的比值，依据所述比值计算得到所述待测标准气体的浓度值。优选地，所述计算得到所述待测标准气体的浓度值后，还包括判断所述待测标准气体的浓度值是否符合预设浓度值，如果是，则不进行校准，如果否，则进行校准。优选地，所述校准浓度值的过程，包括获取由校准波长后的激光器通过所述气体室得到的第一光程长度值和第一气体压强值；获取与所述待测标准气体模块分别对应的第二光程长度值和第二气体压强值；通过调节第一气体压强值和第二气体压强值以及第一光程长度值和第二光程长度值来实现对待测标准气体的浓度的校准。一种激光器光源波长的校准系统，所述系统包括激光器、封装有预设浓度的标准气体的气体室、第一透射窗片、第二透射窗片、第一传感器和第一处理器；所述激光器用于发出包含有入射光强信息的入射激光信号，并将所述入射激光信号通过所述第一透射窗片；所述封装有预设浓度的标准气体的气体室用于吸收所述入射激光信号的能量，得到能量变化后的透射激光信号，所述透射激光信号经第二透射窗片发射给所述第一传感器；所述第一传感器用于依据所述透射激光信号，并将所述透射激光信号转化成包含有所述透射激光信号出射光强信息的第一电信号；所述第一处理器用于通过所述第一电信号中的出射光强信息，获取所述标准气体对应的吸收峰位置，确定与所述吸收峰位置对应的中心波长，以所述中心波长为基准，校准所述激光器的波长。一种气体浓度测量系统，包括如权利要求6所述系统校准后的激光器、待测标准气体模块、第二传感器和第二处理器；所述校准波长后的激光器用于发出包含有入射光强的激光信号，并将所述激光信号通过待测标准气体模块；所述待测标准气体模块用于吸收所述校准波长后的激光信号的能量，得到能量变化后的校准波长的透射激光信号，将所述校准波长的透射激光信号发射给所述第二传感器；所述第二传感器用于依据接收所述校准波长的透射激光信号，并将其转化为包含有所述校准波长的透射激光信号出射光强信息的第二电信号；所述第二处理器用于依据所述第二电信号中的出射光强信息，获取所述待测标准、气体对应的吸收峰位置，通过计算得到入射光强信息，并获得所述吸收峰位置上所述校准波长后的激光信号的入射光强和校准波长后的透射激光信号的出射光强的比值，计算得到所述待测标准气体的浓度值。优选地，还包括第三处理器；所述第三处理器用于通过调节获取的由校准波长后的激光器通过所述气室得到的第一光程长度值和第一气体压强和由校准波长后的激光器通过所述待测标准气体模块得到的第二光程长度值和第二气体压强，来实现对所述待测标准气体的浓度值的校准。从以上技术方案可以看出，本发明提供了 一种激光光源波长校准方法及系统，所述方法包括接收激光器发出的包含有入射光强信息的入射激光信号，所述入射激光信号经预设于气体室的预设浓度的标准气体后得到了透射激光信号，所述传感器接收了所述透射激光信号，将其转化为包含有所述透射激光信号出射光强信息的第一电信号，第一处理器依据所述出射光强信息，获取所述标准气体对应吸收峰位置，确定与所述吸收峰位置对应的中心波长，以所述中心波长为基准，校准所述激光器的波长，通过调节所述激光器的属性，以达到在所述吸收峰的位置上有光强的吸收，那么此时所述吸收峰位置对应的波长为校准波长，所述方法解决了由于温度、老化以及半导体激光制作工艺及温度漂移造成的波长发生漂移的问题，实现了对激光器光源波长进行校准。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例一公开的一种激光器光源波长的校准方法的流程示意图；图2为本发明实施例二公开的一种气体浓度测量的方法的流程示意图；图3为本发明实施例三公开的一种气体浓度测量的方法的流程示意图；图4为本发明实施例四公开的一种气体浓度测量的方法的流程示意图；图5为本发明实施例五公开的一种激光器光源波长的校准系统的结构示意图；图6为本发明实施例六公开的一种气体浓度测量系统的结构示意图；图7为本发明实施例七公开的一种气体浓度测量系统的结构示意图。
具体实施例方式下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明的保护范围。本发明实施例一公开了一种激光器光源波长的校准方法，参见图I为所述方法的流程示意图，该方法步骤包括步骤SlOl :接收激光器发出包含有入射光强信息的入射激光信号；步骤S102 :所述入射激光信号经第一透射窗片进入气体室中，预设于所述气体室内的预设浓度的标准气体吸收所述入射激光信号的能量，得到能量变化后的透射激光信号;步骤S103 :所述透射激光信号经第二透射窗片发射给第一传感器；步骤S104 :所述第一传感器接收所述透射激光信号，并经其转化为包含有所述透射激光信号出射光强信息的第一电信号；步骤S105 :第一处理器通过所述第一电信号中的出射光强信息，获取所述标准气体对应的吸收峰位置，确定与所述吸收峰位置对应的中心波长，以所述中心波长为基准，校 准所述激光器的波长。其中，通过透射激光的出射光强强度Fwt与半导体激光器驱动器的电流信号1^成正比，我们可以假设激光器发射激光进入校准模块之前，光强强度Fin=K1Win;而出射光强Ftjut, Ftjut=FiJK2^K3，其中K2为光路损耗比例，K3为气体吸收比例；入射光强与出射光强比例f = F0Ut/Fin=F0Ut/(KfIin)；在整个扫描过程中，如果激光器波长不在气体吸收峰位置上，则K3=L此时f = K2
是一常数。如果激光器波长在吸收峰位置上，则K3为介于0 I之间的一个小数，f小于K2,分析整个扫描过程中吸收比例的变化值，找出吸收率最高的位置(即f 最小)，便可以找出吸收峰的位置。其中，通过调节激光器的受驱动电流和自身温度来校准所述激光器的波长，实际使用调谐技术来校准所述激光器的波长。上述实施例中，本发明公开了一种对激光器光源波长进行校准的方法，所述方法包括将包含有入射光强信息的入射激光信号经第一透射窗片进入气体室中，预设于所述气体室内的预设浓度的标准气体吸收所述入射激光信号的能量，得到能量变化后的透射激光信号，所述透射激光信号经第二透射窗片发射给第一传感器，所述第一传感器接收所述透射激光信号，并将其转化成包含有所述透射激光信号出射光强信息的第一电信号，第一处理器通过所述第一电信号中的出射光强信息，获取所述标准气体对应的吸收峰位置，确定与所述吸收峰位置对应的中心波长，以所述中心波长为基准，通过调节所述激光器的受驱动电流和自身温度来校准所述激光器的波长，因此得到准确的激光光源波长的激光器。本发明实施例二公开了一种气体浓度测量的方法，参见图2为所述方法的流程示意图，该方法步骤包括步骤S201 :将激光器的波长按照实施例一公开的方法进行校准；步骤S202 :接收所述校准波长后的激光器发出包含有入射光强的入射激光信号，并将其通过待测标准气体模块；步骤S203 :所述待测标准气体模块吸收所述校准波长后的激光信号的能量，得到能量变化后的校准波长的透射激光信号，将所述校准波长的透射激光信号发射给第二传感器；步骤S204 :所述第二传感器接收所述校准波长的透射激光信号，并将其转化成包含有所述校准波长的透射激光信号出射光强信息的第二电信号；步骤S205 :第二处理器依据所述第二电信号中的出射光强信息，获取所述待测标准气体对应的吸收峰位置，通过计算得到入射光强信息；步骤S206 :获得所述吸收峰位置上所述校准波长后的激光信号的入射光强和校准波长后的透射激光信号的出射光强的比值，通过所述比值计算得到所述待测标准气体的浓度值。其中，采用朗伯-比尔定律
权利要求
1.一种激光器光源波长的校准方法,其特征在于,该方法包括 接收激光器发出包含有入射光强信息的入射激光信号； 所述入射激光信号经第一透射窗片进入气体室中，预设于所述气体室内的预设浓度的标准气体吸收所述入射激光信号的能量，得到能量变化后的透射激光信号，所述透射激光信号经第二透射窗片发射给第一传感器； 所述第一传感器接收所述透射激光信号，并将其转化成包含有所述透射激光信号出射光强信息的第一电信号； 第一处理器通过所述第一电信号中的出射光强信息，获取所述标准气体对应的吸收峰位置，确定与所述吸收峰位置对应的中心波长，以所述中心波长为基准，校准所述激光器的波长。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述校准激光器的波长，包括 通过调节激光器的受驱动电流和自身温度来校准所述激光器的波长。
3.一种气体浓度测量的方法，其特征在于，包括 将激光器的波长按照如权利要求I所述步骤进行校准； 接收所述校准波长后的激光器发出包含有入射光强的入射激光信号，并将其通过待测标准气体模块； 所述待测标准气体模块吸收所述校准波长后的激光信号的能量，得到能量变化后的校准波长的透射激光信号，将所述校准波长的透射激光信号发射给第二传感器； 所述第二传感器接收所述校准波长的透射激光信号，并将其转化成包含有所述校准波长的透射激光信号出射光强信息的第二电信号； 第二处理器依据所述第二电信号中的出射光强信息，获取所述待测标准气体对应的吸收峰位置，通过计算得到入射光强信息； 并获得所述吸收峰位置上所述校准波长后的激光信号的入射光强和校准波长后的透射激光信号的出射光强的比值，依据所述比值计算得到所述待测标准气体的浓度值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算得到所述待测标准气体的浓度值后，还包括 判断所述待测标准气体的浓度值是否符合预设浓度值，如果是，则不进行校准，如果否，则进行校准。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述校准浓度值的过程，包括 获取由校准波长后的激光器通过所述气体室得到的第一光程长度值和第一气体压强值； 获取与所述待测标准气体模块分别对应的第二光程长度值和第二气体压强值； 通过调节第一气体压强值和第二气体压强值以及第一光程长度值和第二光程长度值来实现对待测标准气体的浓度的校准。
6.一种激光器光源波长的校准系统，其特征在于，所述系统包括激光器、封装有预设浓度的标准气体的气体室、第一透射窗片、第二透射窗片、第一传感器和第一处理器； 所述激光器用于发出包含有入射光强信息的入射激光信号，并将所述入射激光信号通过所述第一透射窗片； 所述封装有预设浓度的标准气体的气体室用于吸收所述入射激光信号的能量，得到能量变化后的透射激光信号，所述透射激光信号经第二透射窗片发射给所述第一传感器； 所述第一传感器用于依据所述透射激光信号，并将所述透射激光信号转化成包含有所述透射激光信号出射光强信息的第一电信号； 所述第一处理器用于通过所述第一电信号中的出射光强信息，获取所述标准气体对应的吸收峰位置，确定 与所述吸收峰位置对应的中心波长，以所述中心波长为基准，校准所述激光器的波长。
7.一种气体浓度测量系统，其特征在于，包括如权利要求6所述系统校准后的激光器、待测标准气体模块、第二传感器和第二处理器； 所述校准波长后的激光器用于发出包含有入射光强的激光信号，并将所述激光信号通过待测标准气体模块； 所述待测标准气体模块用于吸收所述校准波长后的激光信号的能量，得到能量变化后的校准波长的透射激光信号，将所述校准波长的透射激光信号发射给所述第二传感器；所述第二传感器用于依据接收所述校准波长的透射激光信号，并将其转化为包含有所述校准波长的透射激光信号出射光强信息的第二电信号； 所述第二处理器用于依据所述第二电信号中的出射光强信息，获取所述待测标准气体对应的吸收峰位置，通过计算得到入射光强信息，并获得所述吸收峰位置上所述校准波长后的激光信号的入射光强和校准波长后的透射激光信号的出射光强的比值，计算得到所述待测标准气体的浓度值。
8.根据权利要求7所述的系统，所述系统还包括第三处理器； 所述第三处理器用于通过调节获取的由校准波长后的激光器通过所述气室得到的第一光程长度值和第一气体压强和由校准波长后的激光器通过所述待测标准气体模块得到的第二光程长度值和第二气体压强，来实现对所述待测标准气体的浓度值的校准。
全文摘要
本发明公开了一种激光器光源波长校准的方法和系统，所述方法包括接收激光器发出的包含有入射光强信息的入射激光信号，经封装于气体室内的预设浓度的标准气体吸收所述入射激光信号的能量后，得到能量变化后的透射激光信号，将所述透射激光信号转化成包含有出射光强信息的第一电信号，第一处理器依据所述出射光强信息，获取所述标准气体对应的吸收峰位置，确定与所述吸收峰位置对应的中心波长，以所述中心波长为基准，校准所述激光器的波长，解决了由于温度、老化以及半导体激光制作工艺造成的漂移问题，所述方法应用于系统中，实现了对激光器光源波长的校准，从而得到准确的激光器光源波长。
文档编号G01N21/39GK102751658SQ20121023951
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者姚强, 张继菊, 徐瑞林, 苗玉龙, 邱妮 申请人:重庆市电力公司电力科学研究院