一种激光气体检测装置的制作方法

本技术属于气体检测领域，具体地说，涉及一种激光气体检测装置。

背景技术：

1、随着社会的进步和科技的发展，对气体浓度的高精度监测在保证石油天然气开采，生物制药安全，大气污染防治、食品药品安全等诸多领域有着重要的意义。

2、目前，国内气体检测方法有电化学方法、光学方法、电气方法、气相色谱法等，各有优缺点，其主要缺点分别是：电化学法的气体检测仪稳定性差，灵敏度低，抗干扰性能低光学法的气体传感器测量范围小，不易测量多种气体，操作复杂；电气法的气体传感器响应速度慢，灵敏度低，测量精度低；气相色谱法气体传感器测量精度低，连续性不好，受环境影响大，上述技术方法不合适在地下空间高温、高湿、高腐蚀性等恶劣环境使用，无法实现在地下空间长期稳定实时监测可燃气体。

3、如何简化电路的复杂性、实现在不同环境可以对激光波长进行稳定的控制，提高燃气检测的精度成为目前亟待解决的技术问题。

4、有鉴于此特提出本实用新型。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种激光气体检测装置，通过设置激光控制电路和激光回波信号采样电路，并通过电流驱动电路、温度控制电路、tec控制器、跨阻放大电路、滤波电路和采样电路，具有实时测量、准确度高、选择性好、无需经常标定等优点，解决了检测电路复杂，检测不准确的问题，实现气体检测装置小型化、轻量化、低耗能等目的，提高气体的检测精度。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：一种激光气体检测装置，包括，激光器；激光控制电路，用于控制激光的波长；激光回波采样电路，用于对接收到回波信号进行采样；

3、所述激光控制电路包括电流驱动电路、温度控制电路和tec控制器，所述温度控制电路的输出端与tec控制器的输入端连接，tec控制器的输出端与激光器连接，电流驱动电路的输出端与激光器连接；

4、所述激光回波采样电路包括跨阻放大电路、滤波电路和采样电路，所述跨阻放大电路，用于将回波电流信号转化为电压信号；所述滤波电路与所述跨阻放大电路的输出端连接，用于对放大后的回波信号进行滤波处理；所述采样电路与所述滤波电路的输出端连接，用于采集滤波后的回波信号。

5、进一步地，还包括单片机mcu、可调电位器，所述采样电路的输出端与所述单片机mcu的adc接口连接，所述单片机mcu接收采集后的回波信号通过所述可调电位器调节放大倍率；

6、所述可调电位器的输入端与所述单片机的i2c接口连接，输出端与所述温度控制电路连接。

7、进一步地，所述跨阻放大电路包括激光二极管d6和运算放大器u12，所述激光二极管d6的阳极接地，阴极与所述运算放大器u12的第四引脚，所述运算放大器u12的第四引脚和第一引脚与电容c42并联，所述电容c42与电阻r43、r44并联，所述电阻r43和电阻r44串联，所述电阻r43、电阻r44的连接端与电阻r45的一端连接、另一端接地，所述运算放大器的第三引脚、第二引脚接地、第六引脚连接5v电源，所述运算放大器u12的第一引脚与所述滤波电路的输入端连接。

8、进一步地，所述滤波电路为三阶rc低通滤波电路组成，所述滤波电路的输入端与所述跨阻放大电路的输出端连接，所述滤波电路的输出端与所述采样电路的输入端连接。

9、进一步地，所述滤波电路包括电阻r46，所述电阻r46的一端与所述运算放大器u12的第一引脚连接，另一端与电阻r47一端和电容c47的一端串联，所述电容c47与所述电阻r47并联，电阻r47的另一端与电容c46一端、电容c48的一端串联，电容c46、电容c48并联，电容c46的另一端与电阻r51的一端连接，电容c47、电容c48、电阻r51的另一端接地，电容c46的另一端和电阻r51的一端与采样电路的输入端连接。

10、进一步地，所述采样电路包括可编程放大器u13，所述可编程放大器u13通过将回波信号滤波处理后再次进行二次放大采样，并将二次放大采样后的回波信号输出值单片机mcu的adc接口。

11、进一步地，所述采样电路还包括电阻r48和电阻r50，电容c46的另一端分别于电阻r48、电阻r50的一端连接，电阻r48的另一端与可编程放大器u13的第二引脚连接，电阻r50的另一端与可编程放大器u13的第三引脚连接，可编程放大器u13的第一引脚连接5v电源，并与电容c44的一端连接、另一端接地，可编程放大器u13的第十引脚连接3v电源，并与电容c45的一端连接，电容c45的另一端接地，可编程放大器u13的第五引脚与电阻r49的一端连接，可编程放大器u13的第四引脚、第六引脚接地，电阻r49的另一端、可编程放大器u13的第十引脚、第七引脚、第八引脚和第九引脚与单片机mcu的adc接口连接。

12、进一步地，所述电流驱动电路的输入端与所述单片机mcu的dac接口连接，所述单片机mcu向所述电流驱动电路提供电压。

13、进一步地，所述激光器内置由热敏电阻，所述温度控制电路设有温控仪wtc3243芯片，与tec控制器、热敏电阻反馈相结合，使得激光器在恒定的温度下，通过热敏电阻对激光器的波长进行粗调，然后结合电流驱动电路，由单片机mcu输出调制电压给所述电流驱动电路供电，然后通过所述电流驱动电路中的电阻对激光器的波长进行精确控制。

14、进一步地，所述温度控制电路的温度设定值，由可调电位器的输出电压信号设定。

15、采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。

16、(1)本实用新型通过设置激光控制电路和激光回波信号采样电路，在使用时，通过电流驱动电路、温度控制电路和tec控制器相结合，实现激光器波长的粗调和在极小幅度下对波长进行精确控制，同时，结合激光回波采样电路，将采集到的回波信号进行放大、滤波和二次放大采样，控制回波信号实现1010-1012v/a增益，3db带宽10khz以上，具有实时测量、准确度高、选择性好、无需经常标定等优点，解决了检测电路复杂，检测不准确的问题，实现气体检测装置小型化、轻量化、低耗能等目的，提高气体的检测精度。

17、(2)本实用新型通过激光器内置的热敏电阻，温度控制电路设有温控仪wtc3243芯片，与tec控制器、热敏电阻反馈相结合，使得激光器在恒定的温度下，通过热敏电阻对激光器的波长进行粗调，然后结合温度控制电路，由单片机mcu输出调制电压给所述温度控制电路供电，调制电压分辨率达到1.2mv，通过调节温度控制电路中的接地电阻r1，实现恒电流输出分辨率最小可以为μa级别，从而实现在极小的幅度下对波长进行非常精确的控制。

18、下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种激光气体检测装置，其特征在于：包括，激光器；激光控制电路，用于控制激光的波长；激光回波采样电路，用于对接收到回波信号进行采样；

2.根据权利要求1所述的一种激光气体检测装置，其特征在于：还包括单片机mcu、可调电位器，所述采样电路的输出端与所述单片机mcu的adc接口连接，所述单片机mcu接收采集后的回波信号通过所述可调电位器调节放大倍率；

3.根据权利要求1所述的一种激光气体检测装置，其特征在于：所述跨阻放大电路包括激光二极管d6和运算放大器u12，所述激光二极管d6的阳极接地，阴极与所述运算放大器u12的第四引脚，所述运算放大器u12的第四引脚和第一引脚与电容c42并联，所述电容c42与电阻r43、r44并联，所述电阻r43和电阻r44串联，所述电阻r43、电阻r44的连接端与电阻r45的一端连接、另一端接地，所述运算放大器的第三引脚、第二引脚接地、第六引脚连接5v电源，所述运算放大器u12的第一引脚与所述滤波电路的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种激光气体检测装置，其特征在于：所述滤波电路为三阶rc低通滤波电路组成，所述滤波电路的输入端与所述跨阻放大电路的输出端连接，所述滤波电路的输出端与所述采样电路的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种激光气体检测装置，其特征在于：所述滤波电路包括电阻r46，所述电阻r46的一端与所述运算放大器u12的第一引脚连接，另一端与电阻r47一端和电容c47的一端串联，所述电容c47与所述电阻r47并联，电阻r47的另一端与电容c46一端、电容c48的一端串联，电容c46、电容c48并联，电容c46的另一端与电阻r51的一端连接，电容c47、电容c48、电阻r51的另一端接地，电容c46的另一端和电阻r51的一端与采样电路的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种激光气体检测装置，其特征在于：所述采样电路包括可编程放大器u13，所述可编程放大器u13通过将回波信号滤波处理后再次进行二次放大采样，并将二次放大采样后的回波信号输出值单片机mcu的adc接口。

7.根据权利要求6所述的一种激光气体检测装置，其特征在于：所述采样电路还包括电阻r48和电阻r50，电容c46的另一端分别于电阻r48、电阻r50的一端连接，电阻r48的另一端与可编程放大器u13的第二引脚连接，电阻r50的另一端与可编程放大器u13的第三引脚连接，可编程放大器u13的第一引脚连接5v电源，并与电容c44的一端连接、另一端接地，可编程放大器u13的第十引脚连接3v电源，并与电容c45的一端连接，电容c45的另一端接地，可编程放大器u13的第五引脚与电阻r49的一端连接，可编程放大器u13的第四引脚、第六引脚接地，电阻r49的另一端、可编程放大器u13的第十引脚、第七引脚、第八引脚和第九引脚与单片机mcu的adc接口连接。

8.根据权利要求2所述的一种激光气体检测装置，其特征在于：所述电流驱动电路的输入端与所述单片机mcu的dac接口连接，所述单片机mcu向所述电流驱动电路提供电压。

9.根据权利要求8所述的一种激光气体检测装置，其特征在于：所述激光器内置由热敏电阻，所述温度控制电路设有温控仪wtc3243芯片，与tec控制器、热敏电阻反馈相结合，使得激光器在恒定的温度下，通过热敏电阻对激光器的波长进行粗调，然后结合电流驱动电路，由单片机mcu输出调制电压给所述电流驱动电路供电，然后通过所述电流驱动电路中的电阻对激光器的波长进行精确控制。

10.根据权利要求9所述的一种激光气体检测装置，其特征在于：所述温度控制电路的温度设定值，由可调电位器的输出电压信号设定。

技术总结
本技术公开了一种激光气体检测装置，包括激光器；激光控制电路用于控制激光的波长；激光回波采样电路用于对接收到回波信号进行采样；用于对接收到回波信号进行采样；激光控制电路包括电流驱动电路、温度控制电路和TEC控制器；激光回波采样电路包括跨阻放大电路、滤波电路和采样电路；采样电路与滤波电路的输出端连接，用于采集滤波后的回波信号。本技术具有实时测量、准确度高、选择性好、无需经常标定等优点，解决了检测电路复杂，检测不准确的问题，实现气体检测装置小型化、轻量化、低耗能等目的，提高气体的检测精度。

技术研发人员：李云飞,张飞,张吉昌,王海滨,陈斌,王金涛,魏霖,赵延磊
受保护的技术使用者：海纳云物联科技有限公司
技术研发日：20230317
技术公布日：2024/1/14