一种基于TDLAS的激光发生装置的制作方法

本实用新型涉及机动车尾气遥感监测技术领域，尤其涉及一种基于tdlas的激光发生装置。

背景技术：

tdlas(tunablediodelaserabsorptionspectroscopy可调谐半导体激光吸收光谱技术)是利用激光波长的可调谐性技术，激光的发射波长随着工作温度和电流的变化而改变。通过对电流的周期性调制，可以使激光波长在小范围内周期性变化，在每个周期内可以获得被测气体的“单线吸收谱线”数据和背景气体、粉尘等干扰因素的谱线数据。

相关技术中，在气体检测与浓度分析中，为了提高探测灵敏度，一般会根据现场工况选择合适的吸收谱线和合适的激光器调制参数，然而，由于半导体激光的谱宽问题，受粉尘和视窗污染的干扰影响，导致监测精度低。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型实施例期望提供一种免受粉尘和视窗污染的干扰影响，使得监测精度高的基于tdlas的激光发生装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于tdlas的激光发生装置，包括第一信号发生单元、第二信号发生单元、信号叠加发生器、激光器电流源、半导体激光器、光电探测器、锁相单元、信号处理单元以及浓度分析单元，其中，

所述信号叠加发生器的输入端分别与所述第一信号发生单元和所述第二信号发生单元相连，用于将所述第一信号发生单元和所述第二信号发生单元分别发出的第一输出信号和第二输出信号进行叠加产生激光驱动信号；

所述激光器电流源与所述信号叠加发生器相连，用于通过所述信号叠加发生器产生的所述激光驱动信号来输送驱动电流；

所述半导体激光器与所述光电探测器连接，用于在所述激光器电流源输送的所述驱动电流的调谐下，发出设定波长和谱宽的激光光束；

所述光电探测器，与所述半导体激光器相对设置，用于检测所述半导体激光器发射过来的所述激光光束通过被测机动车尾气时的光强吸收；

所述锁相单元分别与所述光电探测器和所述第二信号发生单元相连，用于采集参考信号，采集被测机动车尾气中各个监测因子的单线吸收谱线数据，获取各个监测因子的连续吸收光谱；

所述信号处理单元与所述光电探测器相连，用于对所述锁相单元获取的所述连续吸收光谱进行处理，实时测量出各个监测因子的透光率；

所述浓度分析单元与所述信号处理单元相连，用于对所述信号处理单元测量出的各个监测因子的透光率进行分析，得到各个监测因子的气体浓度。

优选的，所述第一信号发生单元为锯齿波信号发生器，所述第二信号发生单元为正弦波信号发生器。

优选的，所述第一输出信号为低频锯齿波信号，所述第二输出信号为高频正弦波信号。

优选的，所述第一信号发生单元所发出的所述第一输出信号的频率为1～100hz，所述第二信号发生单元所发出的所述第二输出信号的频率为1khz～1mhz。

优选的，所述半导体激光器所发出的激光谱宽小于0.0001nm。

优选的，所述监测因子为co和co2。

优选的，所述激光发生装置还包括倍频电路，所述倍频电路连接于所述第二信号发生单元和所述锁相单元之间，所述第二信号发生单元发出的第二输出信号经由所述倍频电路增大频率后转换为参考信号传送给所述锁相单元。

优选的，所述倍频电路为二倍频电路。

优选的，所述信号叠加发生器为加法电路。

优选的，还包括温控单元，所述温控单元与所述半导体激光器连接，用于检测所述半导体激光器的温度。

本实用新型实施例提供的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的激光发生装置通过将第一信号发生单元和第二信号发生单元发出的信号输送给信号叠加发生器，再通过将叠加发生器发出的激光驱动信号来驱动激光器电流源以控制所述激光器电流源输送给半导体激光器的电流大小，所述锁相单元分别与所述光电探测器和所述第二信号发生单元相连，用于采集参考信号，采集被测机动车尾气中各个监测因子的单线吸收谱线数据，获取各个监测因子的连续吸收光谱，这样，在检测汽车尾气过程中不受粉尘和视窗污染干扰，半导体激光器发出的波长可通过调制工作电流而被扫描，使激光波长既扫描过有气体吸收的区域，也扫描没有气体吸收的区域，可以准确获得被测气体的透光率，有效的修正了粉尘和视窗污染对测量的影响，提高了检测精度。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于tdlas的激光发生装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，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的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。

请参阅图1，为本实用新型提供的基于tdlas的激光发生装置的结构示意图。该基于tdlas的激光发生装置包括连接的第一信号发生单元1、第二信号发生单元2、信号叠加发生器3、激光器电流源4、半导体激光器5、光电探测器6、锁相单元7、信号处理单元8、浓度分析单元9以及温控单元10。

所述信号叠加发生器3的输入端分别与所述第一信号发生单元1和所述第二信号发生单元2相连，用于将所述第一信号发生单元1和所述第二信号发生单元2分别发出的第一输出信号和第二输出信号进行叠加产生激光驱动信号，所述激光驱动信号输出至所述激光器电流源4，所述激光器电流源4与所述信号叠加发生器3相连，用于通过所述信号叠加发生器3产生的所述激光驱动信号来输送驱动电流；其中，激光驱动信号用于控制所述激光器电流源4输出电流的大小。通过对输出电流的周期性调制，可以使激光波长在小范围内周期性变化，在每个周期内可以获得被测气体的“单线吸收谱线”数据和背景气体、粉尘等干扰因素的谱线数据。

具体的，在本实施例中，所述第一信号发生单元1为锯齿波信号发生器，所述第二信号发生单元2为正弦波信号发生器。优选的，所述第一输出信号为低频锯齿波信号，所述第二输出信号为高频正弦波信号。其中，所述第一信号发生单元1所发出的所述第一输出信号的频率为1～100hz，所述第二信号发生单元2所发出的所述第二输出信号的频率为1khz～1mhz。

具体的，在本实施例中，所述信号叠加发生器3为加法电路。

所述半导体激光器5与所述光电探测器6连接，用于在所述激光器电流源4输送的所述驱动电流的调谐下，发出设定波长和谱宽的激光光束。

所述光电探测器6，与所述半导体激光器5相对设置，用于检测所述半导体激光器5发射过来的所述激光光束通过被测机动车尾气时的光强吸收。

所述锁相单元7分别与所述光电探测器6和所述第二信号发生单元2相连，用于第二信号发生单元2采集参考信号，采集被测机动车尾气中各个监测因子的单线吸收谱线数据，获取各个监测因子的连续吸收光谱；

其中，所述基于tdlas的激光发生装置还包括倍频电路11，所述倍频电路11连接于所述第二信号发生单元2和所述锁相单元7之间，所述第二信号发生单元发出的第二输出信号经由所述倍频电路增大频率后转换为参考信号传送给所述锁相单元所述第二信号发生单元2发出的第二输出信号经由所述倍频电路增大频率后转换为参考信号传送给所述锁相单元7。具体的，在本实施例中，所述倍频电路为二倍频电路或者多倍频电路。

所述信号处理单元8与所述光电探测器6锁相单元7相连，用于对所述锁相单元7获取的所述连续吸收光谱进行处理，实时测量出各个监测因子的透光率。具体的，在本实施例中，所述监测因子为co和co2。

所述浓度分析单元9与所述信号处理单元8相连，用于对所述信号处理单元8测量出的各个监测因子的透光率进行分析，得到各个监测因子的气体浓度。具体的，在本实施例中，所述浓度分析单元9为半导体气体传感器，所述信号处理单元8为数字信号处理器。

具体的，在本实施例中，所述半导体激光器5所发出的激光谱宽小于0.0001nm，约为红外光源谱宽的1/106，远小于被测气体吸收谱线的谱宽。其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线，成功消除了背景气体交叉干扰影响

基于tdlas的激光发生装置在检测尾气过程中不受粉尘和视窗污染干扰，所述半导体激光器5发出的波长可通过调制工作电流而被扫描，使激光波长既扫描过有气体吸收的区域，也扫描没有气体吸收的区域。当波长位于吸收区域时可测得包含气体、粉尘和视窗的总透光率t1，当波长位于无气体吸收区域时可以测得粉尘和视窗透光率t2，从而可以准确获得被测气体的透光率tg＝t1/t2。因此，基于tdlas的激光发生装置通过激光波长扫描技术修正了粉尘和视窗污染对测量的影响。

所述温控单元10与所述半导体激光器5连接，所述温控单元10用于检测所述半导体激光器5的工作温度。

本实用新型实施例提供的基于tdlas的激光发生装置通过将第一信号发生单元和第二信号发生单元发出的信号输送给信号叠加发生器，再通过将叠加发生器发出的激光驱动信号来驱动激光器电流源以控制所述激光器电流源输送给半导体激光器的电流大小，所述锁相单元分别与所述光电探测器和所述第二信号发生单元相连，用于采集参考信号，采集被测机动车尾气中各个监测因子的单线吸收谱线数据，获取各个监测因子的连续吸收光谱，这样，在检测汽车尾气过程中不受粉尘和视窗污染干扰，半导体激光器发出的波长可通过调制工作电流而被扫描，使激光波长既扫描过有气体吸收的区域，也扫描没有气体吸收的区域，可以准确获得被测气体的透光率，有效的修正了粉尘和视窗污染对测量的影响，提高了检测精度。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。