基于光學(xué)分光系統(tǒng)的tdlas氣體測(cè)溫檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)方法。該方案采用高能半導(dǎo)體可協(xié)調(diào)激光器作為工作光源，激光器在特定波動(dòng)可變頻探測(cè)，探測(cè)范圍精確較寬，經(jīng)光纖準(zhǔn)直器射出平行光光后，穿過燃燒場(chǎng)光束經(jīng)透鏡聚集，利用光學(xué)光柵分光系統(tǒng)進(jìn)行精確的分光，該方案將分出的激光束經(jīng)透鏡折射聚焦，更能提高光信號(hào)的聚焦能量，然后檢測(cè)待測(cè)燃燒火焰場(chǎng)氣體的溫度。其中，光柵分光后波長(zhǎng)單一性較好，像斑焦點(diǎn)能量較強(qiáng)，經(jīng)分光后二次聚焦后光信號(hào)能量無損失，對(duì)測(cè)量結(jié)果精確度高，散失能量較小，系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)便。適用于工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)。
【專利說明】基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)的發(fā)展，科技水平的進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)過程中對(duì)產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)不斷提高，由原來的機(jī)械性質(zhì)的檢測(cè)手段逐步推進(jìn)到光電技術(shù)的檢測(cè)手段，其中氣體檢測(cè)為當(dāng)下最為前瞻性、具有市場(chǎng)價(jià)值的檢測(cè)手段，對(duì)氣體燃燒中的溫度及含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量，主要應(yīng)用于工業(yè)小型化生產(chǎn)、工程化設(shè)備的溫度檢測(cè)，如鋼鐵廠、焚燒廠、鍋爐廠等。原有的機(jī)械測(cè)量溫度設(shè)備指標(biāo)較低，精確度低，測(cè)量范圍小，已不能滿足工業(yè)化的高溫作業(yè)要求。而對(duì)于光電檢測(cè)技術(shù)，其激光檢測(cè)精度高，誤差小，系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)便，基本能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)需求，而針對(duì)TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)的方案，目前仍未出現(xiàn)比較成熟的技術(shù)方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一 )要解決的技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何提供一種基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)技術(shù)方案。
[0005]( 二 )技術(shù)方案
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)方法，其基于氣體測(cè)溫檢測(cè)裝置，所述氣體測(cè)溫檢測(cè)裝置以燃燒氣體場(chǎng)為中心劃分為兩部分；位于燃燒氣體場(chǎng)一側(cè)的為光源發(fā)射端，位于燃燒氣體場(chǎng)另一側(cè)的為光源接收端；
[0007]所述光源發(fā)射端包括:電源、第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號(hào)發(fā)生器3、激光信號(hào)調(diào)試器4、單模光纖13、光纖合束器5、光纖準(zhǔn)直器6 ;其中,所述第一激光器2a自帶有第一激光驅(qū)動(dòng)器，所述第二激光器2b自帶有第二激光驅(qū)動(dòng)器；所述光源接收端包括:第一平凸透鏡8、光纖光柵9、第二平凹透鏡10a、第三平凹透鏡10b、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第一光電轉(zhuǎn)換器I la、第二光電轉(zhuǎn)換器Ilb ；
[0008]所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號(hào)發(fā)生器3、激光信號(hào)調(diào)試器4的電源線接口相互連接并統(tǒng)一連接至電源的供電接口電源線2;所述激光信號(hào)發(fā)生器3分別連接第一激光驅(qū)動(dòng)器、第二激光驅(qū)動(dòng)器以及激光信號(hào)調(diào)試器4 ;所述單模光纖13分別連接第一激光器2a輸出端口、第二激光器2b輸出端口以及光纖合束器5輸入端口 ；所述光纖合束器5輸入端口分別連接第一激光器2a及第二激光器2b各自傳輸?shù)膯文９饫w13 ;所述光纖準(zhǔn)直器6連接在光纖合束器5后端；
[0009]所述第一平凸透鏡8位于燃燒氣體場(chǎng)中相對(duì)于光源發(fā)射端的另一側(cè)，位于光源接收端的前端，且處于所述光纖準(zhǔn)直器6的出射路徑上，第一平凸透鏡8中心位置與光纖準(zhǔn)直器6中心位置共軸；所述光纖光柵9位于第一平凸透鏡8后端，且光纖光柵9表面處于第一平凸透鏡8的焦距位置處；所述第二平凹透鏡10a、第三平凹透鏡1b位于光纖光柵9分光一側(cè)，各自設(shè)置于分開激光光束的光軸處，其位置與各自光軸中心對(duì)稱；所述第一光電探測(cè)器連接第二平凹透鏡1a并處于其焦距處，同時(shí)第一光電探測(cè)器還連接第一光電轉(zhuǎn)換器Ila ;第二光電探測(cè)器連接第三平凹透鏡1b并處于其焦距處，同時(shí)第二光電探測(cè)器還連接第二光電轉(zhuǎn)換器Ilb ;所述第一光電探測(cè)器及第二光電探測(cè)器像敏元處于各自不同波長(zhǎng)頻率的激光束的各自聚焦的光軸上；
[0010]具體而言，所述氣體測(cè)溫檢測(cè)方法包括如下步驟:
[0011]步驟S1:電源供電后，所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號(hào)發(fā)生器3、激光信號(hào)調(diào)試器4開啟；
[0012]步驟S2:激光信號(hào)發(fā)生器3根據(jù)激光器固有的波長(zhǎng)、頻率屬性參數(shù)，匹配設(shè)定相對(duì)檢測(cè)氣體的激光頻率基準(zhǔn)值，生成初始激光信號(hào)發(fā)生指令，至第一激光驅(qū)動(dòng)器及第二激光驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)第一激光器2a及第二激光器2b生成初始激光束；
[0013]步驟S3:激光信號(hào)調(diào)試器4對(duì)基準(zhǔn)值附近的激光頻率及待測(cè)氣體需重點(diǎn)采集的激光波長(zhǎng)范圍進(jìn)行加載鋸齒波信號(hào)的調(diào)試，使得調(diào)試后的激光束發(fā)出的光信號(hào)與調(diào)試時(shí)一致；然后生成修正信號(hào)至激光信號(hào)發(fā)生器3 ;所述激光信號(hào)發(fā)生器3根據(jù)修正信號(hào)生成修正后激光信號(hào)發(fā)生指令，至第一激光驅(qū)動(dòng)器及第二激光驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)第一激光器2a及第二激光器2b生成頻率、波長(zhǎng)修正后的激光束；此時(shí)第一激光器2a及第二激光器2b開始發(fā)出所需要波長(zhǎng)的激光；
[0014]步驟S4:單模光纖13將所述第一激光器2a及第二激光器2b輸出的激光傳輸至光纖合束器5 ；
[0015]步驟S5:光纖合束器5將兩路單模光纖13傳輸來的激光經(jīng)前端合束并在后端結(jié)合成一束兩種波長(zhǎng)模式的激光束；
[0016]步驟S6:光纖準(zhǔn)直器6通過準(zhǔn)直透鏡將發(fā)出微小形變的激光束進(jìn)行折射校正，在光纖準(zhǔn)直器6后端發(fā)出平行激光束；
[0017]步驟S7:經(jīng)光纖準(zhǔn)直器6發(fā)出的激光束在經(jīng)過燃燒氣體場(chǎng)后進(jìn)入第一平凸透鏡8中，準(zhǔn)直平行后的激光束在通過燃燒氣體場(chǎng)后光束出現(xiàn)微小偏折，經(jīng)第一平凸透鏡8折射聚光后使激光束重新匯聚；
[0018]步驟S8:光纖光柵9分開合束后的兩束各自波長(zhǎng)的激光束；
[0019]步驟S9:經(jīng)光纖光柵9分開的不同波長(zhǎng)的激光束在經(jīng)過各自的第二平凹透鏡1a或第三平凹透鏡1b進(jìn)行二次聚焦，使得分開的光束各自聚焦；
[0020]步驟SlO:各自不同波長(zhǎng)頻率的兩路激光束聚焦到的光點(diǎn)進(jìn)入到第一光電探測(cè)器及第二光電探測(cè)器的入光敏元孔中，經(jīng)過第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器及其后端的第一光電轉(zhuǎn)換器11a、第二光電轉(zhuǎn)換器Ilb各自進(jìn)行光電變換,把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，在后端計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理計(jì)算出氣體實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。
[0021](三)有益效果
[0022]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)技術(shù)方案,其采用高能半導(dǎo)體可協(xié)調(diào)激光器作為工作光源，激光器在特定波動(dòng)可變頻探測(cè)，探測(cè)范圍精確較寬，經(jīng)光纖準(zhǔn)直器射出平行光光后，穿過燃燒場(chǎng)光束經(jīng)透鏡聚集，利用光學(xué)光柵分光系統(tǒng)進(jìn)行精確的分光，該方案將分出的激光束經(jīng)透鏡折射聚焦，更能提高光信號(hào)的聚焦能量，然后檢測(cè)待測(cè)燃燒火焰場(chǎng)氣體的溫度。其中，光柵分光后波長(zhǎng)單一性較好，像斑焦點(diǎn)能量較強(qiáng)，經(jīng)分光后二次聚焦后光信號(hào)能量無損失，對(duì)測(cè)量結(jié)果精確度高，散失能量較小，系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)便。適用于工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，
[0024]I:電源線；2a:第一激光器(帶激光驅(qū)動(dòng)器)；
[0025]2b:第二激光器(帶激光驅(qū)動(dòng)器)；3:激光信號(hào)發(fā)生器；
[0026]4:激光信號(hào)調(diào)試器；5:激光合束器；6:光纖準(zhǔn)直器；
[0027]7:燃燒場(chǎng)氣體；8:第一平凸透鏡；9:光纖光柵；
[0028]1a:第一平凸透鏡；10b:第二平凸透鏡；
[0029]Ila:第一光電轉(zhuǎn)換器；llb:第二光電轉(zhuǎn)換器；
[0030]12:光電變換器信號(hào)轉(zhuǎn)換線；13:單模光纖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0032]為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)裝置，如圖1所示，所述裝置以燃燒氣體場(chǎng)為中心劃分為兩部分；位于燃燒氣體場(chǎng)一側(cè)的為光源發(fā)射端，位于燃燒氣體場(chǎng)另一側(cè)的為光源接收端；
[0033]所述光源發(fā)射端包括:電源、第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號(hào)發(fā)生器3、激光信號(hào)調(diào)試器4、單模光纖13、光纖合束器5、光纖準(zhǔn)直器6 ;其中,所述第一激光器2a自帶有第一激光驅(qū)動(dòng)器，所述第二激光器2b自帶有第二激光驅(qū)動(dòng)器；
[0034]所述光源接收端包括:第一平凸透鏡8、光纖光柵9、第二平凹透鏡10a、第三平凹透鏡10b、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第一光電轉(zhuǎn)換器I la、第二光電轉(zhuǎn)換器Ilb ；
[0035]所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號(hào)發(fā)生器3、激光信號(hào)調(diào)試器4的電源線接口相互連接并統(tǒng)一連接至電源的供電接口電源線2 ;所述電源用于為所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號(hào)發(fā)生器3、激光信號(hào)調(diào)試器4提供工作電源電壓；供電后，所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號(hào)發(fā)生器3、激光信號(hào)調(diào)試器4開啟；
[0036]所述激光信號(hào)發(fā)生器3分別連接第一激光驅(qū)動(dòng)器、第二激光驅(qū)動(dòng)器以及激光信號(hào)調(diào)試器4 ；
[0037]所述激光信號(hào)發(fā)生器3用于根據(jù)激光器固有的波長(zhǎng)、頻率屬性參數(shù)，匹配設(shè)定相對(duì)檢測(cè)氣體的激光頻率基準(zhǔn)值，生成初始激光信號(hào)發(fā)生指令，至第一激光驅(qū)動(dòng)器及第二激光驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)第一激光器2a及第二激光器2b生成初始激光束；
[0038]所述激光信號(hào)調(diào)試器4用于對(duì)基準(zhǔn)值附近的激光頻率及待測(cè)氣體需重點(diǎn)采集的激光波長(zhǎng)范圍進(jìn)行加載鋸齒波信號(hào)的調(diào)試，使得調(diào)試后的激光束發(fā)出的光信號(hào)與調(diào)試時(shí)一致；然后生成修正信號(hào)至激光信號(hào)發(fā)生器3 ;所述激光信號(hào)發(fā)生器3根據(jù)修正信號(hào)生成修正后激光信號(hào)發(fā)生指令，至第一激光驅(qū)動(dòng)器及第二激光驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)第一激光器2a及第二激光器2b生成頻率、波長(zhǎng)修正后的激光束；此時(shí)第一激光器2a及第二激光器2b開始發(fā)出所需要波長(zhǎng)的激光；其中，在激光器的選取中，根據(jù)所待檢測(cè)燃燒場(chǎng)氣體的波長(zhǎng)譜線范圍來確定激光器的工作主要工作波段，其中選取的激光器在主要工作波段要與檢測(cè)氣體波段一致，波長(zhǎng)浮動(dòng)范圍略高于涵蓋待測(cè)波段，這樣在信號(hào)調(diào)諧波長(zhǎng)中更能擴(kuò)大找到待測(cè)波長(zhǎng)浮動(dòng)的確定范圍值。激光器選取為兩種待測(cè)氣體吸收波長(zhǎng)的激光器，目的對(duì)兩路激光信號(hào)進(jìn)行比對(duì)計(jì)算確定溫度；
[0039]所述單模光纖13分別連接第一激光器2a輸出端口、第二激光器2b輸出端口以及光纖合束器5輸入端口 ；所述單模光纖13用于將所述第一激光器2a及第二激光器2b輸出的激光傳輸至光纖合束器5;其中，在激光的傳輸過程中，應(yīng)用單模光纖，且光纖傳輸類型與激光器光傳輸匹配，單模光纖傳輸距離遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸穩(wěn)定，衰減略低，符合工程化所需；
[0040]所述光纖合束器5輸入端口分別連接第一激光器2a及第二激光器2b各自傳輸?shù)膯文９饫w13 ;所述光纖合束器5用于將兩路單模光纖13傳輸來的激光經(jīng)前端合束并在后端結(jié)合成一束兩種波長(zhǎng)模式的激光束；所述光纖合束器的選取要求能與相應(yīng)的光纖類型相匹配并能合束工作；
[0041]所述光纖準(zhǔn)直器6連接在光纖合束器5后端，經(jīng)光纖合束器5合束后的兩束光纖合成一束激光后，連接進(jìn)入光纖準(zhǔn)直器6前端，發(fā)出微小形變的激光束在光纖準(zhǔn)直器6中經(jīng)準(zhǔn)直透鏡的折射校正，在光纖準(zhǔn)直器6后端發(fā)出平行激光束；所述光纖準(zhǔn)直器的選取與相應(yīng)的合數(shù)后的光纖類型相匹配；
[0042]所述第一平凸透鏡8位于燃燒氣體場(chǎng)中相對(duì)于光源發(fā)射端的另一側(cè)，位于光源接收端的前端，且處于所述光纖準(zhǔn)直器6的出射路徑上，第一平凸透鏡8中心位置與光纖準(zhǔn)直器6中心位置共軸；經(jīng)光纖準(zhǔn)直器6發(fā)出的激光束在經(jīng)過燃燒氣體場(chǎng)后進(jìn)入第一平凸透鏡8中，激光束與第一平凸透鏡8共軸且軸對(duì)稱；準(zhǔn)直平行后的激光束在通過燃燒氣體場(chǎng)后光束會(huì)微小偏折，經(jīng)第一平凸透鏡8折射聚光后使激光束重新匯聚，以保證光束以高能量的光信息進(jìn)入光纖光柵9表面；所述第一平凸透鏡應(yīng)選取低能損耗，透過率較高，大小與檢測(cè)裝置整體效果匹配；
[0043]所述光纖光柵9位于第一平凸透鏡8后端，且光纖光柵9表面處于第一平凸透鏡8的焦距位置處，與光軸成一定轉(zhuǎn)向角度，所述光纖光柵9用于分開合束后的兩束各自波長(zhǎng)的激光束，其偏轉(zhuǎn)角度與光束分開的角度值相匹配；經(jīng)過第一平凸透鏡8的合束激光在第一平凸透鏡8光軸焦點(diǎn)聚焦，并透射至光纖光柵9表面，經(jīng)過光纖光柵9表面刻劃線的衍射將合束后的激光束按照各自不同波長(zhǎng)頻率分開，分開的兩路激光光束用于再各自獨(dú)立進(jìn)行檢測(cè)；所述光纖光柵9的工作區(qū)間分光的選取要符合光纖及光波長(zhǎng)的相關(guān)要求，光纖光柵面擺放在第一平凸透鏡8后的焦距位置，偏轉(zhuǎn)角度符合光束分開的角度值。
[0044]所述第二平凹透鏡10a、第三平凹透鏡1b位于光纖光柵9分光一側(cè)，所述第二平凹透鏡10a、第三平凹透鏡1b各自設(shè)置于分開激光光束的光軸處，其位置與各自光軸中心對(duì)稱；所述第二平凹透鏡10a、第三平凹透鏡1b分別放置在光纖光柵9分出的各束不同波長(zhǎng)的激光束光軸中心上，與各自對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光束的光軸空間對(duì)準(zhǔn)連接，且各自中心對(duì)稱；經(jīng)光纖光柵9分開的不同波長(zhǎng)的激光束在經(jīng)過各自的第二平凹透鏡1a或第三平凹透鏡1b進(jìn)行二次聚焦，使得分開的光束各自聚焦，該過程中光信息能量保持小衰減，以使得后端的光電探測(cè)器接收盡可能大的光信號(hào)；所述第二平凹透鏡10a、第三平凹透鏡1b應(yīng)選取低能損耗，透過率較高的透鏡，外形大小與檢測(cè)裝置整體效果匹配；
[0045]所述第一光電探測(cè)器連接第二平凹透鏡1a并處于其焦距處，同時(shí)第一光電探測(cè)器還連接第一光電轉(zhuǎn)換器Ila ;第二光電探測(cè)器連接第三平凹透鏡1b并處于其焦距處，同時(shí)第二光電探測(cè)器還連接第二光電轉(zhuǎn)換器Ilb ;所述第一光電探測(cè)器及第二光電探測(cè)器像敏元處于各自不同波長(zhǎng)頻率的激光束的各自聚焦的光軸上；各自不同波長(zhǎng)頻率的兩路激光束聚焦到的光點(diǎn)進(jìn)入到第一光電探測(cè)器及第二光電探測(cè)器的入光敏元孔中，經(jīng)過第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器及其后端的第一光電轉(zhuǎn)換器I la、第二光電轉(zhuǎn)換器Ilb各自進(jìn)行光電變換，把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，在后端計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理計(jì)算出氣體實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)；所述光電探測(cè)器工作波段響應(yīng)的選取應(yīng)與選取的兩束激光器各自輸出激光的波長(zhǎng)相匹配。
[0046]以上整體的檢測(cè)裝置按照各器件相關(guān)要求及器件空間位置調(diào)節(jié)完成后固定鎖定，發(fā)出的激光束、三個(gè)平凸透鏡、光纖光柵光及光電探測(cè)器光敏口都在同一光軸面上中心對(duì)稱，其目的在于保障光路檢測(cè)時(shí)光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定光電信號(hào)不失真。
[0047]所述電源，激光器、激光驅(qū)動(dòng)器、激光信號(hào)發(fā)生器、激光信號(hào)調(diào)試器、單模光纖、光線合束器、光纖準(zhǔn)直器、平凸透鏡、光纖光柵及光電探測(cè)器均為市售的元件。
[0048]此外，本發(fā)明還提供一種基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)方法，其基于上述測(cè)溫檢測(cè)裝置來實(shí)施，該方法包括如下步驟:
[0049]步驟S1:電源供電后，所述第一激光器2a、第二激光器2b、激光信號(hào)發(fā)生器3、激光信號(hào)調(diào)試器4開啟；
[0050]步驟S2:激光信號(hào)發(fā)生器3根據(jù)激光器固有的波長(zhǎng)、頻率屬性參數(shù)，匹配設(shè)定相對(duì)檢測(cè)氣體的激光頻率基準(zhǔn)值，生成初始激光信號(hào)發(fā)生指令，至第一激光驅(qū)動(dòng)器及第二激光驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)第一激光器2a及第二激光器2b生成初始激光束；
[0051]步驟S3:激光信號(hào)調(diào)試器4對(duì)基準(zhǔn)值附近的激光頻率及待測(cè)氣體需重點(diǎn)采集的激光波長(zhǎng)范圍進(jìn)行加載鋸齒波信號(hào)的調(diào)試，使得調(diào)試后的激光束發(fā)出的光信號(hào)與調(diào)試時(shí)一致；然后生成修正信號(hào)至激光信號(hào)發(fā)生器3 ;所述激光信號(hào)發(fā)生器3根據(jù)修正信號(hào)生成修正后激光信號(hào)發(fā)生指令，至第一激光驅(qū)動(dòng)器及第二激光驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)第一激光器2a及第二激光器2b生成頻率、波長(zhǎng)修正后的激光束；此時(shí)第一激光器2a及第二激光器2b開始發(fā)出所需要波長(zhǎng)的激光；
[0052]步驟S4:單模光纖13將所述第一激光器2a及第二激光器2b輸出的激光傳輸至光纖合束器5 ；
[0053]步驟S5:光纖合束器5將兩路單模光纖13傳輸來的激光經(jīng)前端合束并在后端結(jié)合成一束兩種波長(zhǎng)模式的激光束；
[0054]步驟S6:光纖準(zhǔn)直器6通過準(zhǔn)直透鏡將發(fā)出微小形變的激光束進(jìn)行折射校正，在光纖準(zhǔn)直器6后端發(fā)出平行激光束；
[0055]步驟S7:經(jīng)光纖準(zhǔn)直器6發(fā)出的激光束在經(jīng)過燃燒氣體場(chǎng)后進(jìn)入第一平凸透鏡8中，準(zhǔn)直平行后的激光束在通過燃燒氣體場(chǎng)后光束出現(xiàn)微小偏折，經(jīng)第一平凸透鏡8折射聚光后使激光束重新匯聚；
[0056]步驟S8:光纖光柵9分開合束后的兩束各自波長(zhǎng)的激光束；
[0057]步驟S9:經(jīng)光纖光柵9分開的不同波長(zhǎng)的激光束在經(jīng)過各自的第二平凹透鏡1a或第三平凹透鏡1b進(jìn)行二次聚焦，使得分開的光束各自聚焦；
[0058]步驟SlO:各自不同波長(zhǎng)頻率的兩路激光束聚焦到的光點(diǎn)進(jìn)入到第一光電探測(cè)器及第二光電探測(cè)器的入光敏元孔中，經(jīng)過第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器及其后端的第一光電轉(zhuǎn)換器11a、第二光電轉(zhuǎn)換器Ilb各自進(jìn)行光電變換,把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，在后端計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理計(jì)算出氣體實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。
[0059]下面結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)描述。
[0060]實(shí)施例
[0061]本實(shí)施例中，如圖1所示，將激光器、激光驅(qū)動(dòng)器、激光信號(hào)發(fā)生器、激光信號(hào)調(diào)制器相互正確連接且并與電源線連接，單模光纖與兩激光器各自連接，光纖合束器連接到兩單模光纖中使兩路激光合成一路激光束。合成的一路光纖激光束與光纖準(zhǔn)直器連接發(fā)射光束，在待測(cè)氣體火焰燃燒后放置平凸透鏡1，透鏡中心位置與光纖準(zhǔn)直器中心位置一致(共軸)并固定，光纖光柵面放置在平凸透鏡I后端焦距位置處，兩個(gè)平凸透鏡2分別放置在光柵分出各束不同波長(zhǎng)的激光束光軸中心上，光電探測(cè)器放置在各個(gè)不同波長(zhǎng)激光束在次聚焦的平凸透鏡2后，并放置在平凸透鏡2焦距處。光纖準(zhǔn)直器發(fā)出的激光束、平凸透鏡1、2，光纖光柵光三者在同一光軸面上且在透鏡處中心對(duì)稱。整套檢測(cè)裝置各器件空間位置調(diào)節(jié)完成后固定鎖定。同時(shí)固定后將光電變換器中的兩組數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換線與計(jì)算機(jī)設(shè)備連接，整套檢測(cè)裝置安裝完成。
[0062]本實(shí)施例中，優(yōu)先采取的激光器為半導(dǎo)體可協(xié)調(diào)激光器，能量較高，經(jīng)準(zhǔn)直器調(diào)整后發(fā)出的平行激光束經(jīng)過待測(cè)氣體火焰燃燒場(chǎng)穿出后，經(jīng)透鏡的聚焦把散射的激光能量匯聚，利用光柵的精準(zhǔn)度進(jìn)行光束的分離提取，提取單一純正的不同波長(zhǎng)激光束，分光后在根據(jù)各自激光束走向再次經(jīng)透鏡匯聚光束，保證光柵分光后光束無能量損失，匯聚后進(jìn)入光電探測(cè)器中，保證整體設(shè)備后端部分光信號(hào)基本無損耗接收至光電變換器中，且整體設(shè)備器件工作范圍相匹配，有利于計(jì)算機(jī)信號(hào)處理。
[0063]該基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)裝置可以按照以下步驟進(jìn)行操作:
[0064]第一步:完成各個(gè)器件的組裝和固定；
[0065]第二步:開啟電源，并調(diào)節(jié)激光信號(hào)發(fā)生器和激光信號(hào)調(diào)試器的工作波長(zhǎng)后激光器在激光驅(qū)動(dòng)器的作用下發(fā)出特定波長(zhǎng)激光。
[0066]第三步:激光穿過燃燒區(qū)域后調(diào)節(jié)平凸透鏡I位置將光束穿過其中心位置。
[0067]第四步:調(diào)節(jié)光纖光柵空間位置使得光柵板分開不同波長(zhǎng)的激光束。
[0068]第五步:根據(jù)分開的激光束的光軸放置平凸透鏡2且在光軸中心處。
[0069]第六步:在平凸透鏡2焦距處放置各自激光束的光電變換器，且聚焦光進(jìn)入探測(cè)器中。
[0070]第七步:光電變換器數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)并實(shí)時(shí)觀測(cè)處理電信號(hào)。
[0071]第八步:根據(jù)計(jì)算機(jī)測(cè)溫處理模塊，提取兩路電信號(hào)鋸齒波形吸收峰區(qū)域面積，進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理運(yùn)算，得到燃燒場(chǎng)待測(cè)溫度值。
[0072]第九步:多次測(cè)量取待測(cè)氣體燃燒的平均值，減少誤差，提高精度。
[0073]本實(shí)施例采用半導(dǎo)體可協(xié)調(diào)激光器用作檢測(cè)光源，光束聚集，散失能量小，更好的采集燃燒場(chǎng)中的光信號(hào)，光電變換器響應(yīng)度靈敏符合氣體波段工作需要。整體氣體測(cè)溫系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)易，精準(zhǔn)度較高，器件維護(hù)周期長(zhǎng)，便于工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試檢測(cè)。
[0074]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光學(xué)分光系統(tǒng)的TDLAS氣體測(cè)溫檢測(cè)方法，其特征在于，其基于氣體測(cè)溫檢測(cè)裝置來實(shí)施，所述氣體測(cè)溫檢測(cè)裝置以燃燒氣體場(chǎng)為中心劃分為兩部分；位于燃燒氣體場(chǎng)一側(cè)的為光源發(fā)射端，位于燃燒氣體場(chǎng)另一側(cè)的為光源接收端； 所述光源發(fā)射端包括:電源、第一激光器(2a)、第二激光器(2b)、激光信號(hào)發(fā)生器(3)、激光信號(hào)調(diào)試器(4)、單模光纖(13)、光纖合束器(5)、光纖準(zhǔn)直器(6);其中,所述第一激光器(2a)自帶有第一激光驅(qū)動(dòng)器，所述第二激光器(2b)自帶有第二激光驅(qū)動(dòng)器；所述光源接收端包括:第一平凸透鏡(8)、光纖光柵(9)、第二平凹透鏡(10a)、第三平凹透鏡(10b)、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第一光電轉(zhuǎn)換器(Ila)、第二光電轉(zhuǎn)換器(Ilb)； 所述第一激光器(2a)、第二激光器(2b)、激光信號(hào)發(fā)生器(3)、激光信號(hào)調(diào)試器(4)的電源線接口相互連接并統(tǒng)一連接至電源的供電接口電源線(2);所述激光信號(hào)發(fā)生器(3)分別連接第一激光驅(qū)動(dòng)器、第二激光驅(qū)動(dòng)器以及激光信號(hào)調(diào)試器(4);所述單模光纖(13)分別連接第一激光器(2a)輸出端口、第二激光器(2b)輸出端口以及光纖合束器(5)輸入端口 ；所述光纖合束器(5)輸入端口分別連接第一激光器(2a)及第二激光器(2b)各自傳輸?shù)膯文９饫w(13);所述光纖準(zhǔn)直器(6)連接在光纖合束器(5)后端； 所述第一平凸透鏡(8)位于燃燒氣體場(chǎng)中相對(duì)于光源發(fā)射端的另一側(cè)，位于光源接收端的前端，且處于所述光纖準(zhǔn)直器(6)的出射路徑上，第一平凸透鏡(8)中心位置與光纖準(zhǔn)直器(6)中心位置共軸；所述光纖光柵(9)位于第一平凸透鏡(8)后端,且光纖光柵(9)表面處于第一平凸透鏡(8)的焦距位置處；所述第二平凹透鏡(10a)、第三平凹透鏡(1b)位于光纖光柵(9)分光一側(cè)，各自設(shè)置于分開激光光束的光軸處，其位置與各自光軸中心對(duì)稱；所述第一光電探測(cè)器連接第二平凹透鏡(1a)并處于其焦距處，同時(shí)第一光電探測(cè)器還連接第一光電轉(zhuǎn)換器(Ila);第二光電探測(cè)器連接第三平凹透鏡(1b)并處于其焦距處，同時(shí)第二光電探測(cè)器還連接第二光電轉(zhuǎn)換器(Ilb);所述第一光電探測(cè)器及第二光電探測(cè)器像敏元處于各自不同波長(zhǎng)頻率的激光束的各自聚焦的光軸上； 具體而言，所述氣體測(cè)溫檢測(cè)方法包括如下步驟: 步驟S1:電源供電后，所述第一激光器(2a)、第二激光器(2b)、激光信號(hào)發(fā)生器(3)、激光信號(hào)調(diào)試器(4)開啟； 步驟S2:激光信號(hào)發(fā)生器(3)根據(jù)激光器固有的波長(zhǎng)、頻率屬性參數(shù)，匹配設(shè)定相對(duì)檢測(cè)氣體的激光頻率基準(zhǔn)值，生成初始激光信號(hào)發(fā)生指令，至第一激光驅(qū)動(dòng)器及第二激光驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)第一激光器(2a)及第二激光器(2b)生成初始激光束； 步驟S3:激光信號(hào)調(diào)試器(4)對(duì)基準(zhǔn)值附近的激光頻率及待測(cè)氣體需重點(diǎn)采集的激光波長(zhǎng)范圍進(jìn)行加載鋸齒波信號(hào)的調(diào)試，使得調(diào)試后的激光束發(fā)出的光信號(hào)與調(diào)試時(shí)一致；然后生成修正信號(hào)至激光信號(hào)發(fā)生器(3);所述激光信號(hào)發(fā)生器(3)根據(jù)修正信號(hào)生成修正后激光信號(hào)發(fā)生指令，至第一激光驅(qū)動(dòng)器及第二激光驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)第一激光器(2a)及第二激光器(2b)生成頻率、波長(zhǎng)修正后的激光束；此時(shí)第一激光器(2a)及第二激光器(2b)開始發(fā)出所需要波長(zhǎng)的激光； 步驟S4:單模光纖(13)將所述第一激光器(2a)及第二激光器(2b)輸出的激光傳輸至光纖合束器(5)； 步驟S5:光纖合束器(5)將兩路單模光纖(13)傳輸來的激光經(jīng)前端合束并在后端結(jié)合成一束兩種波長(zhǎng)模式的激光束； 步驟S6:光纖準(zhǔn)直器(6)通過準(zhǔn)直透鏡將發(fā)出微小形變的激光束進(jìn)行折射校正，在光纖準(zhǔn)直器(6)后端發(fā)出平行激光束； 步驟S7:經(jīng)光纖準(zhǔn)直器(6)發(fā)出的激光束在經(jīng)過燃燒氣體場(chǎng)后進(jìn)入第一平凸透鏡(8)中，準(zhǔn)直平行后的激光束在通過燃燒氣體場(chǎng)后光束出現(xiàn)微小偏折，經(jīng)第一平凸透鏡(8)折射聚光后使激光束重新匯聚； 步驟S8:光纖光柵(9)分開合束后的兩束各自波長(zhǎng)的激光束； 步驟S9:經(jīng)光纖光柵(9)分開的不同波長(zhǎng)的激光束在經(jīng)過各自的第二平凹透鏡(1a)或第三平凹透鏡(1b)進(jìn)行二次聚焦，使得分開的光束各自聚焦； 步驟SlO:各自不同波長(zhǎng)頻率的兩路激光束聚焦到的光點(diǎn)進(jìn)入到第一光電探測(cè)器及第二光電探測(cè)器的入光敏元孔中，經(jīng)過第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器及其后端的第一光電轉(zhuǎn)換器(Ila)、第二光電轉(zhuǎn)換器(Ilb)各自進(jìn)行光電變換,把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，在后端計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理計(jì)算出氣體實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK104330189SQ201410571174
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】李鑫, 周濤, 賈曉東 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五八研究所