激光氣體分析儀光源溫控系統(tǒng)及激光氣體分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光氣體技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種激光氣體分析儀光源溫控系統(tǒng)及激光氣體分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]激光氣體分析儀是一種在線監(jiān)測(cè)管道內(nèi)指定氣體濃度的分析儀器。激光氣體分析儀工作時(shí)需要嚴(yán)格控制激光光源周?chē)鷾囟?，隨著人類生存環(huán)境的惡化，環(huán)境污染對(duì)人類的健康和安全的影響日益成為人們密切關(guān)注的問(wèn)題，而工業(yè)生產(chǎn)作為造成環(huán)境污染的主要因素之一，對(duì)其環(huán)境的檢測(cè)也已成為當(dāng)今技術(shù)研究的重點(diǎn)，尤其是對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體濃度的檢測(cè)。如今，隨著半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)的發(fā)展，得知被測(cè)氣體只能夠?qū)μ囟úㄩL(zhǎng)的激光進(jìn)行吸收，又根據(jù)朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律得知，半導(dǎo)體激光穿過(guò)被測(cè)氣體的光強(qiáng)衰減與被測(cè)氣體的濃度成一定的函數(shù)關(guān)系，因此，在實(shí)際應(yīng)用中可通過(guò)測(cè)量待測(cè)氣體對(duì)激光的衰減來(lái)測(cè)量氣體的濃度。
[0003]目前，通常都是采用激光氣體分析儀來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)氣體濃度的檢測(cè)，其中，該激光氣體分析儀包括發(fā)射單元、測(cè)量氣室、接收單元和分析儀單元，通過(guò)發(fā)射單元發(fā)出特定波長(zhǎng)的激光束，穿過(guò)測(cè)量氣室(其內(nèi)部是待測(cè)氣體)之后，由所述接收單元接收穿過(guò)待測(cè)氣體的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)信號(hào)，并通過(guò)所述分析單元對(duì)光強(qiáng)信號(hào)以及發(fā)射單元發(fā)出的激光信號(hào)進(jìn)行分析，從而確定待測(cè)氣體的濃度。
[0004]其中，所述發(fā)射單元包括激光光源和光源驅(qū)動(dòng)器，該激光光源的發(fā)光波長(zhǎng)是由溫度及流過(guò)光源的電流共同控制。由光源驅(qū)動(dòng)器提供其工作所需電流，由溫控系統(tǒng)控制光源周?chē)臏囟取Ｋ?，?duì)于上述特定波長(zhǎng)的激光束可通過(guò)溫度或電流兩種調(diào)節(jié)方式來(lái)獲得，而由于對(duì)可調(diào)諧激光二極管的電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式能夠獲取較快的頻率調(diào)諧速度，所以，在實(shí)際應(yīng)用中，通常都是采用電流調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)諧激光二極管的電流信號(hào)的調(diào)制，進(jìn)而得到具有特定波長(zhǎng)的激光束。這就要求儀器在工作中光源周?chē)臏囟缺仨毜玫娇焖儆行У目刂啤?br>[0005]目前的溫控系統(tǒng)通常先由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)熱敏電阻兩端的電壓值采樣，中央處理器根據(jù)采樣值計(jì)算出當(dāng)前溫度值，再根據(jù)當(dāng)前溫度值與目標(biāo)溫度值的差值計(jì)算出加熱到目標(biāo)溫度值所需要的電流，控制加熱電流輸出到加熱器，從而調(diào)整達(dá)到目標(biāo)溫度。
[0006]在現(xiàn)有溫控系統(tǒng)中，由于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)溫度的采樣值是這個(gè)系統(tǒng)計(jì)算的基礎(chǔ)，在工作過(guò)程中，溫度在不停地改變，每個(gè)周期都需要將當(dāng)前溫度采樣，中央處理器將采樣值與目標(biāo)溫度值做比較，而后根據(jù)比較值的大小輸出相應(yīng)占空比的方波進(jìn)而控制調(diào)整加熱電流輸出到加熱器。此處整個(gè)計(jì)算過(guò)程由中央處理器完成，需要指令復(fù)雜，具體耗時(shí)由中央處理器的機(jī)器周期決定，導(dǎo)致目前溫度控制通常只能精確到攝氏0.1度。另外，溫度在不停地改變，由當(dāng)前溫度值計(jì)算所需加熱電流值的過(guò)程復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，因此響應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)，通常需要五分鐘甚至更多時(shí)間才能調(diào)整達(dá)到目標(biāo)溫度，無(wú)法滿足現(xiàn)有激光氣體分析儀的控制要求。
[0007]綜上所述，目前亟需一種溫控精度更高，溫控響應(yīng)時(shí)間更短的激光氣體分析儀光源溫控系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的是提供一種溫控精度更高，溫控響應(yīng)時(shí)間更短的激光氣體分析儀光源溫控系統(tǒng)及激光氣體分析儀。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技方案:
[0010]一種激光氣體分析儀光源溫控系統(tǒng)，包括溫度檢測(cè)器、第一控制電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、差分放大器、溫度控制電路和加熱器;所述溫度檢測(cè)器，其設(shè)置在激光氣體分析儀的光源處，用于檢測(cè)所述光源周?chē)漠?dāng)前溫度并輸出對(duì)應(yīng)的第一電壓信號(hào);所述第一控制電路，與所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度控制所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出與所述目標(biāo)溫度對(duì)應(yīng)的第二電壓信號(hào);所述差分放大器，與所述溫度檢測(cè)器和所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別連接，用于接收所述溫度檢測(cè)器輸出的所述第一電壓信號(hào)和所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的所述第二電壓信號(hào)，并對(duì)所述第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)進(jìn)行差分放大輸出差值放大電壓信號(hào);所述溫度控制電路，與所述差分放大器連接，用于接收所述差值放大電壓信號(hào)，根據(jù)所述差值放大電壓信號(hào)輸出相應(yīng)的電流;所述加熱器，與所述溫度控制電路連接，用于在所述溫度控制電路的控制下，根據(jù)所述電流調(diào)整所述光源周?chē)臏囟冗_(dá)到所述目標(biāo)溫度。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，所述溫度控制電路包括:溫度控制芯片，與所述差分放大器的輸出端連接，用于接收所述差值放大電壓信號(hào)，根據(jù)所述差值放大電壓信號(hào)的正負(fù)及大小輸出對(duì)應(yīng)占空比的方波;整流電橋電路，與所述溫度控制芯片連接，用于根據(jù)所述方波調(diào)整所述電流的方向及大小并輸出；所述加熱器，與所述整流電橋電路連接，用于根據(jù)所述整流電橋電路輸出的電流的方向及大小使所述光源周?chē)臏囟冗_(dá)到所述目標(biāo)溫度。
[0012]所述溫度檢測(cè)器包括熱敏電阻和高精度電阻;所述高精度電阻的一端連接2.5V基準(zhǔn)電壓源，所述高精度電阻的另一端與所述熱敏電阻的輸出端和所述差分放大器的輸入端同時(shí)連接。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱器為半導(dǎo)體致冷器。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，所述整流電橋電路為由MOS管組成的整流電橋電路。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括輸入設(shè)備，與所述第一控制電路連接，用于輸入所述預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度。
[0016]進(jìn)一步的，所述輸入設(shè)備為觸摸屏顯示器。
[0017]本實(shí)用新型實(shí)施例還提供一種激光氣體分析儀，包括發(fā)射單元、測(cè)量氣室、接收單元和分析儀單元，所述發(fā)射單元包括依次連接的光源驅(qū)動(dòng)器和激光光源，還包括上述任一實(shí)施例所述的激光氣體分析儀光源溫控系統(tǒng)，所述激光氣體分析儀光源溫控系統(tǒng)中的所述溫度檢測(cè)器設(shè)置在所述激光氣體分析儀的激光光源處。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:首先將目標(biāo)溫度對(duì)應(yīng)的電壓值通過(guò)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出，差分放大器將其與溫度檢測(cè)器采樣的光源周?chē)漠?dāng)前電壓值進(jìn)行差分放大輸出差分放大后的差值放大電壓信號(hào)，然后由溫度控制電路直接根據(jù)所述差值放大電壓信號(hào)輸出相應(yīng)的電流以流過(guò)所述加熱器從而控制加熱溫度，不需要中央處理器復(fù)雜指令計(jì)算，耗時(shí)短，響應(yīng)時(shí)間短，可快速調(diào)整溫度，溫控精度更高，溫控響應(yīng)時(shí)間。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)光源所需溫度的快速精準(zhǔn)控制，使精度達(dá)到攝氏0.0l度，響應(yīng)時(shí)間減少至一分鐘以內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型激光氣體分析儀光源溫控系統(tǒng)示意圖；
[0020]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所示的溫度控制電路原理圖；
[0021]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例所示的溫度檢測(cè)器和差分放大器電路原理圖；
[0022]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例所示的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器電路原理圖；
[0023]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例所示的直流2.5V的基準(zhǔn)電壓源電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0025]如圖1所示的激光氣體分析儀光源溫控系統(tǒng)，包括溫度檢測(cè)器101、第一控制電路102、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器103、差分放大器104、溫度控制電路105和加熱器106;所述溫度檢測(cè)器101，其設(shè)置在激光氣體分析儀的光源處，用于檢測(cè)所述光源周?chē)漠?dāng)前溫度并輸出對(duì)應(yīng)的第一電壓信號(hào);所述第一控制電路102，與所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器103連接，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度控制所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器103輸出與所述目標(biāo)溫度對(duì)應(yīng)的第二電壓信號(hào);所述差分放大器104，與所述溫度檢測(cè)器101和所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器103分別連接，用于接收所述溫度檢測(cè)器101輸出的所述第一電壓信號(hào)和所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器103輸出的所述第二電壓信號(hào)，并對(duì)所述第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)進(jìn)行差分放大輸出差值放大電壓信號(hào);所述溫度控制電路