阅读说明：本技术 自动标定激光器工作波长的光声光谱检测系统及标定方法 (Photoacoustic spectrum detection system and calibration method for automatically calibrating working wavelength of laser ) 是由 王世有 于 2021-02-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种自动标定激光器工作波长的光声光谱检测系统,有后石英透镜,后石英透镜另一侧设有可接收激光器光线的参考气体池,参考气体池与后石英透镜相对侧设有反射镜,反射镜与激光器的光线呈倾斜角度设置,在反射镜的反射光路上设有光电探测器,光电探测器的输出端与AD转换器相接,参考气体池中密封有标准气体混合体,标准气体混合体中的标准气体种类与激光器的个数相等,标准气体混合体中每种标准气体的浓度大于或等于对应被测气体浓度量程的最大值,克服现有技术定期人为校准标定所存在的各种问题。(The invention discloses a photoacoustic spectrum detection system capable of automatically calibrating the working wavelength of a laser, which is provided with a rear quartz lens, wherein a reference gas pool capable of receiving light of the laser is arranged on the other side of the rear quartz lens, a reflector is arranged on the opposite side of the reference gas pool and the rear quartz lens, the reflector and the light of the laser are arranged in an inclined angle, a photoelectric detector is arranged on a reflection light path of the reflector, the output end of the photoelectric detector is connected with an AD converter, a standard gas mixture is sealed in the reference gas pool, the types of standard gases in the standard gas mixture are equal to the number of the lasers, the concentration of each standard gas in the standard gas mixture is greater than or equal to the maximum value of the concentration range of the corresponding gas to be measured, and various problems existing in the prior art of regular artificial calibration and calibration are solved.)

自动标定激光器工作波长的光声光谱检测系统及标定方法

技术领域

本发明涉及光声光谱气体吸收技术领域，尤其是一种自动标定激光器工作波长的光声光谱检测系统及标定方法。

背景技术

光声光谱检测系统已应用于气体浓度检测。现有的光声光谱检测系统有底座，在底座上有光声池及与光声池谐振腔相通的进气管和出气管，进气管和出气管有控制气体流量的电磁阀，在光声池的前后两端均设置有增透真空双层石英透镜，在前端的石英透镜前面设有与激光器通过光纤相接的扩束镜，在光声池谐振区中间设置有声音探测口及拾音器，拾音器依次通过音频放大器、AD转换器与单片机相接，单片机分别通过电流控制器、温度控制器与激光器相接。因被测气体的种类已经确定（如变压器油会溶解产生氢气、一氧化碳、二氧化碳及多种烃类气体），故需要设置与被测气体种类相等的多个激光器且每个激光器的工作波长等于对应的被测气体吸收波长。检测时，单片机控制多个激光器依次发光并通过扩束镜、增透真空双层石英透镜及光声池，此时因激光工作波长与被测气体吸收波长相等，故在被测气体中产生光谱吸收，所吸收的光能量通过声音探测口、拾音器、音频放大器、AD转换器而转换成光声光谱，从而检测出相应被测气体的浓度。

由于激光器的输出波长、电流阈值等直接受激光器工作温度影响，现有激光器内部集成有热敏电阻、制冷器，如热电制冷器（TEC），单片机通过温度控制器控制激光器工作在目标温度，从而锁定激光器的输出波长为工作波长。然而，由于激光器光源随着使用寿命而衰减，其输出波长会产生漂移，导致实际输出波长与设定的工作波长之间存在偏差，因此现有光声光谱检测系统需要定期人为校准标定，存在着费时费力且精度难以保证等问题，尤其是在变电站、发电站等现场难以实现定期人为校准标定，影响了检测准确度。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种自动标定激光器工作波长的光声光谱检测系统及标定方法。

本发明的技术解决方案是：一种自动标定激光器工作波长的光声光谱检测系统，有底座，在底座上有光声池及与光声池相通的进气管和出气管，在光声池的前后两端分别对应设置前石英透镜、后石英透镜，在前石英透镜的前面设有扩束镜，在光声池谐振区中间设置声音探测口及拾音器，所述拾音器依次通过音频放大器、AD转换器与单片机相接，单片机分别通过电流控制器、温度控制器与激光器相接，激光器通过光纤与扩束镜相接，所述后石英透镜另一侧设有可接收激光器光线的参考气体池，参考气体池后端设有反射镜，所述反射镜与激光器的光线呈倾斜角度设置，在反射镜的反射光路上设有光电探测器，光电探测器的输出端与AD转换器相接，所述参考气体池中密封有标准气体混合体，所述标准气体混合体中的标准气体种类与激光器的个数相等，所述标准气体混合体中每种标准气体的浓度大于或等于对应被测气体浓度量程的最大值。

一种上述自动标定激光器工作波长的光声光谱检测系统的标定方法，按照如下步骤进行：

a. 单片机通过温度控制器控制激光器在温度为-20～55℃范围内动态扫描并接收此温度范围内光电探测器发出的光功率信号；

b. 单片机以此范围内光功率信号最低时刻所对应的激光器输出波长为标定的工作波长并通过温度控制器对工作波长进行锁定。

本发明通过设置的光电探测器可在检测前对激光器工作波长自动标定，以纠正激光器实际输出波长与设定工作波长之间所存在的偏差，克服现有技术定期人为校准标定所存在的费时费力、精度低以及无法在变电站、发电站等现场进行标定等问题，有效提高光声光谱检测系统的检测准确度。

附图说明

图1是本发明实施例的机械结构示意图。

图2是本发明实施例的电路原理框图。

具体实施方式

本发明的一种自动标定激光器工作波长的光声光谱检测系统，如图1、图2所示，与现有技术同样有底座1，在底座1上有光声池2及与光声池2相通的进气管3和出气管4，在光声池2的前后两端分别对应设置前石英透镜5、后石英透镜6，前石英透镜5、后石英透镜6均为增透真空双层石英透镜，在前石英透镜5的前面设有扩束镜7，在光声池2谐振区中间设置声音探测口及拾音器8，所述拾音器8依次通过音频放大器9、AD转换器10与单片机11相接，单片机11分别通过电流控制器12、温度控制器13与激光器14相接，激光器14通过光纤与扩束镜7相接，与现有技术所不同的是所述后石英透镜6另一侧设有可接收激光器14光线的参考气体池15，即石英透镜6为参考气体池15的入光通道，参考气体池15的后端（即与后石英透镜6相对侧）设有反射镜16，反射镜16与激光器14的光线呈倾斜角度（30~60˚）设置，以避免反射镜16的反射光进入光声池2，在反射镜16的反射光路上设有光电探测器17，光电探测器17的输出端与AD转换器11相接。从参考气体池15的进气口19处充入与被测气体对应的标准气体后密封，即在参考气体池15中密封有标准气体混合体18，所述标准气体混合体18中的标准气体种类与激光器7的个数相等，标准气体混合体18中每种标准气体的浓度大于或等于对应被测气体浓度量程的最大值。例如被测气体中含有一氧化碳、二氧化碳及乙炔，则激光器为3个且标准气体混合体18中有一氧化碳、二氧化碳及乙炔三种标准气体，一氧化碳、二氧化碳及乙炔的浓度大于或等于本光声光谱检测系统检测一氧化碳、二氧化碳及乙炔浓度量程的最大值。

每次进行检测前依次对每一台激光器工作波长自动标定，标定过程如下：

a. 单片机11通过温度控制器13控制一台激光器14在温度为-20～55℃范围内动态扫描，激光器14发出的激光通过未通入被测气体的光声池2、后石英透镜6进入参考气体池15，之后通过标准气体混合体18至反射镜16，反射镜16发射的光线至光电探测器17，光电探测器17发出的光功率信号通过AD转换器11变成数字信号至单片机11；

b. 由于激光器17的输出波长在温度为-20～55℃范围内变化，其中只有与参考气体池15中的某一标准气体吸收波长相等的输出波长会被该标准气体吸收，故此范围内光功率信号最低时刻所对应的激光器17输出波长为检测该标准气体的工作波长，所以单片机11以此范围内光功率信号最低时刻所对应的激光器17输出波长为标定的工作波长并通过温度控制器13对工作波长进行锁定。