CN102128812B - 基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法 - Google Patents
基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102128812B CN102128812B CN 201010611888 CN201010611888A CN102128812B CN 102128812 B CN102128812 B CN 102128812B CN 201010611888 CN201010611888 CN 201010611888 CN 201010611888 A CN201010611888 A CN 201010611888A CN 102128812 B CN102128812 B CN 102128812B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- light
- detector
- energy supply
- sensor node
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本发明提供了一种基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法，涉及环境监测技术领域；包括光源、分束镜、光探测器、光散射元件、无线传感器节点、信号处理电路和光谱分析处理模块；光源发出的激光经过分束镜分束，透射激光经过光散射器件给无线传感器节点供能，反射激光被光探测器接收，将光信号转换为电信号；经过光谱分析模块的处理分析，得到被监测空间的光谱信息；与光源数据库的光谱信息进行比较，识别出被监测环境中存在的被检测气体及其含量；本装置和方法充分利用了为无线传感器节点供能的激光光束，在设置有无线传感器节点的网络中集成环境痕量气体检测，提高环境监测装置的全面性和工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，特别涉及到一种在被监测空间内利用激光主动供能的危险气体探测的装置和方法。
背景技术
近年来，矿难频繁发生，核试验和其他危险作业的安全也变得越来越重要，于是环境监测的重要性凸显出来，方便全面安全的环境监测成为国计民生中十分重要的环节；国内外很多研究机构致力于痕量气体检测，气体检测的技术日趋成熟；同时关于自供能的研究广泛展开，激光主动为被监测空间的无线传感器节点供能成为自供能技术的一种重要补充出现，激光主动为被监测空间无线传感器节点供能的方法为在此条件下进行痕量气体测量奠定了基础，由于在激光进入被监测空间后到达光散射器件前有一段光程，这段光程内激光将携带被监测空间气体组分的吸收光谱信息，利用激光主动为无线传感器节点供能的激光进行痕量气体检测提供了条件，所以把无线传感器节点供能和痕量气体检测结合起来能够使对被监测空间的监测趋于全面化，同时将提高监测的效率。
因此急需一种在无线传感器节点的基础上集成激光主动供能与痕量气体检测被监测空间内环境气体的组分及含量的装置和方法。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种在无线传感器节点的基础上集成激光主动供能与痕量气体检测被监测空间内环境气体的组分及含量的装置和方法；本发明的目的之一是提出一种基于激光远距离供能的痕量气体检测的装置；本发明的目的之二是提出一种基于激光远距离供能的痕量气体检测的方法。
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种基于激光远距离供能的痕量气体检测的装置，包括激光光源、激光光路检测单元和数据采集与处理单元；
所述激光光路检测单元包括分束镜、光探测器、光散射元件和无线传感器节点，所述分束镜反射面所反射的激光被光探测器接收，所述分束镜透射出的激光被光散射元件散射到无线传感器节点；
所述数据采集与处理单元包括信号处理电路和光谱分析处理模块；所述信号处理电路与光探测器连接，并对由光探测器探测到的光信号进行处理，所述光谱分析模块用于对经过信号处理电路处理后的光信号进行光谱分析，并将经过光谱分析模块得到光谱信息与原始光谱信息进行比较得到被监测空间内气体的组分及其含量。
进一步，还包括有与数据采集与处理单元连接的液晶显示器；
进一步，还包括有可调节与光探测器间角度的分束镜调整机构。
本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种基于激光远距离供能的痕量气体检测的方法，包括以下步骤：
S1：激光光源发出的激光经过分束，透射激光给无线传感器节点供能，反射激光用于气体探测；
S2：光探测器接收到反射激光，并将光信号转换为电信号；
S3：电信号经过光谱分析模块的处理并进行光谱分析，得到经过被监测空间后的光谱信息；
S4：与标准光谱信息进行比较，识别出被监测空间中存在的被检测气体组分及其含量。
进一步，所述步骤S1中：激光按光强比例分束，使光强能满足无线传感器节点供能要求的激光透射到达光散射器件，反射激光在回程中再次经过被监测空间，增大吸收光程；
进一步，所述步骤S1中：根据不同检测气体利用分束镜固定机构调整分束镜的反射角度，使反射激光到达不同波长的光探测器，光探测器根据被检测气体的不同分布规律，与分束镜的调节相配合；
进一步，所述步骤S3中：所述电信号是经过信号处理电路进行数字处理而得到的数字电信号；
进一步，所述步骤S4中：所述标准光谱信息是通过采用不同的光源对多种气体的检测而得到的光谱信息。
本发明的优点在于：本发明采用在无线传感器节点的基础上集成激光主动供能与痕量气体检测的装置和方法；利用激光主动供能中激光携带的光谱信息对环境中气体进行检测，从而监测环境中气体组分，通过检测结果对环境情况做出评估，指导生产作业的进行；提高了环境监测装置的全面性和工作效率，同时采用实时气体检测技术能够使整个系统具备实时、高效、精确等特点，在环境监测领域具有很大的应用前景；并且通过建立丰富的数据库并采用不同的光源，可以实现对多种气体的检测。
本发明的其它优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为基于激光远距离供能的痕量气体检测装置结构简图；
图2为基于激光远距离供能的痕量气体检测装置结构框图。
图中：1为激光光源，2为分束镜，3为光探测器，4为无线传感器节点，5为光散射元件，6为被监测空间壁，7为散射光的照射区域。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为基于激光远距离供能的痕量气体检测装置结构简图；图2为基于激光远距离供能的痕量气体检测装置结构框图；在本发明的实施例中光源即为无线传感器节点供能的激光光源；本发明提供基于激光远距离供能的痕量气体检测方法的实施例中，包括光源、激光光路检测单元和数据采集与处理单元；
所述光源为置于被监测空间外部的激光光源，本发明实施例中的光源可以采用可见或者红外的激光光源，光源功率大小及波长选择根据供能需要及气体检测的需要来确定。
激光光路检测单元包括分束镜、置于光谱分析仪器外壳内的光探测器、光散射元件和无线传感器节点，分束镜采用普通的分光镜即可；分束镜反射面所反射的激光被光探测器接收，所述分束镜透射出的激光被光散射元件散射到无线传感器节点；本发明实施例中的光探测器可以采用：可见光探测器可选择硅探测器；近红外探测器可选择PbSe探测器，铟镓砷探测器等；光谱分析方法可以采用目前常用的气体检测的分析方法，如TDLAS的方案等。
所述数据采集与处理单元包括信号处理电路和光谱分析处理模块；所述信号处理电路与光探测器连接，并对由光探测器探测到的光信号进行处理，所述光谱分析模块用于对经过信号处理电路处理后的光信号进行光谱分析，并将经过光谱分析模块得到光谱信息与原始光谱信息进行比较得到被监测空间内气体的组分及其含量。
作为上述实施例的进一步改进，还包括有与数据采集与处理单元连接的液晶显示器，其中激光光源置于被监测空间外部，光谱分析模块及显示电路集成于电路板，封装在仪器内部。
作为上述实施例的进一步改进，还包括有可调节与光探测器间角度的分束镜固定机构，分束镜需要设计稳定的可以在较大角度范围内调节方向的分束镜固定机构，将分束镜安装到分束镜固定机构上，使其能够随意地转动，从而准确地与光探测器对应起来，实现单系统对多种气体的检测。
本发明提供的实施例工作过程：激光器1发出激光经过短暂光程从被监测空间窗口穿过被监测空间壁6进入被监测空间内部，光进入被监测空间内部以后在到达用于光供能的散射元件之前在被监测空间有一段光程，这期间将携带被监测空间内部气体成分的光谱信息，激光到达分束镜2，经过分束镜以后，大部分光透射到达光散射器件5，均匀分散到散射光的照射区域7，为无线传感器节点4供能；少部分光反射后到达光探测器3，光探测器3探测采集得到经过被监测空间气体吸收以后的光信号，光信号经过信号处理电路并经过光谱分析模块的处理得到光谱信息，光谱信息和标准的气体吸收谱线进行对比从而得到被监测空间的气体吸收光谱，通过分析软件得到被监测空间内气体的组分及其含量，并在显示器显示出分析结果。
本发明提供基于激光远距离供能的痕量气体检测方法的实施例中，包括以下步骤：
S1：激光光源发出的激光进入相对封闭被监测空间中，分束镜将入射的激光按光强比例分束，经过分束镜将激光分束，透射到达光散射器件的激光给无线传感器节点供能，使光强能满足无线传感器节点供能要求的激光透射到达光散射器件，反射激光在回程中再次经过被监测空间，增大吸收光程，反射激光用于气体探测；针对不同的检测气体调整分束镜的反射角度，使反射激光的光强到达不同波长的光探测器，光探测器根据被检测气体的不同而规律排布，与分束镜的调节相配合。
S2：光探测器接收到反射激光，并将光信号转换为电信号；
S3：电信号经过光谱分析模块的处理并进行光谱分析，得到经过被监测空间后的光谱信息；所述电信号是经过信号处理电路进行数字处理而得到的数字电信号。
S4：与标准光谱信息进行比较，识别出被监测空间中存在的被检测气体组分及其含量；标准光谱信息是在标准测试条件下通过采用不同的光源对多种气体的检测而得到的光谱信息。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.基于激光远距离供能的痕量气体检测装置，其特征在于：包括激光光源、激光光路检测单元和数据采集与处理单元；
所述激光光路检测单元包括分束镜、光探测器、光散射元件和无线传感器节点，所述分束镜反射面所反射的激光被光探测器接收，所述分束镜透射出的激光被光散射元件散射到无线传感器节点，通过无线传感器节点自身的换能器件为无线传感器节点供能；
所述数据采集与处理单元包括信号处理电路和光谱分析处理模块；所述信号处理电路与光探测器连接，并对由光探测器探测到的光信号进行处理，所述光谱分析处理模块用于对经过信号处理电路处理后的光信号进行光谱分析，并将经过光谱分析处理模块得到的光谱信息与原始光谱信息进行比较得到被监测空间内气体的组分及其含量；
还包括有与数据采集与处理单元连接的液晶显示器；
还包括有可调节分束镜与光探测器间角度的分束镜调整机构。
2.基于激光远距离供能的痕量气体检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：激光光源发出的激光，经过分束，其透射激光给无线传感器节点供能，反射激光用于气体探测；
S2：光探测器接收到反射激光，并将光信号转换为电信号；
S3：电信号经过光谱分析模块的处理并进行光谱分析，得到经过被监测空间的光谱信息；
S4：将经过被监测空间后的光谱信息与标准光谱信息进行比较，识别出被检测气体组分及其含量；
所述步骤S1中：激光按光强比例分束，使透射激光的光强能满足无线传感器节点供能要求，反射激光在回程中再次经过被监测空间；
所述步骤S1中：根据被检测气体的种类来调整反射激光的反射角度，使反射激光的光强到达相应波长的光探测器，光探测器根据被检测气体的分布规律，与分束镜的调节相配合。
3.根据权利要求2所述的基于激光远距离供能的痕量气体检测方法，其特征在于：所述步骤S3中：所述电信号为经过信号处理电路进行数字处理而得到的数字电信号。
4.根据权利要求2所述的基于激光远距离供能的痕量气体检测方法，其特征在于：所述步骤S4中：所述标准光谱信息是通过采用不同的光源对多种气体的检测而得到的光谱信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010611888 CN102128812B (zh) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | 基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010611888 CN102128812B (zh) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | 基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102128812A CN102128812A (zh) | 2011-07-20 |
| CN102128812B true CN102128812B (zh) | 2013-05-15 |
Family
ID=44266982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010611888 Expired - Fee Related CN102128812B (zh) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | 基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102128812B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102495009A (zh) * | 2011-11-21 | 2012-06-13 | 武汉理工大学 | 一种气体检测无线传感方法及装置 |
| CN103344603B (zh) * | 2013-06-28 | 2015-09-30 | 聚光科技(杭州)股份有限公司 | 气体检测装置及方法 |
| CN103344568A (zh) * | 2013-07-18 | 2013-10-09 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种光电检测痕量二氧化氮的方法 |
| CN108037094A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-15 | 新疆美特智能安全工程股份有限公司 | 一种可燃气体激光遥测系统及方法 |
| CN109375673A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-02-22 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种痕量气体监测设备温度保持控制系统 |
| EP3861920A1 (de) * | 2020-02-05 | 2021-08-11 | Erbe Elektromedizin GmbH | Chirurgisches instrument mit einer positionserkennungseinrichtung |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1917351A (zh) * | 2006-09-01 | 2007-02-21 | 重庆大学 | 一种自供能传感器 |
| CN101286656A (zh) * | 2008-05-29 | 2008-10-15 | 重庆大学 | 无线传感器网络的激光远距离激励荧光供能方法及装置 |
| CN101482501A (zh) * | 2008-11-14 | 2009-07-15 | 昆明理工大学 | 温室气体的激光检测系统及方法 |
-
2010
- 2010-12-29 CN CN 201010611888 patent/CN102128812B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1917351A (zh) * | 2006-09-01 | 2007-02-21 | 重庆大学 | 一种自供能传感器 |
| CN101286656A (zh) * | 2008-05-29 | 2008-10-15 | 重庆大学 | 无线传感器网络的激光远距离激励荧光供能方法及装置 |
| CN101482501A (zh) * | 2008-11-14 | 2009-07-15 | 昆明理工大学 | 温室气体的激光检测系统及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M.I.Afzal et al..Optical Wireless Communication and Recharging Mechanism of Wireless Sensor Network by Using CCRs.《International Journal of Advanced Science and Technology》.2009,第13卷59. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102128812A (zh) | 2011-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102128812B (zh) | 基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法 | |
| CN104132911B (zh) | 开放式长光程co和ch4在线检测仪器 | |
| CN203798452U (zh) | 一种全光谱检测仪 | |
| CN104237898B (zh) | 一种天然气泄漏遥测激光雷达 | |
| CN1888865A (zh) | 开放式天然气泄漏多路监测方法和光路结构 | |
| CN201402247Y (zh) | 可调谐激光二极管双光程工业烟道在线监测装置 | |
| CN104280362A (zh) | 一种高温水汽激光光谱在线检测系统 | |
| CN105510276A (zh) | 基于tdlas的多组分气体多点监测系统 | |
| CN106018339B (zh) | 自适应反射式红外激光工业危险泄漏气体监测装置 | |
| CN203249865U (zh) | 基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统 | |
| CN104198393A (zh) | Sf6电气设备内分解气体组分在线监测系统及方法 | |
| CN108414469A (zh) | 基于tdlas扫描收发一体式机动车尾气遥感测量装置及方法 | |
| CN202421069U (zh) | 车载农田土壤重金属激光诱导击穿光谱检测仪 | |
| CN103900977B (zh) | 一种用于快速检测食品的全谱检测仪及其检测方法 | |
| CN207379917U (zh) | 航空发动机燃气成分及浓度监测系统 | |
| CN102353650A (zh) | 基于激光雷达技术的液体爆炸物探测方法与系统 | |
| CN103884666A (zh) | 一种分布式激光可燃气体浓度监测方法及装置 | |
| CN103411921A (zh) | 基于光学遥测镜头的手持式气体传感系统 | |
| CN105823755A (zh) | 一种基于可调谐半导体激光的自混合气体吸收传感系统 | |
| CN109655446A (zh) | 一种提高气体拉曼强度的△型谐振腔/积分球联合增强腔 | |
| CN204758243U (zh) | 一种sf6气体露点泄漏测试仪 | |
| CN203720081U (zh) | 一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构 | |
| CN207964624U (zh) | 基于tdlas扫描收发一体式机动车尾气遥感测量装置 | |
| CN103424369A (zh) | 一种光纤结构污染气体差分吸收光谱测量系统 | |
| CN104406941A (zh) | 一种多功能食品安全综合检测仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130515 Termination date: 20211229 |