CN102590151A - 基于无线传输模式的烟雾透过率的激光测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过激光测量烟雾透过率的方法，激光器出光后经过分光器分为参考光束、测量光束两束光，参考光束在激光发射端内部经光电转换后形成参考光电信号进入数据采集系统即计算机；为满足远程透过率测量的要求，激光器光束必须经过扩束镜以减小发散角；扩束后的测量光束经过大气远距离传输后进入接收端探测器，形成的电信号经无线发射模块传输至激光发射端的无线接收模块上，进入数据采集系统即计算机，形成接收端电信号；参考光电信号和接收端电信号的比值形成烟雾释放前的电压比；释放烟雾后，再次得到参考光电信号和接收端电信号的比值；烟雾释放前后的电压比值之比即为烟雾的透过率。本发明实现了在激光发射机与激光接收机之间的这段光路上燃放不同材料制成的烟雾就可以检测出该波段的激光在这种烟雾中的透过率的大小。

Description

基于无线传输模式的烟雾透过率的激光测量方法

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种通过激光测量烟雾透过率的方法。

背景技术

基于烟尘颗粒对光波传输的散射和吸收，烟雾透过率的大小是由烟雾制品的材料成分、烟尘颗粒的大小、烟雾形成的浓度和烟雾的形成厚度所决定。同一种烟雾介质对不同光波长的吸收是不一样的，而烟尘颗粒大小对激光的穿透也是不一样的。烟雾形成的浓度和烟雾的形成厚度对激光的传输影响很大，事实上烟雾形成的浓度和烟雾的形成厚度都是随机的，很难做到完全重覆。因此，完全准确地测量激光束在烟雾中的透过率是一项比较困难的工作。就目前而言，相对测量激光烟雾透过率依然是人们普遍认可的有效方法之一。

发明内容

本发明提供一种通过激光测量烟雾透过率的方法，在激光发射机与激光接收机之间的这段光路上燃放不同材料制成的烟雾就可以检测出该波段的激光在这种烟雾中的透过率的大小。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

通过激光测量烟雾透过率的方法，其特征在于：包括有激光发射端、激光接收端，所述的激光发射端包括有激光发射机、无线接收模块、计算机，所述的激光接收端包括有激光接收机、无线发射模块，所述的激光发射机包括有激光器、参考光探测器，所述的激光接收机包括有探测器；所述的激光器的前方光路上设有分光器，所述的激光器出光后经过分光器分为透射光束、反射光束，所述的反射光束作为参考光束进入激光发射机内部的参考光探测器，参考光束经参考光探测器进行光电转换后形成参考光束的电信号接入计算机；所述的透射光束作为测量光束的前方光路上设有扩束镜，所述的测量光束经过扩束镜减小发散角后经过大气远距离传输后进入激光接收机的探测器，测量光束经探测器进行光电转换后形成的测量光束的电信号经无线发射模块传输至激光发射端的无线接收模块后接入计算机；所述的计算机对得到的参考光束的电信号、测量光束的电信号进行分析、处理后得到参考光束、测量光束的光强度的电压值；

具体测量步骤如下：

(1)在未施烟雾之前，运行整个装置，记录此刻的时间，激光参考光束的光强度电压是V1，测量光束的光强度的电压V2；设参考光束与测量光束的系统因子为K1和K2，激光传输通道光电转换效率分别为T1和T2，大气透过率为Ta，激光输出功率为P0；于是有：V1＝k₁T₁P₀和V2＝k₂T₂T_aP₀；

则烟雾释放前，激光发射端和激光接收端得电压比值K₀为：

K₀＝V₁/V₂＝k₁T₁P₀/k₂T₂T_aP₀            (1)

(2)在扩束镜与探测器之间的光路上释放烟雾；

(3)在施烟雾之后，记录此刻的时间，激光参考光束的光强度电压是V3，测量光束的光强度的电压V4；设烟雾透过率为Ts，其它参数不变；则有：V3＝k₁T₁P₀和V4＝k₂T₂T_aT_sP₀；

则烟雾释放后，激光发射端和激光接收端得电压比值K_s为：

K_s＝V₃/V₄＝K₁T₁P₀/K₂T₂T_aT_sP₀            (2)

因此，烟雾的透过率简单表示为

当然，透过率随着时间的变化是不同的，最终可以表示为

$T_s\left(t\right)=\frac{K_s\left(t\right)}{K_0\left(t\right)}---\left(3\right)$

(4)关闭整个装置。

所述的通过激光测量烟雾透过率的装置，其特征在于：所述的扩束镜包括有一个正透镜、一个负透镜。

所述的通过激光测量烟雾透过率的装置，其特征在于：所述的激光发射机还包括有一个瞄准激光器，所述的瞄准激光器连接有瞄准激光电源，瞄准激光器的前方光路上设有折返镜，瞄准激光器发射出来的瞄准绿光经折返镜反射到分光镜，瞄准绿光再经分光镜反射后与测量光束重合进入激光接收端；瞄准绿光经分光镜透射后的一部分光线由参考光探测器接收。

本发明的工作原理是：激光器出光后经过分光器分为参考光束、测量光束两束光，参考光束在激光发射端内部经光电转换后形成参考光电信号进入数据采集系统即计算机；为满足远程透过率测量的要求，激光器光束必须经过扩束镜以减小发散角；扩束后的测量光束经过大气远距离传输后进入接收端探测器，形成的电信号经无线发射模块传输至激光发射端的无线接收模块上，进入数据采集系统即计算机，形成接收端电信号；参考光电信号和接收端电信号的比值形成烟雾释放前的电压比；释放烟雾后，再次得到参考光电信号和接收端电信号的比值；烟雾释放前后的电压比值之比即为烟雾的透过率。

本发明的有益效果在于：本发明实现了在激光发射机与激光接收机之间的这段光路上燃放不同材料制成的烟雾就可以检测出该波段的激光在这种烟雾中的透过率的大小。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图。

图2为本发明的激光发射机方框图。

图3为本发明的激光接收机方框图。

具体实施方式

如图1-3所示，通过激光测量烟雾透过率的方法，包括有激光发射端、激光接收端，激光发射端包括有激光发射机、无线接收模块4、计算机6，激光接收端包括有激光接收机、无线发射模块3，激光发射机包括有激光器1、参考光探测器5，激光接收机包括有探测器2，探测器2的探测端口设有透过式接收透镜13；激光器1的前方光路上设有分光器7，激光器1出光后经过分光器7分为透射光束、反射光束，反射光束作为参考光束进入激光发射机内部的参考光探测器5，参考光束经参考光探测器5进行光电转换后形成参考光束的电信号接入计算机6；透射光束作为测量光束的前方光路上设有扩束镜8，测量光束经过扩束镜8减小发散角后经过大气远距离传输后进入激光接收机的探测器2，测量光束经探测器2进行光电转换后形成的测量光束的电信号经无线发射模块3传输至激光发射端的无线接收模块4后接入计算机6；计算机6对得到的参考光束的电信号、测量光束的电信号进行分析、处理后得到参考光束、测量光束的光强度的电压值；

具体测量步骤如下：

(1)在未施烟雾之前，运行整个装置，记录此刻的时间，激光参考光束的光强度电压是V1，测量光束的光强度电压是V2；设参考光束与测量光束的系统因子为K1和K2，激光传输通道光电转换效率分别为T1和T2，大气透过率为Ta，激光输出功率为P0；于是有：V1＝k₁T₁P₀和V2＝k₂T₂T_aP₀；

则烟雾释放前，激光发射端和激光接收端得电压比值K₀为：

K₀＝V₁/V₂＝k₁T₁P₀/k₂T₂T_aP₀            (1)

(2)在扩束镜与探测器之间的光路上释放烟雾；

(3)在施烟雾之后，记录此刻的时间、激光参考光束的光强度电压是V3，测量光束的光强度电压是V4；设烟雾透过率为Ts，其它参数不变；则有：V3＝k₁T₁P₀和V4＝k₂T₂T_aT_sP₀；

则烟雾释放后，激光发射端和激光接收端得电压比值K_s为：

K_s＝V₃/V₄＝K₁T₁P₀/K₂T₂T_aT_sP₀            (2)

因此，烟雾的透过率简单表示为

当然，透过率随着时间的变化是不同的，最终可以表示为

$T_s\left(t\right)=\frac{K_s\left(t\right)}{K_0\left(t\right)}---\left(3\right)$

(4)关闭整个装置。

扩束镜8包括有一个正透镜L1、一个负透镜L2。

激光发射机还包括有一个瞄准激光器9，瞄准激光器9连接有瞄准激光电源10，瞄准激光器9的前方光路上设有折返镜11，瞄准激光器9发射出来的瞄准绿光经折返镜11反射到分光镜7，瞄准绿光再经分光镜7反射后与测量光束重合进入激光接收端，瞄准绿光经分光镜7透射的一部分光线由参考光探测器12接收。

Claims (3)

1.一种通过激光测量烟雾透过率的方法，其特征在于：包括有激光发射端、激光接收端，所述的激光发射端包括有激光发射机、无线接收模块、计算机，所述的激光接收端包括有激光接收机、无线发射模块、单片机，所述的激光发射机包括有激光器、参考光探测器；所述的激光接收机包括有探测器；所述的激光器的前方光路上设有分光器，所述的激光器出光后经过分光器分为透射光束、反射光束，所述的反射光束作为参考光束进入激光发射机内部的参考光探测器，参考光束经参考光探测器进行光电转换后形成参考光束的电信号接入计算机；所述的透射光束作为测量光束的前方光路上设有扩束镜，所述的测量光束经过扩束镜减小发散角后经过大气远距离传输后进入激光接收机的探测器，测量光束经探测器进行光电转换后形成的测量光束的电信号经单片机处理后由无线发射模块传输至激光发射端的无线接收模块后接入计算机；所述的计算机对得到的参考光束的电信号、测量光束的电信号进行分析、处理后得到参考光束、测量光束的光强度的电压值；

具体测量步骤如下：

(1)在未施烟雾之前，运行整个装置，记录此刻的时间，激光参考光束的光强度的电压V1，测量光束的光强度的电压V2；设参考光束与测量光束的系统因子为K1和K2，激光传输通道光电转换效率分别为T1和T2，大气透过率为Ta，激光输出功率为P0；于是有：V1＝k₁T₁P₀和V2＝k₂T₂T_aP₀；

则烟雾释放前，激光发射端和激光接收端得电压比值K₀为：

K₀＝V₁/V₂＝k₁T₁P₀/k₂T₂T_aP₀            (1)

(2)在扩束镜与探测器之间的光路上释放烟雾；

(3)在施烟雾之后，记录此刻的时间，激光参考光束的光强度的电压V3，测量光束的光强度的电压V4；设烟雾透过率为Ts，其它参数不变；则有：V3＝k₁T₁P₀和V4＝k₂T₂T_aT_sP₀；

则烟雾释放后，激光发射端和激光接收端得电压比值K_s为：

K_s＝V₃/V₄＝K₁T₁P₀/K₂T₂T_aT_sP₀            (2)

因此，烟雾的透过率简单表示为

当然，透过率随着时间的变化是不同的，最终可以表示为

$T_s\left(t\right)=\frac{K_s\left(t\right)}{K_0\left(t\right)}---\left(3\right)$

(4)关闭整个装置。

2.根据权利要求1所述的通过激光测量烟雾透过率的装置，其特征在于：所述的扩束镜包括有一个正透镜、一个负透镜。

3.根据权利要求1所述的通过激光测量烟雾透过率的装置，其特征在于：所述的激光发射机还包括有一个瞄准激光器，所述的瞄准激光器连接有瞄准激光电源，瞄准激光器的前方光路上设有折返镜，瞄准激光器发射出来的瞄准绿光经折返镜反射到分光镜，瞄准绿光再经分光镜反射后与测量光束重合进入激光接收端。

Images