CN104330386B - 用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置 - Google Patents

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Abstract

用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，属于光电检测技术领域，为了解决现有技术存在的问题，激光器驱动控制单元分别通过信号传输线与直流驱动信号发生单元与调制信号发生单元连接，直流驱动信号发生单元和调制信号发生单元的输出信号通过信号叠加单元进行信号叠加；信号叠加单元的输出与可调谐垂直腔面发射激光器相连；直流驱动信号发生单元发出的梯形波与调制信号发生单元发出的正弦波相叠加的驱动信号，梯形波由低电流段、中电流段和高电流段组成，低电流段和高电流段电流恒定，激光器在该段电流驱动下的输出波长处于气体的非吸收区；中电流段电流随时间均匀增大，使激光器的输出波长扫过乙醇气体吸收的中心波长。

Description

用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置
技术领域
本发明涉及一种乙醇气体浓度检测的激光器驱动装置，具体涉及一种用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，属于光电检测技术领域。
背景技术
近年来，我国酒后驾车所导致的惨烈车祸在屡屡曝光之后而又频频发生。传统排查方式和检验设备---“呼吸式酒精检测仪”无针对性、效率低，还影响路面车辆正常行使，同时也造成了大量一次性检验设备和警力资源的浪费。基于TDLAS技术激光遥测系统是目前最新的检测方法，可以很好的弥补这些不足。
TDLAS技术是基于朗伯比尔定律的一种非接触、远距离的高精度检测技术，它利用激光器波长调制通过被测气体的特征吸收区，被测气体对激光束进行吸收导致激光强度衰减，其衰减程度与酒精气体含量成正比，通过激光强度的衰减信息就可以得出酒精的浓度，实现酒驾的不停车检测。
虽然TDLAS技术具有高选择性，其他气体不会对检测结果产生影响，但车窗玻璃、空气中的大颗粒粉尘等的阻挡散射会对激光强度产生一定的影响，要除去这一影响，使得检测结果更加准确，一般会再加一路激光作为参考光，通过两路激光的差分得出较精确的结果，但这种方式也会产生一些其他的不利影响，例如增加了成本，提高了设备的复杂性，降低了设备的可靠性等等。
发明内容
本发明为解决现有技术存在成本高、设备复杂及可靠性差的技术问题，提出一种用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置。
本发明解决技术问题的方案是：
用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，其特征是，激光器驱动控制单元分别通过信号传输线与直流驱动信号发生单元与调制信号发生单元连接，所述直流驱动信号发生单元和调制信号发生单元的输出信号通过信号叠加单元进行信号叠加；所述信号叠加单元的输出与可调谐垂直腔面发射激光器相连；所述直流驱动信号发生单元发出的梯形波与调制信号发生单元发出的正弦波相叠加成驱动信号，所述梯形波由低电流段、中电流段和高电流段组成；
所述低电流段和高电流段电流恒定，激光器在该段电流驱动下的输出波长处于气体的非吸收区，该段用于对比消除环境产生的干扰；
所述中电流段电流随时间均匀增大，使激光器的输出波长扫过乙醇气体吸收的中心波长，该段用于检测乙醇气体的浓度。
本发明的工作原理：所述激光器驱动控制单元控制直流驱动信号发生单元向信号叠加单元发出直流驱动信号，直流驱动信号为梯形波信号，梯形波频率为1-100Hz。所述激光器驱动控制单元控制调制信号发生单元向信号叠加单元发出调制信号，调制信号为正弦波信号，正弦波频率为1KHz-1MHz。直流驱动信号和调制信号经信号叠加单元叠加到一起，产生的经正弦信号调制的梯形波，作为最终的激光器驱动信号。梯形波由低电流段(L段)、中电流段(M段)和高电流段(H段)组成，低电流段(L段)和高电流段(H段)电流恒定，激光器在该段电流驱动下的输出波长处于气体的非吸收区，该段用于对比消除环境产生的干扰；中电流段(M段)电流随时间均匀增大，使激光器的输出波长扫过乙醇气体吸收的中心波长，该段用于检测乙醇气体的浓度。激光器驱动控制单元根据驱动信号中的梯形波控制激光器的注入电流，从而使激光输出波长调谐在酒精气体吸收峰附近，扫过酒精气体吸收峰。
本发明主要基于时分复用差分调制的方式对激光器进行驱动。最终产生的驱动信号是经正弦波调制的梯形波，在不同的时间对激光器驱动信号做不同的处理，达到时分复用的目的。梯形波的斜边部分扫过酒精气体的吸收峰，激光的一部分能量会被酒精气体吸收，为气体吸收部分，作为检测光进行处理；电流为梯形恒定的上下边时，激光的能量不会被酒精气体吸收，为非吸收部分，作为参考光进行处理。将检测光和参考光做差分处理可去除车窗玻璃等酒精气体吸收之外的其他造成激光能量损耗的影响，只需一路激光，便可达到差分检测的效果。
本发明的有益效果：本发明给出了一种具体适合酒驾检测的时分复用差分调制激光驱动电路；通过本发明可以有效检测酒精气体浓度，大大提高了检测精度，同时检测光和参考光使用同一激光器，可以大大节约成本，降低仪器设备的复杂性。
附图说明
图1为本发明用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置示意图。
图2为本发明所述激光器驱动电路框图。
图3为本发明所述时分复用调制示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，激光器驱动控制单元分别通过信号传输线与直流驱动信号发生单元与调制信号发生单元连接，激光器驱动控制单元负责对直流驱动信号发生单元和调制信号发生单元进行控制，确定直流驱动信号的扫描范围和正弦调制信号的频率。所述直流驱动信号发生单元和调制信号发生单元的输出信号通过信号叠加单元进行信号叠加；所述信号叠加单元的输出与可调谐垂直腔面发射激光器相连；所述直流驱动信号发生单元发出的梯形波与调制信号发生单元发出的正弦波相叠加成激光驱动信号。
所述梯形波由低电流段(L段)、中电流段(M段)和高电流段(H段)组成；
L段和H段电流恒定，激光器在该段电流驱动下的输出波长处于气体的非吸收区，该段用于对比消除环境产生的干扰；
所述M段电流随时间均匀增大，使激光器的输出波长扫过乙醇气体吸收的中心波长，该段用于检测乙醇气体的浓度。
所述梯形波频率为1～100Hz，所述正弦波频率为1KHz～1MHz。
所述激光器驱动控制单元由微控制器主控芯片构成。
如图2所示，用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动电路，包括以ARM为主控芯片的激光器驱动控制单元1，由数模转换器DA组成的梯形波发生单元2，由DDS芯片组成的正弦波发生单元7，由高速运放组成的信号叠加单元3，以MOSFET为主的V-I电压电流转换单元4，可调谐垂直腔面发射激光器5，TEC温度控制模块6，电源模块8，外部控制接口9。信号叠加单元3通过V-I电压电流转换单元4与可调谐垂直腔面发射激光器5相连；所述TEC温度控制模块6与激光器驱动控制单元1相连。
激光驱动信号的组成分为两部分：一部分是梯形波，其频率为10Hz；另一部分是正弦波，其频率为5KHz；梯形波信号用来对激光器的波长进行扫描；正弦波信号叠加在梯形波上，用来调制输出激光的频率。
本发明利用时分复用差分调制的方式来对激光器进行驱动。由驱动控制单元1控制梯形波发生单元2和正弦波发生单元7产生较低频率的梯形波和较高频率的正弦波，通过信号叠加单元3将正弦波叠加到梯形波上得到调制完成都电压信号，再经V-I电压电流转换单元4将电压信号转化为激光驱动电流，注入可调谐垂直腔面发射激光器5，得到检测光和参考光。激光器正常工作时，由TEC温度控制模块6维持激光器的正常工作温度。外部控制接口9可以接键盘，液晶屏和上位机，实现对激光驱动电流的频率、扫描范围，调制信号的频率幅度的控制，以及激光器温度的控制。
如图3所示，激光驱动电流，是一叠加了正弦波的梯形波，梯形波的斜边部分为吸收区，此时激光器发出的激光波长扫过酒精气体的吸收峰，激光的一部分能量被酒精气体吸收，此时的激光为吸收光，其能量变化与酒精浓度相关。梯形波的上下边部分为非吸收区，激光器发射出的激光经过酒精气体时不会产生吸收，此时的激光为参考光，通过和吸收光的差分处理可除去车窗玻璃等其他因素对测量造成的影响。

Claims (8)

1.用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，其特征是，激光器驱动控制单元分别通过信号传输线与直流驱动信号发生单元、调制信号发生单元连接，所述直流驱动信号发生单元和调制信号发生单元的输出信号通过信号叠加单元进行信号叠加；所述信号叠加单元的输出与可调谐垂直腔面发射激光器相连；所述直流驱动信号发生单元发出的梯形波与调制信号发生单元发出的正弦波相叠加成驱动信号，所述梯形波由低电流段、中电流段和高电流段组成；
所述低电流段和高电流段电流恒定，激光器在所述低电流段和高电流段驱动下的输出波长处于气体的非吸收区，所述低电流段和高电流段用于对比消除环境产生的干扰；
所述中电流段电流随时间均匀增大，使激光器的输出波长扫过乙醇气体吸收的中心波长，所述中电流段用于检测乙醇气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，其特征在于，所述梯形波频率为1～100Hz，所述正弦波频率为1KHz～1MHz。
3.根据权利要求1所述的用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，其特征在于，所述激光器驱动控制单元由微控制器主控芯片构成。
4.根据权利要求1所述的用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，其特征在于，所述调制信号发生单元由DDS芯片组成。
5.根据权利要求1所述的用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，其特征在于，所述直流驱动信号发生单元由数模转换器DA组成。
6.根据权利要求1所述的用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，其特征在于，所述信号叠加单元由高速运放组成。
7.根据权利要求1所述的用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，其特征在于，还包括V-I电压电流转换单元，所述信号叠加单元通过V-I电压电流转换单元与可调谐垂直腔面发射激光器相连，所述V-I电压电流转换单元由MOSFET组成。
8.根据权利要求1所述的用于酒驾检测的时分复用差分调制激光器驱动装置，其特征在于，还包括TEC温度控制模块，所述温度控制模块与激光器驱动控制单元相连。
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