CN105136662A - 一种用于激光气体分析仪发射光束准直的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光气体分析仪领域，具体涉及一种用于激光气体分析仪发射光束准直的方法，通过采用光斑扫描部件以及PIN近红外探测器多次反复测量激光红外光斑的光强分布情况，进而确定和调整光路准直情况，直至获得准直光束，使激光气体分析仪能够适用于光路更长的工作现场，提高激光气体分析仪的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于恶劣现场应用的、适用于长光程光路的激光气体分析仪发射光束准直的方法。激光气体分析仪在工业现场应用采用平行光对穿探测的方式进行工作，由于现场有强烈的振动，并存在由于高温引起的热胀冷缩形变，使得激光气体分析仪一般采用较大面积的发射准直光斑。但是目前没有有效的调节如此大面积、近红外光斑的办法。本发明提出了一种可以调节大面积光斑准直光路的方法，提高激光气体分析仪的性能。
背景技术
半导体激光气体分析仪是一种“实时”、“在线”的气体监测装置，常用于石化、钢铁、水泥、环保、工业在线监控等领域。激光气体分析仪是一种高灵敏度的气体分析手段，其原理是特定波长的激光通过气体后，因受气体特定吸收峰的吸收，产生光强的衰减。光强的衰减可用Beer-Lambert定律准确描述：
I(v)＝I0(v)exp[-S(T)φ(v)PXL]
其中I(v),I0(v)分别是激光通过气体后，通过气体前的光强，v是激光的频率，P，X和L分别是气体的压力、浓度和光程。线强S(T)是温度T的函数，线性函数φ(v)表示吸收谱线的形状。由Beer-Lambert定律可知，光强的衰减和被测气体的浓度成正比，从而可以通过测量激光通过气体后的衰减获得被测气体的浓度。同时，由于DFB激光器的发射峰很窄(小于15MHz)，工作时可以选择单根气体吸收谱线进行测量，不受其他气体的干扰，具有很高的测量灵敏度。
激光气体分析仪的优势在于工业现场“在线测量”，但是工业现场通常存在很强的振动，热胀冷缩等恶劣的条件，我们一般采用较大面积的准直光斑进行探测工作。但是，大面积的近红外准直光斑目前没有有效的准直方法，这就造成实际使用中的光路是不准直的，这就限制了激光气体分析仪的使用。在大光程的使用现场，由于光束的不准直，大部分光不能到达接收端。接收端由于探测的光强不够，不能正常的工作。
发明内容
本发明提出了一种用于激光气体分析仪发射光束准直的方法，通过这种方法可以有效的准直激光气体分析仪发射的光束，可以使激光气体分析仪用于更长光路的应用环境。
本发明采用的技术方案：
一种用于激光气体分析仪发射光束准直的方法，所述激光气体分析仪包括中央控制以及处理模块、发射模块、接收模块，所述发射模块包括激光器模块以及发射光路准直模块，所述接收模块包括光斑扫描部件，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述发射模块和接收模块及其控制采用设备系统结构的形式安装在待测现场的两侧：所述设备系统结构包括导轨和处理器电脑，所述导轨一端通过设备支架安装有可在导轨上前后滑动的发射光路准直模块，所述导轨另一端安装有通过两个步进电机控制二维运动的光斑扫描部件，所述光斑扫描部件上安装有用于光强探测的PIN近红外探测器；
(2)进行发射光路准直模块和光斑扫描部件在导轨上确定位置时，激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况测量：通过处理器电脑控制两个步进电机的运动，使PIN近红外探测器均匀的扫描整个光斑扫描部件光强，并将探测得到的光强信号通过数据线传输到处理器电脑上进行处理，获得激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况；
(3)保证发射光路准直模块不变，光斑扫描部件在导轨上多次位置变化，进行激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况测量，确定激光光路的准直情况判断：将光斑斑扫描部件在导轨上位置前后平移，每平移一次位置，重复步骤(2)一次，测定一次激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况，如果激光气体分析仪近红外光斑的光强分布未变，则激光光路准直；否则，不准直；进行步骤(4)；
(4)反复调节发射光路准直模块中准直透镜的位置，在重复(2)、(3)，直至激光光路准直。
本发明利用PIN近红外探测器作为光源的检测设备，结合机械设计和软件控制实现大面积近红外光斑的光强扫描成像。通过分析距离发射端不同距离位置的光斑大小，调节发射光路准直模块的准直透镜的位置改变光束准直状态，从而实现大面积近红外光斑的准直，可以获得准直性能良好的光束，使激光气体分析仪能够适用于光路更长的工作现场，提高激光气体分析仪的性能。
附图说明：
图1是本发明整机结构及现场安装示意；
图2是本发明仪器系统结构；
图3是本发明光斑扫描部件的正视图。
具体实施方式：
一种用于激光气体分析仪发射光束准直的方法，所述激光气体分析仪包括中央控制以及处理模块、发射模块、接收模块，所述发射模块包括激光器模块以及发射光路准直模块，所述接收模块包括光斑扫描部件，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述发射模块和接收模块及其控制采用设备系统结构的形式安装在待测现场的两侧：所述设备系统结构包括导轨和处理器电脑，所述导轨一端通过设备支架安装有可在导轨上前后滑动的发射光路准直模块，所述导轨另一端安装有通过两个步进电机控制二维运动的光斑扫描部件，所述光斑扫描部件上安装有用于光强探测的PIN近红外探测器；
(2)进行发射光路准直模块和光斑扫描部件在导轨上确定位置时，激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况测量：通过处理器电脑控制两个步进电机的运动，使PIN近红外探测器均匀的扫描整个光斑扫描部件光强，并将探测得到的光强信号通过数据线传输到处理器电脑上进行处理，获得激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况；
(3)保证发射光路准直模块不变，光斑扫描部件在导轨上多次位置变化，进行激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况测量，确定激光光路的准直情况判断：将光斑斑扫描部件在导轨上位置前后平移，每平移一次位置，重复步骤(2)一次，测定一次激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况，如果激光气体分析仪近红外光斑的光强分布未变，则激光光路准直；否则，不准直；进行步骤(4)；
(4)反复调节发射光路准直模块中准直透镜的位置，在重复(2)、(3)，直至激光光路准直。
图1是本发明的整体结构示意图。本发明的整机主要由中央控制以及处理模块、发射模块、接收模块，所述发射模块包括发射光路准直模块，所述接收模块包括光斑扫描部件以及安装在光斑扫描部件上的PIN近红外探测器，所述发射模块和接收模块采用设备系统结构的形式安装在待测现场的两侧。
图2是本发明采用设备系统结构，包括导轨和处理器电脑，所述导轨一端通过设备支架安装有发射光路准直模块，所述导轨另一端安装有光斑扫描部件，激光气体分析仪的发射光准直模块可以放置于设备支架上并置于导轨上方并可沿导轨前后滑动；所述光斑扫描部件上安装有用于光强探测的PIN近红外探测器，所述PIN近红外探测器探测得到的光强信号通过数据线传输到处理器电脑上进行处理。
图3为所述的光斑扫描部件的正视图，所述的光斑扫描部件采用了两根分别沿水平x方向和竖直y方向的传动轴，所述传动轴分别由两个步进电机控制，所述PIN近红外探测器则固定于两根传动轴控制扫描的部件上。通过处理器电脑控制两个步进电机的运动，可使PIN近红外探测器均匀的扫描整个光斑扫描部件光强，从而获得激光气体分析仪近红外光斑的分布情况。如，我们的光斑直径为30mm，光斑扫描部件的扫描面积设定为50×50mm的矩形，PIN近红外探测器的面积为直径1mm，我们只需扫描50×50＝2500个点，扫描十余秒钟就能够很准确的获得光斑的分布情况。
通过导轨，前后平移光斑扫描部件，可以获得距离激光气体分析仪光路准直模块不同距离的光斑面积，从而判断出射光的准直程度。通过设备的测量结果，反复调节发射光路准直模块中准直透镜的位置就可以获得准直性能良好的光束，使激光气体分析仪能够适用于光路更长的工作现场，提高激光气体分析仪的性能。
Claims (1)
1.一种用于激光气体分析仪发射光束准直的方法，所述激光气体分析仪包括中央控制以及处理模块、发射模块、接收模块，所述发射模块包括激光器模块以及发射光路准直模块，所述接收模块包括光斑扫描部件，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将所述发射模块和接收模块及其控制采用设备系统结构的形式安装在待测现场的两侧：所述设备系统结构包括导轨和处理器电脑，所述导轨一端通过设备支架安装有可在导轨上前后滑动的发射光路准直模块，所述导轨另一端安装有通过两个步进电机控制二维运动的光斑扫描部件，所述光斑扫描部件上安装有用于光强探测的PIN近红外探测器；
（2）进行发射光路准直模块和光斑扫描部件在导轨上确定位置时，激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况测量：通过处理器电脑控制两个步进电机的运动，使PIN近红外探测器均匀的扫描整个光斑扫描部件光强，并将探测得到的光强信号通过数据线传输到处理器电脑上进行处理，获得激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况；
（3）保证发射光路准直模块不变，光斑扫描部件在导轨上多次位置变化，进行激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况测量，确定激光光路的准直情况判断：将光斑斑扫描部件在导轨上位置前后平移，每平移一次位置，重复步骤（2）一次，测定一次激光气体分析仪近红外光斑的光强分布情况，如果激光气体分析仪近红外光斑的光强分布未变，则激光光路准直；否则，不准直；进行步骤（4）；
（4）反复调节发射光路准直模块中准直透镜的位置，在重复（2）、（3），直至激光光路准直。
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| CN201510471915.5A Withdrawn CN105136662A (zh) | 2015-08-04 | 2015-08-04 | 一种用于激光气体分析仪发射光束准直的方法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106767465A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-31 | 东华大学 | 一种激光光斑监测和光路自动准直集成系统 |
| CN113075672A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-07-06 | 深圳市灵明光子科技有限公司 | 测距方法及系统、计算机可读存储介质 |
| CN114400494A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-26 | 广东职业技术学院 | 一种激光器自动调光方法 |
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2015
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| CN114400494A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-26 | 广东职业技术学院 | 一种激光器自动调光方法 |
| CN114400494B (zh) * | 2021-12-30 | 2023-09-01 | 广东职业技术学院 | 一种激光器自动调光方法 |
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