CN105891151A - 一种用于反射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开的一种用于反射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统，信号调制器对扫描波信号发生器和正弦波信号发生器的输出信号进行调制，得到三段复合扫描波作为一个激光器的驱动信号，激光器在三段复合扫描波的恒定电流段驱动下的输出波长处于乙醇气体的非吸收区，通过该段检测结果，可以对比消除由环境所产生的噪声干扰，激光器在三段复合扫描波的上升电流段和下降电流段电流驱动下的输出波长包括了乙醇气体吸收的中心波长，用以检测乙醇气体的浓度，并且通过上升电流和下降电流段的驱动，实现对称扫描，消除检测过程过由于扫描特性引起的对称干扰。从而实现对一个激光器光源的驱动，降低了系统的复杂性，减少了系统成本，并且，提高了检测精度。

Description

一种用于反射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统
技术领域
本申请涉及光电检测技术领域，具体地说，涉及一种用于反射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统。
背景技术
随着社会生活水平的逐渐提高，机动车数量不断增加，人民的生活和财产安全受到酒驾的严重危害。目前，针对酒驾行为的检测与排查，主要是采用传统的呼吸式酒精检测仪，在对司机进行酒驾检查时，需要车辆停靠，不但影响交通，而且，效率低下，人力成本较高。
采用TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)技术的快速酒驾检测系统可以实现在车辆行驶过程中对司机进行酒驾检测。TDLAS技术的理论依据是比尔朗伯吸收定律，当激光穿过待测气体后，如果激光频率与待测气体吸收谱线的中心频率相等，待测气体会吸收光子的能量，激光光强衰减，并且激光光强的衰减强度正比于待测气体的浓度，进而对激光衰减光强的进行测量可以得到待测气体的浓度。这种测量方式实现在车辆行驶过程中对司机进行酒驾检测，不需要车辆停靠，极大的提高了酒驾检测的效率。
现有的采用TDLAS技术的酒驾检测系统，利用两路激光光源，一路激光光源产生参考激光，另一路激光光源产生检测激光，参考激光用于检测空气中粉尘以及车窗对于酒驾检测的影响，通过检测激光与参考激光的差分从而得到较准确的检测结果。但是，两路激光光源的激光驱动系统存在系统复杂，成本高的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种用于反射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统，对单路激光光源进行驱动分时产生参考激光和检测激光进行检测，欲实现减小激光驱动系统的复杂性，以及减少系统成本目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种用于反射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统，包括：
激光器驱动控制器、扫描波信号发生器、正弦波信号发生器和信号调制器；
所述激光器驱动控制器通过信号传输线分别与所述扫描波信号发生器和所述正弦波信号发生器连接，用于分别控制所述扫描波信号发生器的输出信号的频率、幅度和/或相位，以及所述正弦波信号发生器的输出信号的频率、幅度和/或相位；
所述信号调制器的信号输入端通过信号传输线分别与所述扫描波信号发生器和所述正弦波信号发生器连接，用于分别接收所述扫描波信号发生器、所述正弦波信号发生器的输出信号，并对所述两个输出信号进行调制，生成三段复合扫描波；
所述信号调制器的信号输出端通过信号传输线连接一个激光器，用于将所述三段复合扫描波输出至所述激光器，作为所述激光器的驱动信号，所述三段复合扫描波包括上升电流段、下降电流段和恒定电流段；
所述上升电流段的电流随时间均匀增大，达到预设最大值后，所述下降电流段的电流随时间均匀减少，所述激光器在所述上升电流段和所述下降电流段驱动下的输出波长范围包括乙醇气体吸收的中心波长；
所述恒定电流段的电流恒定，所述激光器在所述恒定电流段驱动下输出波长处于乙醇气体的非吸收区。
优选的，所述激光器为：可调谐激光器。
优选的，所述激光器驱动控制器包括：ARM芯片。
优选的，所述扫描波信号发生器包括：D/A芯片。
优选的，所述正弦波信号发生器包括：DDS芯片。
优选的，所述信号调制器包括运算放大器和电压电流转换器，所述运算放大器通过电压电流转换器与激光器相连。
优选的，所述电压电流转换器包括：MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,MOSFET，金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管)。
优选的，还包括：分别与所述激光器和所述激光器驱动控制器连接的温度控制器，用于对所述激光器的温度进行控制。
优选的，还包括：数字接口和模拟接口，用于连接键盘、显示器和上位机。
优选的，所述扫描波信号发生器的输出信号为预设频率和预设幅度的锯齿波，所述正弦波信号发生器的输出为预设频率和预设幅度的正弦波。
从上述的技术方案可以看出，本申请公开的一种用于放射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统，信号调制器通过对扫描波信号发生器和正弦波信号发生器的输出信号进行调制，得到三段复合扫描波，作为一个激光器的驱动信号，三段复合扫描波，包括上升电流段、下降电流段和恒定电流段，激光器在恒定电流段的驱动下的输出波长处于乙醇气体的非吸收区，通过该段检测结果，可以对比消除由环境所产生的噪声干扰，激光器在上升电流段和下降电流段的电流驱动下的输出波长范围包括了乙醇气体吸收的中心波长，用以检测乙醇气体的浓度，并且通过上升电流和下降电流段的驱动，实现对称扫描，消除检测过程过由于扫描特性引起的对称干扰。从而实现对一个激光器光源的驱动，降低了系统的复杂性，减少了系统成本，并且，提高了检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例公开的一种用于反射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统的示意图；
图2为本实施例公开的一种由信号调制器输出的三段复合扫描波的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请公开的用于放射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统，产生上升电流段、下降电流段和恒定电流段三段复合扫描波，作为一个激光器的驱动信号，得到不断随时间转换的检测激光光束和参考激光光束，完成对乙醇气体的检测，降低了系统的复杂性，减少了系统的成本，以及提高了检测结果的精确度。
本实施例公开一种用于反射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统，参见图1所示，包括：
激光器驱动控制器11、扫描波信号发生器12、正弦波信号发生器13和信号调制器14。激光器驱动控制器11通过信号传输线分别与扫描波信号发生器12和正弦波信号发生器13连接。信号调制器14的信号输入端通过信号传输线也分别与扫描波信号发生器12和正弦波信号发生器13连接。信号调制器14的信号输出端通过信号传输线连接一个激光器15。
激光驱动控制器负责分别控制扫描波信号发生器12的输出信号的频率、幅度和/或相位，以及正弦波信号发生器13的输出信号的频率、幅度和相位。信号调制器14分别接收扫描波信号发生器12和正弦波信号发生器13的输出信号，并对两个输出信号进行调制，产生三段复合扫描波(如图2所示)，作为激光器15的驱动信号。
三段复合扫描波包括上升电流段U、下降电流段D和恒定电流段C。上升电流段U的电流随时间均匀增大，达到预设最大值后，下降电流段D的电流随时间均匀减少，激光器15在上升电流段和下降电流段的电流驱动下输出波长的范围值包括乙醇气体吸收的中心波长值。进而检测乙醇气体的浓度，并且通过这两段的检测结果进行差分处理，可以消除在检测过程中由于扫描特性引起的对称干扰。恒定电流段C的电流恒定，激光器15在恒定电流段的电流驱动下输出波长处于乙醇气体的非吸收区，通过该段的检测结果与消除对称干扰后的检测结果进行差分处理，可以消除车窗玻璃和空气中杂质等其他背景环境对测量结果造成的影响。
本实施例公开的用于放射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统，信号调制器通过对扫描波信号发生器和正弦波信号发生器的输出信号进行调制，得到三段复合扫描波，作为一个激光器的驱动信号，实现对一个激光器光源的驱动，降低了系统的复杂性，减少了系统成本，并且，通过上升电流段和下降电流段对激光器进行驱动控制，产生检测激光用于检测乙醇气体的浓度，并将上升电流段驱动控制下的检测结果和下降电流段驱动控制下的检测结果进行差分处理，消除扫描过程中的对称干扰。通过恒定电流段对激光器进行驱动控制，得到检测结果与消除对称干扰后的检测结果进行差分处理，用于消除由环境产生的噪声干扰，从而达到更精确的检测结果。
优选的，激光器驱动控制器11的控制芯片选择ARM芯片。扫描波信号发生器12的芯片选择D/A芯片。正弦波信号发生器13的芯片选择DDS芯片。信号调制器14包括运算放大器和电压电流转换器，运算放大器通过电压电流转换器与激光器相连。电压电流转换器由MOSFET组成。扫描波信号发生器的输出信号为预设频率和预设幅度的锯齿波，正弦波信号发生器的输出为预设频率和预设幅度的正弦波。激光器选择可调谐激光器，可调谐激光器是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器。
优选的，本实施例公开的用于放射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统，还可以包括分别与激光器和激光器驱动控制器连接的温度控制器，用于对激光器的温度进行控制，维持激光器的正常工作温度。还可以包括数字接口和模拟接口，用于连接键盘、显示器和上位机。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于反射式激光酒驾检测的单光源激光驱动系统，其特征在于，包括：
激光器驱动控制器、扫描波信号发生器、正弦波信号发生器和信号调制器；
所述激光器驱动控制器通过信号传输线分别与所述扫描波信号发生器和所述正弦波信号发生器连接，用于分别控制所述扫描波信号发生器的输出信号的频率、幅度和/或相位，以及所述正弦波信号发生器的输出信号的频率、幅度和/或相位；
所述信号调制器的信号输入端通过信号传输线分别与所述扫描波信号发生器和所述正弦波信号发生器连接，用于分别接收所述扫描波信号发生器、所述正弦波信号发生器的输出信号，并对所述两个输出信号进行调制，生成三段复合扫描波；
所述信号调制器的信号输出端通过信号传输线连接一个激光器，用于将所述三段复合扫描波输出至所述激光器，作为所述激光器的驱动信号，所述三段复合扫描波包括上升电流段、下降电流段和恒定电流段；
所述上升电流段的电流随时间均匀增大，达到预设最大值后，所述下降电流段的电流随时间均匀减少，所述激光器在所述上升电流段和所述下降电流段驱动下的输出波长范围包括乙醇气体吸收的中心波长；
所述恒定电流段的电流恒定，所述激光器在所述恒定电流段驱动下输出波长处于乙醇气体的非吸收区。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光器为：可调谐激光器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光器驱动控制器包括：ARM芯片。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描波信号发生器包括：D/A芯片。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述正弦波信号发生器包括：DDS芯片。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号调制器包括运算放大器和电压电流转换器，所述运算放大器通过电压电流转换器与激光器相连。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电压电流转换器包括：MOSFET。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：分别与所述激光器和所述激光器驱动控制器连接的温度控制器，用于对所述激光器的温度进行控制。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：数字接口和模拟接口，用于连接键盘、显示器和上位机。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描波信号发生器的输出信号为预设频率和预设幅度的锯齿波，所述正弦波信号发生器的输出信号为预设频率和预设幅度的正弦波。
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