CN108519350A - 酒精浓度遥测装置 - Google Patents

酒精浓度遥测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108519350A
CN108519350A CN201810390162.9A CN201810390162A CN108519350A CN 108519350 A CN108519350 A CN 108519350A CN 201810390162 A CN201810390162 A CN 201810390162A CN 108519350 A CN108519350 A CN 108519350A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alcohol
alcohol concentration
detection
target detection
wavelength
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.)
Pending
Application number
CN201810390162.9A
Other languages
English (en)
Inventor
高慧
王辉
谢亮
张邦宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
University of Chinese Academy of Sciences
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
University of Chinese Academy of Sciences
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS, University of Chinese Academy of Sciences filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN201810390162.9A priority Critical patent/CN108519350A/zh
Publication of CN108519350A publication Critical patent/CN108519350A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本公开提供了一种酒精浓度遥测装置。在该酒精浓度遥测装置中，在控制模块的控制下，探测激光器发出的探测光束依次扫过三个目标检测波，由分束装置分为两束‑探测光束和参考光束：探测光束经由集光器、待测气体环境，在反射装置处被反射，重新经由待测气体环境后，由集光器反射至检测探测器处，由检测探测器进行光电转换，得到探测信号；参考光束被传输至参考探测器，由参考探测器进行光电转换，得到参考信号；数据处理模块，用于采集包括三个目标检测波长的探测信号和参考信号，计算待测气体环境中的酒精浓度。本公开消除了酒精和水汽的交叉吸收干扰，提高了酒精气体和水汽同步检测的精确度。

Description

酒精浓度遥测装置
技术领域
本公开涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种酒精浓度遥测装置。
背景技术
酒精气体浓度遥测对道路监管部门在道路执法过程中提高醉酒司机的捕获效率，降低道路交通安全隐患及监控进入禁酒工作场所的人员饮酒情况具有重要意义。目前，酒精浓度遥测主要通过光学吸收检测的方法来实现，常用的主要有傅里叶变换红外光谱法(Fourier Transform Infrared Spectrometry，简称FTIR)、差分吸收激光法(Differential Absorption Laser，简称DIAL)，可调谐半导体激光吸收光谱法(TunableDiode LaserAbsorption Spectroscopy，简称TDLAS)。然而在酒精浓度遥测的实际检测应用中，无法提前预知的环境因素如遥测距离，背景气体，如CO2，水汽等都将极大地影响光束在测试空间中的传输特性，从而对遥测结果的准确性和精确性产生不利影响。
为了消除背景环境因素的影响，提高酒精浓度遥测仪的准确性和精确性，传统的处理方式通常是采用背景信号扣除的方法来消除环境因素的影响。即通过测试待测空间的背景信号，在测试信号中消除气体交叉吸收干扰，及大气透射率变化等环境因素的干扰，但是该方法仅适用于固定的检测环境，无法适用于干扰成分浓度及探测距离快速变化的检测环境。
为进一步提高酒精浓度遥测仪的环境自适应性，以应对复杂多变的检测环境，可以通过设置多只激光器和多只探测器同时对测试空间中交叉吸收干扰气体进行检测，已及时修正实时酒精浓度检测结果，提高检测的准确性和精确性。但是该系统往往需要采用多只激光器和探测器，涉及到光学多维解调系统或复杂检测算法，往往实现成本较高。而且根据目前已有的报道，该系统采用的激光器波长间隔往往相对较大，不同波长在测试空间内的背景透射率随波长增加呈现非线性变化，随着检测距离的增加，不同波长间的透射率差异也会增大，因此会引入测量误差，甚至产生错误的检测结果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种酒精浓度遥测装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
本公开酒精浓度遥测装置，包括：光学系统部分、光电转换部分和控制处理部分；光学系统部分至少包括：探测激光器、分束装置、集光器、反射装置，其中，集光器和反射装置设置于待测气体环境的两侧；光电转换部分包括：检测探测器、参考探测器；控制处理部分包括：控制模块、数据处理模块；其中，在控制模块的控制下，探测激光器发出的探测光束依次扫过三个目标检测波长λ10，λ11和λ12，由分束装置分为两束-探测光束和参考光束：探测光束经由集光器、待测气体环境，在反射装置处被反射，重新经由待测气体环境后，由集光器反射至检测探测器处，由检测探测器进行光电转换，得到探测信号；参考光束被传输至参考探测器，由参考探测器进行光电转换，得到参考信号；数据处理模块，用于采集包括三个目标检测波长的探测信号曲线和参考信号曲线，计算待测气体环境中的酒精浓度；其中，λ10和λ11分别为对应于酒精和水汽的特征吸收峰波长的目标检测波长；λ12为对应于没有水汽吸收的酒精平坦吸收区的目标检测波长。
在本公开的一些实施例中，数据处理模块执行如下处理流程：
步骤A，通过不同的模数转换通道同时采集模拟形式的探测信号和参考信号，获得包含三个目标检测波长的参考信号曲线和探测信号曲线；
步骤B，将参考信号曲线与探测信号曲线相除，获得去除探测激光器出光功率变化影响的透射信号曲线；
步骤C，在透射信号曲线中分别找到λ10所在的位置P0；λ11所在的位置P1；根据P0，P1的值及λ10，λ11，λ12的波长获得λ12在透射信号曲线中的位置P2；
步骤D，对于三个目标检测波长中的每一个，由目标检测波长在透射信号曲线中的位置获取对应的参考信号强度和探测信号强度；
步骤E，由三个目标检测波长位置对应的参考信号强度和探测信号强度建立三元一次方程组，通过求解该三元一次方程组获得待测气体环境中的酒精浓度和水汽浓度。
在本公开的一些实施例中，控制模块通过周期性的改变电流控制信号的大小使探测激光器的出射波长在一个电流调制周期内分别扫过三个目标检测波长λ10，λ11和λ12；数据处理模块执行的处理流程中，步骤A中：参考信号曲线和探测信号曲线分别为施加在探测激光器的电流控制信号从低到高线性增加时，不同电流下参考探测器和检测探测器探测到的参考信号和探测信号组成的集合。
在本公开的一些实施例中，数据处理模块执行的处理流程中，步骤C按照以下公式获得λ12在透射信号曲线中的位置P2：
在本公开的一些实施例中，数据处理模块执行的处理流程中，步骤E中所建立的三元一次方程组为：
IT10＝T10·IR10·exp(-αw10CwL-αe10CeL)
IT11＝T11·IR11·exp(-αw11CwL-αe11CeL)
IT12＝T12·IR12·exp(-αw12CwL-αe12CeL)
其中，IR10和IT10分别为目标检测波长λ10处的参考信号强度和探测信号强度；IR11和IT11分别为目标检测波长λ11处的参考信号强度和探测信号强度；IR12和IT12分别为目标检测波长λ12处的参考信号强度和探测信号强度；
其中，αw10和αe10分别为目标检测波长λ10对应的水汽吸收系数和酒精吸收系数；αw11和αe11分别为目标检测波长λ11对应的水汽吸收系数和酒精吸收系数；αw12和αe12分别为目标检测波长λ12对应的水汽吸收系数和酒精吸收系数；
其中，T10，T11，T12分别为目标检测波长λ10，λ11，λ12的原始检测信号与对应参考信号的比值，T10＝T11＝T12；
Cw和Ce分别为待测光路上的水汽浓度和酒精气体浓度。
在本公开的一些实施例中，数据处理模块执行的处理流程在步骤E之后还包括：
步骤F，利用噪声等效酒精浓度和噪声等效水汽浓度作为修正因子，对测试得到的酒精浓度和水汽浓度进行修正。
其中，噪声等效酒精浓度和噪声等效水汽浓度为酒精浓度遥测装置在不经过待测气体环境下测试获得的。
在本公开的一些实施例中，光学系统部分中，分束装置，集光器、反射装置组成同轴探测光路结构。
在本公开的一些实施例中，光学系统部分中，探测激光器为单只可调谐ICL激光器，电流波长调谐范围覆盖λ10，λ11和λ12。
在本公开的一些实施例中，光学系统部分中：分束装置为楔角镀膜透镜组；和/或，集光器为抛物面镀膜反射镜；和/或，反射装置为镀膜反射镜。
在本公开的一些实施例中，光学系统部分还包括：光束整形装置，设置于探测激光器和分束装置之间，用于对探测激光器的输出光束进行整形处理后输出至分束装置。
在本公开的一些实施例中，分束装置为合束分束装置，光学系统部分还包括：指示激光器，设置于分束装置的前端，错过探测激光器与分束装置之间光路的位置，该指示激光器输出的目视可见的指示激光经由分束装置、集光器、待测气体环境，到达反射装置，用于指示探测激光的传输路径。
在本公开的一些实施例中，控制模块的两路温度控制信号输出端分别连接到参考探测器和检测探测器的温度控制输入端，用于输出控制信号使参考探测器和检测探测器工作在预设工作温度下。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开酒精浓度遥测装置至少具有以下有益效果其中之一或其中的一部分：
(1)通过分束装置和参考探测器对探测激光器出光功率进行实时监控，获得的参考信号曲线更准确，且无需考虑激光器出光功率曲线线型的影响，同时还可以消除激光器在长时间工作情况下功率抖动对检测结果的影响，提高酒精气体和水汽的同步检测精确度。
(2)采用多点检测方法，建立方程组分别求解光路中的水汽浓度及酒精浓度，可完全消除水汽和酒精气体交叉吸收的干扰，实现对光路中的酒精气体和水汽浓度的同步实时快速准确检测，保证基于该方案的酒精浓度遥测装置在不同空气湿度和不同遥测距离下检测结果的可靠性。
(3)选取的三个目标检测波长分别对应3.34um附近的酒精特征吸收峰、水汽特征吸收峰波长、没有水汽吸收的酒精平坦吸收区波长，相比其他的设置参考点的酒精浓度遥测方法，该方法中三个目标检测波长之间的波长间隔非常小，大气及玻璃透射率的差异非常小，测量结果更准确。
(4)仅采用一只中红外可调谐ICL激光器实现对酒精浓度和水汽浓度的同步检测，相比其他的中红外酒精浓度遥测方案，该方法所使用的有源光学器件更少，光学系统简化，成本更低。
(5)采用基于分束装置、集光器和反射装置的同轴式光路结构设计，减小了中红外空间光路调整的难度，更利于基于该方案的设备应用于实际监测领域。
(6)具有激光气体浓度检测方法的大部分优点：检测精度高，响应速度快，对检测环境无干扰。
附图说明
图1为根据本公开实施例酒精浓度遥测装置的结构示意图。
图2为本实施例酒精浓度遥测装置的三个目标检测波长选择示意图。
图3为本实施例酒精浓度遥测装置中数据处理模块获得待测气体环境中的酒精浓度和水汽浓度的流程图。
图4为图3所示流程图中步骤B由参考信号曲线与探测信号曲线获得透射信号曲线的示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
10-光学系统部分；
11-探测激光器； 12-光束整形装置； 13-合束分束装置；
14-指示激光器； 15-集光器； 16-反射装置；
20-光电转换部分；
21-检测探测器； 22-参考探测器； 23-信号放大电路；
24-信号滤波电路；
30-控制处理部分；
31-控制模块； 32-数据处理模块。
λ10-为对应于酒精特征吸收峰的目标检测波长；
λ11-为对应于水汽特征吸收峰的目标检测波长；
λ12-为对应于没有水汽吸收的酒精平坦吸收区的目标检测波长。
具体实施方式
本发明可以实现对光路中的酒精气体和水汽浓度的同步实时快速检测，在实际应用中消除空气中快速变化的水汽浓度对酒精浓度遥测的影响，提高酒精浓度遥测的距离自适应性和功率自适应性。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种酒精浓度遥测装置。图1为根据本公开实施例酒精浓度遥测装置的结构示意图。如图1所示，本实施例酒精浓度遥测装置包括：光学系统部分10、光电转换部分20和控制处理部分30。其中：
(1)光学系统部分10包括：探测激光器11、光束整形装置12、合束分束装置13、指示激光器14、集光器15、反射装置16；
其中，合束分束装置13、集光器15、反射装置16同轴设置，构成同轴探测光路结构。
(2)光电转换部分20包括：检测探测器21、参考探测器22、信号放大电路23、信号滤波电路24。
(3)控制处理部分30包括：控制模块31、数据处理模块32。
其中，在控制模块31的控制下，探测激光器11输出的探测光束波长随驱动电流而变化，在一个电流调制周期内依次扫过三个目标检测波长λ10，λ11和λ12，其中，λ10为3.34um附近酒精的特征吸收峰波长；λ11为3.34um附近水汽的特征吸收峰波长；λ12为3.34um附近没有水汽吸收的酒精平坦吸收区波长。
对于每一目标检测波长，输出光束经过光束整形装置12，在合束分束装置13处分为两束-探测光束和参考光束：
(1)探测光束经由集光器15、待测气体环境，在反射装置16处被反射，重新经由待测气体环境后，由集光器15反射至检测探测器21处；
检测探测器21对入射的探测光束进行光电转换，得到探测信号；信号放大电路23和信号滤波电路24对该探测信号进行放大和降噪处理。
(2)参考光束被传输至参考探测器22处；
由参考探测器22对参考光束进行光电转换，得到参考信号；信号放大电路23和信号滤波电路24对该探测信号进行放大和降噪处理。
数据处理模块32，用于基于包括三个目标检测波长的放大和降噪处理后的探测信号曲线和参考信号曲线，计算获得待测气体环境中的酒精浓度和水汽浓度。
此外，为了指示探测激光的传播路径，指示激光由指示激光器14发出，依次经由合束分束装置13、集光器15、待测气体环境，到达反射装置16。
本领域技术人员应当能够知晓，在可以保证探测光束传输方向的前提下，指示激光器14也可以省略。
合束分束装置13，集光器15和反射装置16组成同轴探测光路结构，可减小空间光路调整的难度。其中合束分束装置13为楔角镀膜透镜组，可减小光学元件多次反射产生的干涉影响；集光器15为抛物面镀膜反射镜；反射装置16为镀膜反射镜，可以使反射光束沿入射光路原路反射出去。
控制模块31用于实现对探测激光器11的控制，其产生温度控制信号和电流控制信号作用在探测激光器11上，通过周期性的改变电流控制信号的大小使探测激光器11的出射波长在一个电流调制周期内分别扫过如图2所示的三个目标检测波长λ10，λ11和λ12。
具体在本实施例中，探测激光器11为单只可调谐ICL激光器(Inter-band CascadeLaser，带间级联激光器)，在控制模块31的作用下，探测激光器11在一个电流调制周期内扫过的三个目标检测波长分别为3.34um附近酒精特征吸收峰波长λ10，3.34um附近水汽特征吸收峰波长λ11以及3.34um附近没有水汽吸收的酒精平坦吸收区波长λ12。
探测激光器11的光束输出端对应光束整形装置12的输入端，光束整形装置12的输出端对应合束分束装置13的一路输入端，合束分束装置13的另一路输入端对应指示激光器14的输出端。合束分束装置13的一路输出端连接到参考探测器22，对探测激光器11的输出光功率进行监测；另一路输出端的输出光束穿过集光器15上的透射孔指向待测气体环境。其中该输出光束包含探测光束和指示光束，探测光束用于获取待测气体环境中的水汽浓度和酒精浓度信息，指示光束为可见光，用于指示探测光束的传播路径。
其中，集光器15，反射装置16，检测探测器21组成光学信号回收检测系统，将收集到的探测光束信号转换为电流信号。
控制模块31的两路温度控制信号输出端分别连接到参考探测器22和检测探测器21的温度控制输入端，用于输出控制信号使参考探测器22和检测探测器21工作在预设工作温度下。
参考探测器22和检测探测器21的电流信号输出端分别连接到光电转换模块的两路信号输入端，分别经过信号放大电路23，信号滤波电路24处理产生参考光路模拟信号和探测光路模拟信号。该参考光路模拟信号和探测光路模拟信号被输入至数据处理模块32。
数据处理模块32，用于通过不同的模数转换通道同时采集参考光路模拟信号和探测光路模拟信号，获得参考信号曲线和探测信号曲线，采用多点检测方法，建立方程组，求解获得待测气体环境中的酒精浓度和水汽浓度。
图3为本实施例酒精浓度遥测装置中数据处理模块获得待测气体环境中的酒精浓度和水汽浓度的流程图。如图3所示，数据处理模块执行的流程包括：
步骤A，通过不同的模数转换通道同时采集模拟形式的探测信号和参考信号，获得包含三个目标检测波长的参考信号曲线和探测信号曲线，其中：
(1)参考信号曲线为探测激光器11的驱动电流在控制模块31的控制作用从低到高线性扫过时，参考探测器22探测到的参考信号曲线经过放大、滤波、A/D采集并进行平均去噪处理后得到的一组离散数字信号。
(2)探测信号曲线为探测激光器11的驱动电流在控制模块31的控制作用从低到高线性扫过时，检测探测器21探测到的信号曲线经过放大、滤波、A/D采集并进行平均去噪处理后得到的一组离散数字信号。
参考信号曲线和探测信号曲线中分别包含了三个目标检测波长处的参考信号和探测信号大小。
步骤B，将参考信号曲线与探测信号曲线相除，获得去除探测激光器出光功率变化影响的透射信号曲线，如图4所示。
步骤C，按照分段寻峰的方法，在透射信号曲线中分别找到λ10所在的位置P0；λ11所在的位置P1，如图4所示；根据P0，P1的值及λ10，λ11，λ12的波长获得λ12在透射信号曲线中的位置P2。
如图2所示，根据酒精透射谱及水汽透射谱可知λ10，λ11，λ12的波长，由此可获得λ12在透射信号曲线中的位置为：
步骤D，对于三个目标检测波长中的每一个，由目标检测波长在透射信号曲线中的位置获取对应的参考信号强度和探测信号强度；
本实施例中：
IR10和IT10分别为目标检测波长λ10处的参考信号强度和探测信号强度；
IR11和IT11分别为目标检测波长λ11处的参考信号强度和探测信号强度；
IR12和IT12分别为目标检测波长λ12处的参考信号强度和探测信号强度；
步骤E，采用多点检测方法，由三个目标检测波长的参考信号强度和探测信号强度建立三元一次方程组，通过求解该三元一次方程组获得待测气体环境中的酒精浓度和水汽浓度；
本实施例中多点检测方法利用三个目标检测波长处的吸收信号的大小，根据Beer-Lambert定律，建立三元一次方程组，通过求解该方程组，可分别获得待测气体环境中的酒精浓度和水汽浓度信息，同时消除探测光路中光功率损耗变化的影响。
根据Beer-Lambert定律建立的三元一次方程组如下所示：
IT10＝T10·IR10·exp(-αw10CwL-αe10CeL)
IT11＝T11·IR11·exp(-αw11CwL-αellCeL)
IT12＝T12·IR12·exp(-αw12CwL-αe12CeL)
其中，αw10和αe10分别为目标检测波长λ10对应的水汽吸收系数和酒精吸收系数；αw11和αe11分别为目标检测波长λ11对应的水汽吸收系数和酒精吸收系数；αw12和αe12分别为目标检测波长λ12对应的水汽吸收系数和酒精吸收系数；T10，T11，T12分别为目标检测波长λ10，λ11，λ12对应的原始检测信号与参考信号的比值，由于三个目标检测波长之间波长间距非常小，大气透射差异非常小，因此可近似认为T10＝T11＝T12；Cw和Ce分别为待测光路上的水汽浓度和酒精气体浓度。通过求解该方程组就可同时反演得到待测光路中的水汽浓度Cw和酒精气体浓度Ce。
步骤F，利用噪声等效酒精浓度和噪声等效水汽浓度作为修正因子，对测试得到的酒精浓度和水汽浓度进行修正。
其中，所述噪声等效酒精浓度和噪声等效水汽浓度为酒精浓度遥测装置在不经过待测气体环境下测试获得的。
若由于系统光学元器件差异，导致无目标气体吸收的原始检测信号与对应参考信号的比值分别在三个目标检测波长处的差异不能忽略，该噪声等效酒精浓度和噪声等效水汽浓度可用于对实际的检测结果进行补偿修正，保证水汽和酒精气体检测的准确性。
此外，本公开还可以应用于遥测人体呼出气体中酒精浓度。当人体呼出气中含有酒精气体时，呼出气进入待测气体环境后，酒精浓度会被稀释。由于人体每次呼气排放出的水汽浓度是一定的，因此可以根据水汽浓度的变化来计算呼出气体的稀释比例。
也就是说，数据处理模块32将同时检测到酒精气体和水汽的测试结果与保存在存储区域的前一次测试周期获得的没有酒精气体的检测结果进行对比，通过两次检测水汽浓度的变化以及人体呼出气体中的水汽浓度，可以计算呼出气体在空气中的稀释比例，反演得到人体呼出气体中的酒精浓度，判断个体的饮酒情况。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开酒精浓度遥测装置有了清楚的认识。
综上所述，本公开基于单只ICL激光器同时实现水汽和酒精气体浓度的遥测，仅采用单只中红外可调谐ICL激光器，通过设计的同轴式光路系统结构，实现对酒精浓度和水汽浓度的同步检测。通过控制探测激光器的驱动电流，使探测激光器的中心波长分别扫过波长间隔非常小的三个目标检测波长，减小大气环境下不同波长光波透射率差异的影响，获得包含水汽浓度和酒精浓度信息的信号曲线；采用合束分束装置和参考探测器设置参考光路，对激光器出光功率进行实时监控，获得准确的参考信号曲线；根据探测信号曲线和参考信号曲线，建立求解多点检测方程组，消除水汽和酒精气体交叉吸收的干扰以及探测光路中探测激光器功率变化的影响，得到遥测光路中的水汽浓度和酒精浓度。即本方案提供了一种基于单只ICL激光的水汽、酒精浓度遥测的新技术方案，具有较好的推广应用前景。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。此外，可以理解的是，本文各实施例的流程仅示出与对本公开的理解有关的步骤，且可以理解的是，可以在所示步骤之前、之后及之间执行用于完成其它功能的许多附加步骤。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的启示一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本公开也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本公开的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本公开的最佳实施方式。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种酒精浓度遥测装置，包括：光学系统部分、光电转换部分和控制处理部分；
光学系统部分至少包括：探测激光器、分束装置、集光器、反射装置，其中，集光器和反射装置设置于待测气体环境的两侧；
光电转换部分包括：检测探测器、参考探测器；
控制处理部分包括：控制模块、数据处理模块；
其中，在控制模块的控制下，探测激光器发出的探测光束依次扫过三个目标检测波长λ10，λ11和λ12，由分束装置分为两束-探测光束和参考光束：
探测光束经由集光器、待测气体环境，在反射装置处被反射，重新经由待测气体环境后，由集光器反射至检测探测器处，由检测探测器进行光电转换，得到探测信号；
参考光束被传输至参考探测器，由参考探测器进行光电转换，得到参考信号；
所述数据处理模块，用于采集包括三个目标检测波长的探测信号和参考信号，计算待测气体环境中的酒精浓度；
其中，λ10和λ11分别为对应于酒精和水汽的特征吸收峰波长的目标检测波长；λ12为对应于没有水汽吸收的酒精平坦吸收区的目标检测波长。
2.根据权利要求1所述的酒精浓度遥测装置，其中，所述数据处理模块执行如下处理流程：
步骤A，通过不同的模数转换通道同时采集模拟形式的探测信号和参考信号，获得包含三个目标检测波长的参考信号曲线和探测信号曲线；
步骤B，将参考信号曲线与探测信号曲线相除，获得去除探测激光器出光功率变化影响的透射信号曲线；
步骤C，在透射信号曲线中分别找到λ10所在的位置P0；λ11所在的位置P1；根据P0，P1的值及λ10，λ11，λ12的波长获得λ12在透射信号曲线中的位置P2；
步骤D，对于三个目标检测波长中的每一个，由目标检测波长在透射信号曲线中的位置获取对应的参考信号强度和探测信号强度；
步骤E，由三个目标检测波长位置对应的参考信号强度和探测信号强度建立三元一次方程组，通过求解该三元一次方程组获得待测气体环境中的酒精浓度和水汽浓度。
3.根据权利要求2所述的酒精浓度遥测装置，其中：
所述控制模块通过周期性的改变电流控制信号的大小使探测激光器的出射波长在一个电流调制周期内分别扫过三个目标检测波长λ10，λ11和λ12；
所述数据处理模块执行的处理流程中，所述步骤A中：所述参考信号曲线和探测信号曲线分别为施加在探测激光器的电流控制信号从低到高线性增加时，不同电流下参考探测器和检测探测器探测到的参考信号和探测信号组成的集合。
4.根据权利要求2所述的酒精浓度遥测装置，其中，所述数据处理模块执行的处理流程中，所述步骤C按照以下公式获得λ12在透射信号曲线中的位置P2：
5.根据权利要求2所述的酒精浓度遥测装置，其中，所述数据处理模块执行的处理流程中，所述步骤E中所建立的三元一次方程组为：
IT10＝T10·IR10·exp(-αw10CwL-αe10CeL)
IT11＝T11·IR11·exp(-αw11CwL-αe11CeL)
IT12＝T12·IR12·exp(-αw12CwL-αe12CeL)
其中，IR10和IT10分别为目标检测波长λ10处的参考信号强度和探测信号强度；IR11和IT11分别为目标检测波长λ11处的参考信号强度和探测信号强度；IR12和IT12分别为目标检测波长λ12处的参考信号强度和探测信号强度；
其中，αw10和αe10分别为目标检测波长λ10对应的水汽吸收系数和酒精吸收系数；αw11和αe11分别为目标检测波长λ11对应的水汽吸收系数和酒精吸收系数；αw12和αe12分别为目标检测波长λ12对应的水汽吸收系数和酒精吸收系数；
其中，T10，T11，T12分别为目标检测波长λ10，λ11，λ12的原始检测信号与对应参考信号的比值，T10＝T11＝T12；
Cw和Ce分别为待测光路上的水汽浓度和酒精气体浓度。
6.根据权利要求2所述的酒精浓度遥测装置，所述数据处理模块执行的处理流程在步骤E之后还包括：
步骤F，利用噪声等效酒精浓度和噪声等效水汽浓度作为修正因子，对测试得到的酒精浓度和水汽浓度进行修正。
其中，所述噪声等效酒精浓度和噪声等效水汽浓度为酒精浓度遥测装置在不经过待测气体环境下测试获得的。
7.根据权利要求1所述的酒精浓度遥测装置，其中，所述光学系统部分中，所述分束装置，集光器、反射装置组成同轴探测光路结构。
8.根据权利要求1所述的酒精浓度遥测装置，其中，所述光学系统部分中，所述探测激光器为单只可调谐ICL激光器，电流波长调谐范围覆盖λ10，λ11和λ12。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的酒精浓度遥测装置，所述光学系统部分中：
所述分束装置为楔角镀膜透镜组；
和/或，所述集光器为抛物面镀膜反射镜；
和/或，所述反射装置为镀膜反射镜。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的酒精浓度遥测装置，其中：
所述光学系统部分还包括：光束整形装置，设置于所述探测激光器和分束装置之间，用于对探测激光器的输出光束进行整形处理后输出至所述分束装置；
和/或，所述分束装置为合束分束装置，所述光学系统部分还包括：指示激光器，设置于所述分束装置的前端，错过所述探测激光器与分束装置之间光路的位置，该指示激光器输出的目视可见的指示激光经由分束装置、集光器、待测气体环境，到达反射装置，用于指示探测激光的传输路径；
和/或，所述控制模块的两路温度控制信号输出端分别连接到参考探测器和检测探测器的温度控制输入端，用于输出控制信号使参考探测器和检测探测器工作在预设工作温度下。
CN201810390162.9A 2018-04-26 2018-04-26 酒精浓度遥测装置 Pending CN108519350A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810390162.9A CN108519350A (zh) 2018-04-26 2018-04-26 酒精浓度遥测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810390162.9A CN108519350A (zh) 2018-04-26 2018-04-26 酒精浓度遥测装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108519350A true CN108519350A (zh) 2018-09-11

Family

ID=63429233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810390162.9A Pending CN108519350A (zh) 2018-04-26 2018-04-26 酒精浓度遥测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108519350A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109001204A (zh) * 2018-10-08 2018-12-14 吉林省圣宜达科技有限公司 一种酒精检测仪
CN110554002A (zh) * 2019-09-30 2019-12-10 大连艾科科技开发有限公司 硫化氢浓度检测模块、硫化氢浓度遥测仪及应用
CN110567912A (zh) * 2019-09-30 2019-12-13 大连艾科科技开发有限公司 一氧化碳浓度检测模块、一氧化碳浓度遥测仪及应用
CN112763434A (zh) * 2019-10-21 2021-05-07 合肥新标智能设备有限公司 一种酒精浓度测量仪
CN113758898A (zh) * 2020-06-05 2021-12-07 清华大学 酒驾检测方法及系统
CN113916802A (zh) * 2021-09-30 2022-01-11 深圳市诺安环境安全股份有限公司 一种自动校准开路式激光气体探测装置及实现方法

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001050933A (ja) * 1999-08-06 2001-02-23 Tokyo Yogyo Co Ltd 水素水蒸気センサ
CN1305098A (zh) * 2000-12-29 2001-07-25 山西大学 用于气体检测的低频电压调制光谱的方法和装置
US20090164141A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Chi Mei Communication Systems, Inc. Multifunctional portable electronic device
CN101936896A (zh) * 2010-07-30 2011-01-05 合肥联合立体交通科技有限公司 一种乙醇气体浓度激光遥测装置
CN201803948U (zh) * 2010-07-30 2011-04-20 安徽联合安全科技有限公司 一种乙醇气体浓度激光遥测装置
JP2011231637A (ja) * 2010-04-26 2011-11-17 Nippon Soken Inc アルコール濃度推定装置および内燃機関の燃料噴射制御装置
CN102252964A (zh) * 2011-06-30 2011-11-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种酒驾遥感快速激光自动预检装置
CN103323422A (zh) * 2013-05-22 2013-09-25 天津大学 基于光子晶体光纤的混合气体浓度检测方法与装置
EP2762867A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-06 Sensirion Holding AG Gas sensor with temperature control
WO2015038217A1 (en) * 2013-09-12 2015-03-19 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Fiber optic gas monitoring system
CN104596987A (zh) * 2015-02-03 2015-05-06 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于中红外光谱的长光程开放光路结合波长调制技术的痕量气体探测方法和装置
KR101550356B1 (ko) * 2015-02-16 2015-09-07 고려대학교 산학협력단 팔라듐이 첨가된 산화코발트 나노구조체를 이용한 메틸벤젠 가스센서 및 그 제조 방법
CN105699296A (zh) * 2016-02-04 2016-06-22 杭州巨之灵科技有限公司 一种酒精检测仪及其检测方法
CN105717063A (zh) * 2016-02-04 2016-06-29 杭州巨之灵科技有限公司 一种基于红外光谱分析的酒精检测器及方法
CN106198436A (zh) * 2016-08-18 2016-12-07 深圳市大帝酒检信息系统有限公司 一种呼气酒精红外探测系统及方法
CN106483098A (zh) * 2016-10-13 2017-03-08 中国科学院半导体研究所 基于可调谐激光器的酒精气体浓度遥测方法
EP3144669A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-22 IDT Europe GmbH A single gas sensor for sensing different gases and a method using the gas sensor
JP2018025452A (ja) * 2016-08-09 2018-02-15 光明理化学工業株式会社 アルコールセンサ

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001050933A (ja) * 1999-08-06 2001-02-23 Tokyo Yogyo Co Ltd 水素水蒸気センサ
CN1305098A (zh) * 2000-12-29 2001-07-25 山西大学 用于气体检测的低频电压调制光谱的方法和装置
US20090164141A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Chi Mei Communication Systems, Inc. Multifunctional portable electronic device
JP2011231637A (ja) * 2010-04-26 2011-11-17 Nippon Soken Inc アルコール濃度推定装置および内燃機関の燃料噴射制御装置
CN101936896A (zh) * 2010-07-30 2011-01-05 合肥联合立体交通科技有限公司 一种乙醇气体浓度激光遥测装置
CN201803948U (zh) * 2010-07-30 2011-04-20 安徽联合安全科技有限公司 一种乙醇气体浓度激光遥测装置
CN102252964A (zh) * 2011-06-30 2011-11-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种酒驾遥感快速激光自动预检装置
EP2762867A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-06 Sensirion Holding AG Gas sensor with temperature control
CN103323422A (zh) * 2013-05-22 2013-09-25 天津大学 基于光子晶体光纤的混合气体浓度检测方法与装置
WO2015038217A1 (en) * 2013-09-12 2015-03-19 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Fiber optic gas monitoring system
CN104596987A (zh) * 2015-02-03 2015-05-06 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于中红外光谱的长光程开放光路结合波长调制技术的痕量气体探测方法和装置
KR101550356B1 (ko) * 2015-02-16 2015-09-07 고려대학교 산학협력단 팔라듐이 첨가된 산화코발트 나노구조체를 이용한 메틸벤젠 가스센서 및 그 제조 방법
EP3144669A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-22 IDT Europe GmbH A single gas sensor for sensing different gases and a method using the gas sensor
CN105699296A (zh) * 2016-02-04 2016-06-22 杭州巨之灵科技有限公司 一种酒精检测仪及其检测方法
CN105717063A (zh) * 2016-02-04 2016-06-29 杭州巨之灵科技有限公司 一种基于红外光谱分析的酒精检测器及方法
JP2018025452A (ja) * 2016-08-09 2018-02-15 光明理化学工業株式会社 アルコールセンサ
CN106198436A (zh) * 2016-08-18 2016-12-07 深圳市大帝酒检信息系统有限公司 一种呼气酒精红外探测系统及方法
CN106483098A (zh) * 2016-10-13 2017-03-08 中国科学院半导体研究所 基于可调谐激光器的酒精气体浓度遥测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P. VARANASI: "Measurement of Absorption Characteristics of Water Vapor Near Saturation", 《SESSION PAPERS》 *
WEI WEI.ET: "Water vapor concentration measurements using TDALS with wavelength modulation spectroscopy at varying pressures", 《SENSOR REVIEW》 *
赖思良等: "基于近红外波段激光光谱吸收的丙烷探测研究", 《激光技术》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109001204A (zh) * 2018-10-08 2018-12-14 吉林省圣宜达科技有限公司 一种酒精检测仪
CN110554002A (zh) * 2019-09-30 2019-12-10 大连艾科科技开发有限公司 硫化氢浓度检测模块、硫化氢浓度遥测仪及应用
CN110567912A (zh) * 2019-09-30 2019-12-13 大连艾科科技开发有限公司 一氧化碳浓度检测模块、一氧化碳浓度遥测仪及应用
CN112763434A (zh) * 2019-10-21 2021-05-07 合肥新标智能设备有限公司 一种酒精浓度测量仪
CN113758898A (zh) * 2020-06-05 2021-12-07 清华大学 酒驾检测方法及系统
CN113758898B (zh) * 2020-06-05 2022-09-06 清华大学 酒驾检测方法及系统
CN113916802A (zh) * 2021-09-30 2022-01-11 深圳市诺安环境安全股份有限公司 一种自动校准开路式激光气体探测装置及实现方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108519350A (zh) 酒精浓度遥测装置
CN105300912B (zh) 基于吸收光谱遥感技术的多种危险气体监测系统
US9927356B2 (en) Systems and methods for detecting gases, airborne compounds, and other particulates
CN104280362B (zh) 一种高温水汽激光光谱在线检测系统
Comerón et al. Faint members of the Chamaeleon I cloud
CN111707634A (zh) 基于中红外吸收光谱的多通道气体浓度检测系统及方法
CN106018339B (zh) 自适应反射式红外激光工业危险泄漏气体监测装置
EP3751255B1 (en) Gas detection using differential path length measurement
EP3446100B1 (en) Laser detection system and method
CN110045391A (zh) 一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统
CN105954229A (zh) 基于步进扫描积分吸收法的烷烃类气体检测系统及方法
CN103767682A (zh) 太赫兹光谱成像系统和方法
CN109270027A (zh) 一种基于正弦调制时域拟合的气体吸收率在线测量方法
CN107219190A (zh) 一种基于三角波调制的免标定气体参数测量方法
CN107389560A (zh) 多波段全光纤高光谱分辨率整层大气透过率同时测量装置及测量方法
CN206114895U (zh) 一种激光雷达光学接收装置
CN207571026U (zh) 一种基于tdlas的多种气体遥测系统
Cava et al. SHARDS: A Global View of the Star Formation Activity at z∼ 0.84 and z∼ 1.23
CN106054158A (zh) 一种探测拉曼激光雷达光路系统
CN205538639U (zh) 一种气体分析仪气室装置
CN106323901A (zh) 基于mdtd的气体泄漏红外成像检测系统性能评价方法
CN106483098A (zh) 基于可调谐激光器的酒精气体浓度遥测方法
SE1950781A1 (en) Multi wavelength breath analyzing system and method
US8445850B2 (en) Optical remote sensing of fugitive releases
CN205785524U (zh) 一种基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180911

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication