CN205139006U - 一种基于激光光谱吸收检测的露点测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于激光光谱吸收检测的露点测量装置，包括温度控制器、DFB激光器、光分路器、被测气体吸收池、水气参考池、光电探测器、模数转换器以及单片机；温度控制器与DFB激光器相连接，DFB激光器与光分路器通过光路连接，光分路器将DFB激光器发射的激光分为两部分，其中一部分激光经过被测气体吸收池后进入对应的光电探测器，另一部分激光经过水气参考池后进入对应的光电探测器，光电探测器、模数转换器以及单片机依次相连接。本实用新型采用激光光谱吸收检测的方式进行露点测量表征气体干燥度，不受环境温度的影响，能够快速连续进行监控，同时也解决了传统测量方式中材料老化导致的漂移以及测量缓慢的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体露点测量领域，具体涉及一种基于激光光谱吸收检测的露点测量装置。
背景技术
相对湿度％RH和露点DP都是常用的衡量湿度的单位，根据实际运用的不同，工程师们会使用不同的单位。其中，相对湿度和环境温度有关，所以提到相对湿度，必须同时指明环境温度，否则是没有意义的；气体露点是和环境温度没有关系的。同一露点值，在不同的环境温度条件下，对应于不同的相对湿度。所以，在等压条件下，某一给定气体的露点值是唯一的，而其它相对湿度则根据环境温度的变化而有很多值。
湿度的测量方法有很多，不同的测量方法，侧重于不同的湿度单位，当然也可以计算成其它的湿度单位。电容式湿度传感器直接测量的是相对湿度和环境温度，可以计算出露点值，该种方式属于间接测量气体露点值；阻抗式湿度传感器和冷镜式露点仪都是直接测量露点值，通过环境温度可以计算出相对湿度，这两种方式测量露点值均与环境温度有关。对于低湿度的测量，常见的湿度测量仪不能精确的反应出微小的湿度变化，而露点测量可以非常精确的反应出微小的湿度变化，因此对于低湿度的情况，使用露点单位更加精确合理。常见的露点测量方法，包括吸湿性材料和阻抗、电介法露点测量，都有精度不高的问题，最高的露点测量分辨率受到材料的限制，最高只达到±3℃的精度，同时由于湿敏材料随着使用时间的增加，会逐渐老化，其吸湿性能和本身的电导率或介电常数都会缓慢的漂移，导致测量结果的漂移，需要不定期对设备进行校准。
冷镜式露点仪可以通过连续改变温度，直接对凝露过程进行测量，精度可以达到±0.5℃，但由于改变温度速度缓慢，全量程需要有超过100℃的温度控制范围，无法实现快速的连续监控。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种激光光谱吸收检测的露点测量装置，适用于各种环境下室内外气体露点测量，表征气体干燥程度。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
本实用新型提供了一种基于激光光谱吸收检测的露点测量装置，包括温度控制器、DFB(DistributedFeedbackLaser，分布式反馈激光器)激光器、光分路器、被测气体吸收池、水气参考池、分别与被测气体吸收池和水气参考池对应的光电探测器、模数转换器以及单片机；
所述温度控制器与所述DFB激光器相连接，以控制所述DFB激光器的工作温度，所述DFB激光器与所述光分路器通过光路连接，所述光分路器将所述DFB激光器发射的激光分为两部分，其中一部分激光经过被测气体吸收池后进入对应的光电探测器，另一部分激光经过水气参考池后进入对应的光电探测器，所述光电探测器将接收的对应的光信号转换为模拟形式的电信号，并输出至相连接的模数转换器，所述模数转换器将模拟形式的电信号转换为数字形式的电信号，并输出至单片机。
本实用新型的有益效果为：采用激光光谱吸收检测的方式进行气体露点测量表征气体干燥度，不受环境温度的影响，能够快速连续进行监控，同时也解决了传统测量方式中材料老化导致的漂移以及测量缓慢的问题。
在上述技术方案的基础上，还可以进行如下改进。
进一步的，所述DFB发射的激光波长为1.37um。
所述进一步的有益效果为：采用DFB激光器线宽较窄，具有非常好的单色性以及较高的边模抑制比，发射的激光波长为1.37um，该波长的激光具有很强的水气吸收光谱谱线，可实现高精度的露点测量。
进一步的，所述光分路器为单模光纤分路器，所述光分路器的功率分配比为50％，规格为1.3um单窗口。
进一步的，所述水气参考池采用全密封结构。
所述进一步的有益效果为：水气参考池内部的水气体积比浓度作为参考值，将其全密封可保证内部的水气体积比浓度保持固定不变。
进一步的，所述被测气体吸收池采用开放式结构。
进一步的，所述模数转换器采用AD8327芯片。
进一步的，所述单片机采用STM32F103VC芯片。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种激光光谱吸收检测的露点测量装置示意图。
附图中，各部件的标号如下。
1、温度控制器，2、DFB激光器，3、光分路器，4、被测气体吸收池，5、水气参考池，6、光电探测器，7、模数转换器，8、单片机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
实施例、一种激光光谱吸收检测的露点测量装置。以下结合图1对本实施例提供的露点测量装置进行说明。
参见图1，本实施例提供的露点测量装置包括温度控制器1、DFB激光器2、光分路器3、被测气体吸收池4、水气参考池5、分别与被测气体吸收池4和水气参考池5对应的光电探测器6、模数转换器7以及单片机8；所述温度控制器1与所述DFB激光器2相连接，以控制所述DFB激光器2的工作温度，所述DFB激光器2与所述光分路器3通过光路连接，所述光分路器3将所述DFB激光器2发射的激光分为两部分，其中一部分激光经过被测气体吸收池4后进入对应的光电探测器6，另一部分激光经过水气参考池5后进入对应的光电探测器6，所述光电探测器6将接收的对应的光信号转换为模拟形式的电信号，并输出至相连接的模数转换器7，所述模数转换器7将模拟形式的电信号转换为数字形式的电信号，并输出至单片机8。
其中，所述DFB激光器2发射的激光波长为1.37um。所述光分路器3为单模光纤分路器，所述光分路器3的功率分配比为50％，规格为1.3um单窗口。所述水气参考池5采用全密封结构，所述被测气体吸收池4采用开放式结构。在本实施例中，所述模数转换器7采用AD8327芯片，所述单片机8采用STM32F103VC芯片，当然并不限于这些型号。
采用本实用新型提供的露点测量装置的具体工作过程为：采用DFB激光器2发射1.37um的激光，温度控制器1控制DFB激光器的工作温度，避免DFB激光器2工作温度过高烧毁，DFB激光器2发射的激光经过光分路器3分成两部分，其中一部分激光经过被测气体吸收池4吸收后进入对应的光电探测器6，光线从被测气体吸收池4的一端进入，从另一端输出，部分激光能量被吸收池内的气体吸收，其中的水气体积比浓度决定了吸收的强弱，水气体积比浓度越大，吸收越强，因此输出的光信号能够表征气体浓度信息。另一部分激光经过水气参考池5吸收后进入对应的光电探测器6，水气参考池5内部的水气体积比浓度是固定不变的，作为激光器输出光信号被水气吸收程度的参考值。
两个光电探测器6分别将接收到的两路光信号转换成两路电信号，该两路电信号为模拟形式的电信号，两个光电探测器6将对应的两路模拟形式的电信号经过模数转换器7转换后形成两路数字形式的电信号，并将两路数字形式的电信号传输至单片机8，单片机8将两路输出的电信号进行简单的比例计算，将计算结果输出至外部装置。根据两路电信号的比例以及水气参考池5中的水气体积比浓度值，可知道被测气体吸收池4内的水气体积比浓度值，而水气体积比浓度值与气体露点值具有一一对应的关系，即可知道被测气体吸收池4的露点值。
本实用新型提供的一种激光光谱吸收检测的露点测量装置，采用激光光谱吸收检测的方式对气体中水分子体积比含量进行测量，从而实现了气体露点快速准确的测量，不受环境温度的影响，代替了使用相对湿度对露点进行描述，解决了相对湿度与环境温度之间的相关性带来的影响，能够快速连续进行监控，同时也解决了传统测量方式中材料老化导致的漂移以及测量缓慢的问题，为生产制造业以及科研机构对气体干燥度的有效监控提供了有效手段和安全保障。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于激光光谱吸收检测的露点测量装置，其特征在于，包括温度控制器、DFB激光器、光分路器、被测气体吸收池、水气参考池、分别与被测气体吸收池和水气参考池对应的光电探测器、模数转换器以及单片机；
所述温度控制器与所述DFB激光器相连接，以控制所述DFB激光器的工作温度，所述DFB激光器与所述光分路器通过光路连接，所述光分路器将所述DFB激光器发射的激光分为两部分，其中一部分激光经过被测气体吸收池后进入对应的光电探测器，另一部分激光经过水气参考池后进入对应的光电探测器，所述光电探测器将接收的对应的光信号转换为模拟形式的电信号，并输出至相连接的模数转换器，所述模数转换器将模拟形式的电信号转换为数字形式的电信号，并输出至相连接的单片机。
2.如权利要求1所述的基于激光光谱吸收检测的露点测量装置，其特征在于，所述DFB发射的激光波长为1.37um。
3.如权利要求1所述的基于激光光谱吸收检测的露点测量装置，其特征在于，所述光分路器为单模光纤分路器，所述光分路器的功率分配比为50％，规格为1.3um单窗口。
4.如权利要求1所述的基于激光光谱吸收检测的露点测量装置，其特征在于，所述水气参考池采用全密封结构。
5.如权利要求1所述的基于激光光谱吸收检测的露点测量装置，其特征在于，所述被测气体吸收池采用开放式结构。
6.如权利要求1所述的基于激光光谱吸收检测的露点测量装置，其特征在于，所述模数转换器采用AD8327芯片。
7.如权利要求1所述的基于激光光谱吸收检测的露点测量装置，其特征在于，所述单片机采用STM32F103VC芯片。
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- 2015-12-07 CN CN201521008459.2U patent/CN205139006U/zh not_active Expired - Fee Related
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