CN209911225U - 一种co和co2痕量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种CO和CO2痕量检测装置，驱动器与半导体激光器控制器的输入端连接，半导体激光器控制器是输出端分别于第一半导体激光器的输入端以及第二半导体激光器的输入端连接，第一半导体激光器的输出端以及第二半导体激光器的输出端分别与光纤耦合器的输入端连接，光纤耦合器的输出端与光放大器的输入端连接，光放大器输出端与光声池的样品池相对，样品池与声传感器的输入端连接，声传感器的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与锁相放大器的输入端连接，锁相放大器的输出端与驱动器连接，有效解决检测CO和CO2浓度的装置灵敏度不高，且成本较高的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及检测领域，尤其涉及一种CO和CO2痕量检测装置。
背景技术
CO和CO2气体能够有效反映电力变压器绝缘材料的过热及老化过程，通过对 CO和CO2气体的检测，可以预测油纸绝缘的变压器内部潜伏性故障及发展，实现早期诊断。另外在火灾初期，CO和CO2气体可以作为特征气体来判断是否有可燃物燃烧，进而实现火灾预警。
常用CO和CO2痕量检测方法可分为电化学法和TDLAS等。电化学方法测量灵敏度高，线性好，但是其选择性差，寿命短，环境适应性不好。TDLAS即可调谐二极管激光吸收光谱技术，利用半导体激光器的窄线宽和波长调谐特性，通过改变温度和电流来改变激光器输出波长，扫描待测气体吸收峰，通过分析气体对光的吸收来确定气体浓度。但是TDLAS技术要实现CO和CO2的痕量检测需要长光程的吸收池，中红外波段的激光器和光电探测器，环境适应性一般，成本过高，然而基于近红外激光器光声光谱CO和CO2的检测灵敏度不高，CO和CO2痕量检测装置仍有改进空间。
发明内容
本实用新型实施例的目的是提供一种CO和CO2痕量检测装置，能有效解决检测CO和CO2浓度的装置灵敏度不高，且成本较高的问题。
为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种CO和CO2痕量检测装置，包括：用于检测CO的浓度的第一半导体激光器、用于检测CO2的浓度的第二半导体激光器、半导体激光器控制器、光声池、光放大器、光纤耦合器、驱动器、声传感器、数据采集卡以及锁相放大器，所述驱动器与半导体激光器控制器的输入端连接，所述半导体激光器控制器是输出端分别于第一半导体激光器的输入端以及第二半导体激光器的输入端连接，所述第一半导体激光器的输出端以及第二半导体激光器的输出端分别与光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的输出端与光放大器的输入端连接，所述光放大器输出端与光声池的样品池相对，所述样品池与声传感器的输入端连接，所述声传感器的输出端与数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与锁相放大器的输入端连接，所述锁相放大器的输出端与驱动器连接。
进一步地，所述光放大器的输出端与光纤准直器的输入端连接，所述光纤准直器的输出端与光声池的样品池相对。
进一步地，所述驱动器为函数发生器。
进一步地，所述声传感器为麦克风。
进一步地，所述光放大器为掺铒光纤放大器。
进一步地，所述光声池为纵向共振的模式。
进一步地，所述半导体激光器为近红外半导体激光器。
与现有技术相比，本实用新型公开的一种CO和CO2痕量检测装置，通过驱动器与半导体激光器控制器的输入端连接，半导体激光器控制器是输出端分别于第一半导体激光器的输入端以及第二半导体激光器的输入端连接，第一半导体激光器的输出端以及第二半导体激光器的输出端分别与光纤耦合器的输入端连接，光纤耦合器的输出端与光放大器的输入端连接，光放大器输出端与光声池的样品池相对，所述样品池与声传感器的输入端连接，声传感器的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与锁相放大器的输入端连接，锁相放大器的输出端与驱动器连接的技术方案，解决了现有技术中检测CO和CO2痕量成本高且灵敏度不高的问题，驱动器控制半导体激光器控制器使得第一半导体激光器以及第二半导体激光器发光，光经过光纤耦合器射进光放大器，从光放大器射进声光池，声光池将光转换为声音，声传感器接收到声光池中的声音，将声音转换为电信号传递至数据采集卡，数据采集卡将数据传输给锁相放大器，得到CO和CO2的浓度，本装置中的元器件容易取得，价格低廉，使得CO和CO2痕量检测装置的成本较低且灵敏度较高，操作简单。
附图说明
图1是本实用新型实施例中一种CO和CO2痕量检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1，是本实用新型实施例提供的一种CO和CO2痕量检测装置的结构示意图。一种CO和CO2痕量检测装置，包括：用于检测CO的浓度的第一半导体激光器、用于检测CO2的浓度的第二半导体激光器、半导体激光器控制器、光声池、光放大器、光纤耦合器、驱动器、声传感器、数据采集卡以及锁相放大器。
进一步地，所述光放大器的输出端与光纤准直器的输入端连接，所述光纤准直器的输出端与光声池的样品池相对。
进一步地，所述驱动器为函数发生器。
进一步地，所述声传感器为麦克风。
进一步地，所述光放大器为掺铒光纤放大器。
进一步地，所述光声池为纵向共振的模式。
进一步地，所述半导体激光器为近红外半导体激光器
本实施例中驱动器为函数发生器；声传感器为麦克风采用高灵敏度的MEMS 微音器，信噪比高，性能稳定，成本较低；第一半导体激光器和第二半导体激光器采用近红外DFB半导体激光器，激光器的波长分别为1568nm和1572nm，成本低，效果好；光纤耦合器采用1×2单模光纤耦合器，分光比为50:50，光纤耦合器的损耗可以由光放大器全部弥补，对装置的激光输出功率没有影响；光声池为纵向共振模式，整体形状为H形的圆筒，两侧圆筒长度为中心圆筒长度的一半，截面积为中心截面积的9倍以上，有利于获得高的共振效率，抑制环境噪声。
所述驱动器与半导体激光器控制器的输入端连接，所述半导体激光器控制器是输出端分别于第一半导体激光器的输入端以及第二半导体激光器的输入端连接，所述第一半导体激光器的输出端以及第二半导体激光器的输出端分别与光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的输出端与光放大器的输入端连接，所述光放大器输出端与光声池的样品池相对，所述样品池与声传感器的输入端连接，所述声传感器的输出端与数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与锁相放大器的输入端连接，所述锁相放大器的输出端与驱动器连接。
进一步地，所述光放大器的输出端与光纤准直器的输入端连接，所述光纤准直器的输出端与光声池的样品池相对，本实施例中光放大器为掺铒光纤放大器，其带宽为1560nm-1580nm，光放大器功率输出超过300mW，通过使用光纤直准器使得经过光放大器的光能够全部射入光声池中，使得吸收更加完全，测量结果更加准确。
需要说明的是，函数发生器发出调制波控制半导体激光器控制器，使得第一半导体激光器以及第二半导体激光器交替发光；
当是第一半导体激光器发光时，光经过光纤耦合器射进光放大器，在光放大器中放大光的功率，将1568nm近红外激光放大至300mW，再从光放大器射进光纤直准器，光通过光纤直准器射入光声池，CO吸收对应光谱的能量，经无辐射跃迁转变为热能，引起气体的温度和压力周期性变化，产生声音信号，光声信号在光声池中发生一维共振，麦克风将共振光声信号转换为电信号，数据采集卡放大并采集电信号，由锁相放大器进行二次谐波检测，进而得到CO的浓度；
当是第二半导体激光器发光时，光经过光纤耦合器射进光放大器，在光放大器中放大光的功率，将1572nm近红外激光放大至300mW，再从光放大器射进光纤直准器，光通过光纤直准器射入光声池，CO2吸收对应光谱的能量，经无辐射跃迁转变为热能，引起气体的温度和压力周期性变化，产生声音信号，光声信号在光声池中发生一维共振，麦克风将共振光声信号转换为电信号，数据采集卡放大并采集电信号，由锁相放大器进行二次谐波检测，进而得到CO2的浓度；
半导体激光器控制器内部为A、B两路同样的驱动模块，A路的驱动电流输出端接半导体激光器的激光二极管输入端，A路的TEC驱动电路和热敏电阻接口电路分别接入半导体激光器的TEC输入端和热敏电阻输出端；B路的驱动电流输出端接半导体激光器的激光二极管输入端，B路的TEC驱动电路和热敏电阻接口电路分别接入半导体激光器的TEC输入端和热敏电阻输出端；半导体激光器控制器通过控制半导体激光器的温度和电流，实现半导体激光器输出波长的调制以及激光发射频率的调制，且本装置中的元器件容易取得，成本较低，本实用新型提供的一种CO和CO2痕量检测装置的成本较低且灵敏度较高，测量结果准确，操作简单。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种CO和CO2痕量检测装置，其特征在于，包括：用于检测CO的浓度的第一半导体激光器、用于检测CO2的浓度的第二半导体激光器、半导体激光器控制器、光声池、光放大器、光纤耦合器、驱动器、声传感器、数据采集卡以及锁相放大器；
所述驱动器与半导体激光器控制器的输入端连接，所述半导体激光器控制器是输出端分别于第一半导体激光器的输入端以及第二半导体激光器的输入端连接，所述第一半导体激光器的输出端以及第二半导体激光器的输出端分别与光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的输出端与光放大器的输入端连接，所述光放大器输出端与光声池的样品池相对，所述样品池与声传感器的输入端连接，所述声传感器的输出端与数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与锁相放大器的输入端连接，所述锁相放大器的输出端与驱动器连接。
2.如权利要求1所述的一种CO和CO2痕量检测装置，其特征在于，所述光放大器的输出端与光纤准直器的输入端连接，所述光纤准直器的输出端与光声池的样品池相对。
3.如权利要求1所述的一种CO和CO2痕量检测装置，其特征在于，所述驱动器为函数发生器。
4.如权利要求1所述的一种CO和CO2痕量检测装置，其特征在于，所述声传感器为麦克风。
5.如权利要求1所述的一种CO和CO2痕量检测装置，其特征在于，所述光放大器为掺铒光纤放大器。
6.如权利要求1所述的一种CO和CO2痕量检测装置，其特征在于，所述光声池为纵向共振的模式。
7.如权利要求1所述的一种CO和CO2痕量检测装置，其特征在于，所述半导体激光器为近红外半导体激光器。
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|---|---|---|---|---|
| CN111337435A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-06-26 | 聊城大学 | 一种多组分痕量气体传感器检测系统及其检测方法 |
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| WO2022267286A1 (zh) * | 2021-06-22 | 2022-12-29 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种气体检测装置 |
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