CN213209896U - 一种光声光谱油气监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光声光谱油气监测系统，包括：至少两个油气监测单元，每个油气监测单元连接有通信电路，通信电路连接有背板连接器，相邻背板连接器相互连接，其中任意一个背板连接器上连接有服务器，本实用新型通过多个油气监测单元分别单独连接一个通信电路，以通信电路连接一个背板连接器，让背板连接器相互连接，使得各个油气监测单元之的信号可以相互交汇，然后发送给服务器，对监测的信号进行综合，从而实现多种物质的监测，大大提高了光声光谱油气监测系统的实用性。

Description

一种光声光谱油气监测系统

技术领域

本实用新型涉及检测技术领域，具体涉及一种光声光谱油气监测系统。

背景技术

现有的油气监测系统主要是将物质放置于密闭容器中，物质吸收特定波长的光后会受到激发，受到激发后的物质返回初始态会通过辐射跃迁或无辐射跃迁，这一过程会产生热；如果吸收光波长呈周期性变化，那么容器内压力涨落也是呈周期性的；由于调制光的频率一般位于声频范围内，所以这种压力涨落就成为声波；然后利用声敏元件所感知，声敏元件所感知的声波信号经同步放大得到的电信号为光信号，若将光声信号作为入射光频率的函数记录下来，就可获得光声光谱图；这种技术就是一种利用物质吸收光的特性得到对应光谱图的技术，利用所得到的光谱图可确认物质中所含成分，是一种灵敏度高、样品可不经预处理就能无损有效检测的方法。

但是现有的光声光谱油气监测系统中，一般只能够监测一种物质，无法同时实现多种物质同时监测，实用性较低。

发明内容

本实用新型针对现有技术中现有的光声光谱油气监测系统中，一般只能够监测一种物质，无法同时实现多种气体的监测的技术问题，本实用新型提供一种光声光谱油气监测系统。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种光声光谱油气监测系统，包括：至少两个油气监测单元，每个油气监测单元连接有通信电路，所述通信电路连接有背板连接器，相邻所述背板连接器相互连接，其中任意一个所述背板连接器上连接有服务器。

进一步的，所述油气监测单元包括：

光声池，内部中空，所述光声池内部设置有激光器，所述激光器内设有调温半导体，该光声池本体上开有进气口；

声敏元件，用于探测光声池内生成的压力波，并输出声敏元件的输出信号，所述声敏元件输入端与光声池连接；

信号处理电路，用于处理所述声敏元件输出的信号，所述信号处理电路输入端与所述声敏元件输出端连接；

中央处理器，用于信号的分析、接收信号和发送指令，所述中央处理器输入端与所述信号处理电路输出端连接，该中央处理器外接有电源电路；以及

激光驱动电路，用于控制所述激光器，使其发生特定波长的激光，所述激光驱动电路输入端与所述中央处理器连接，输出端与所述激光器连接。

进一步的，所述信号处理电路包括：

一级放大电路，用于放大所述声敏元件输出的模拟量，所述一级放大电路与所述声敏元件输出端连接；

带通滤波电路，用于过滤所述一级放大电路输出的信号，所述带通滤波电路输入端与所述一级放大电路输出端连接；

二级放大电路，将所述带通滤波电路输出信号经放大传输给A/D转换电路，所述二级放大电路输入端与所述带通滤波电路输出端连接;以及

A/D转换电路，用于将所述二级放大电路输入的的模拟量转化为数字量，所述A/D转换电路输入端与二级放大电路输出端连接，输出端与所述中央处理器连接。

进一步的，所述激光驱动电路包括：

电流驱动电路，用于调节所述激光器内部电流，所述电流驱动电路输入端与所述中央处理器连接，输出端与所述激光器连接；和

调温电路，用于调节所述激光器内部的调温半导体的温度，输入端与所述中央处理器连接，输出端与所述激光器连接。

进一步的，该系统还包括电源电路，所述电源电路包括：

接口电路，用于导入外部电流；

一级分压器，用于一级分压，得到一个独立的电压，所述一级分压器输入端与所述接口电路输出端连接；

二级分压器，用于二级分压，得到一个独立的电压，所述二级分压器输入端与所述一级分压器连接；

进一步的，所述电流驱动电路包括电流给定模块及电流调节模块，所述电流给定模块用于导入额定电流，输入端与所述中央处理器连接，该电流调节模块输出端与所述电流调节模块输入端连接，所述电流调节模块用于调节激光器的输入电流，该电流调节模块输出端与所述激光器连接。

进一步的，所述调温电路包括：

电压控制电路，用于给定一个所述调温电路的输入电压作为参考电压，所述电压控制电路的输入端与所述中央处理器连接；

稳压模块，用于对电压控制电路的输出电压进行稳压，所述稳压模块输入端与所述电压控制电路的输出端连接；

电压比较器，用于比较所述激光器内部电压与所述电压控制电路输出端给定的参考电压的电压值；以及

MU模块，用于分析所述电压比较器输出信号且对所述激光器内部的调温半导体做出相应控制，所述MU模块输入端与所述电压比较器输出端连接，输出端与激光器连接。

进一步的，所述一级分压器与二级分压器数量分别设有多个。

有益效果：本实用新型通过多个油气监测单元分别单独连接一个通信电路，以通信电路连接一个背板连接器，让背板连接器相互连接，实现油气监测单元之的信号相互交汇，然后发送给服务器，对监测的信号进行综合，从而实现多种物质同时监测，大大提高了光声光谱油气监测系统的实用性。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的整体模块示意图；

图2是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的通信电路的电路原理图；

图3是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的背板连接器电路原理图；

图4是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的光声检测单元的整体模块示意图；

图5是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的信号处理电路的模块示意图；

图6是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的激光驱动电路的模块示意图；

图7是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的调温电路模块示意图；

图8是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的电流驱动电路模块示意图；

图9是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的信号处理电路的电路原理图；

图10是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的激光驱动电路的电路原理图；

图11是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的调温电路电路原理图；

图12是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的电源电路的电路原理图；

图13是本实用新型所述的一种光声光谱油气监测系统的电流驱动电路的电路原理图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

A、油气监测单元；B、通信电路；C、背板连接器；D、服务器；1、光声池；2、激光器；3、进气口；4、声敏元件；5、信号处理电路；6、中央处理器；7、激光驱动电路；8、一级放大电路；9、带通滤波电路；10、A/D转换电路；11、二级放大电路；12、电流驱动电路；13、调温电路；14、电源电路；15、接口电路；16、一级分压器；17、二级分压器；18、电流给定模块；19、电流调节模块；20、电压控制电路；21、稳压模块；22、电压比较器；23、MCU模块。

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。

参阅图1至图3所示，一种光声光谱油气监测系统，包括：至少两个油气监测单元A，每个油气监测单元A能单独监测一种气体，每个油气监测单元A连接有通信电路B，通信电路B用于信号的交汇，通信电路B连接有背板连接器C，相邻背板连接器C相互连接，通过背板连接器C搭建一个互相沟通的桥梁，其中任意一个背板连接器C上连接有服务器D，通过服务器D对信号进行综合，实现多种气体的监测。

如图4所示，该监测单元A包括：

光声池1，内部中空，在进行光声光谱油气监测时提供一个密闭的空间，光声池1内部设置有激光器2，用于发射特定波长的激光，激光器2内设有调温半导体，通过设定调温半导体的温度，从而使得激光器2的温度保持不变，这样激光器2发射的激光的波长会随电流的变化而变化，这样只需要控制激光器2的电流就可以控制激光器2发射激光的波长，该光声池1本体上开有进气口3，用于导入需要进行检测的油气物质；

声敏元件4，该声敏元件4输入端与光声池连接，用于探测光声池1内生成的压力波，并将接收到的光声池1内的压力波转化为模拟量并且输出；

信号处理电路5，该信号处理电路5输入端与声敏元件4输出端连接，用于处理接收到的声敏元件4的输出信号，将其进行一级放大和滤波，然后将信号进行模数转换为数字信号，最后将数字信号输出；

中央处理器6，用于信号的分析、接收信号和发送指令，中央处理器6输入端与信号处理电路5输出端连接，用于接收信号处理电路5的输出信号，将得到的模拟量分析并以光谱的形式显示出来，该中央处理器6外接有电源电路14；以及

激光驱动电路7，激光驱动电路7输入端与中央处理器6连接，输出端与激光器2连接用于控制激光器2，使得激光器2内维持设定的温度，通过调节激光器2内部的电流使其发射特定波长的激光。

如图5或图9所述，其中信号处理电路5包括：

一级放大电路8，一级放大电路8与声敏元件4输出端连接用于放大声敏元件4输出的模拟量，由于声敏元件4得到的模拟量是比较微弱的，经过放大才能更加便于信号做进一步处理；

带通滤波电路9，带通滤波电路9输入端与一级放大电路8输出端连接，带通滤波电路9用于过滤一级放大电路8输出的信号，其目的是过滤掉无用的高频和低频信号，提取有用的中频信号；

二级放大电路11，二级放大电路11输入端与带通滤波电路9输出端连接，将带通滤波电路9输出信号经放大传输给A/D转换电路10，这相当于是二次方大信号，目的是为了使得A/D转换电路10得到的信号更加精准，更加便于转换；以及

A/D转换电路10，A/D转换电路10输入端与二级放大电路11输出端连接，用于将二级放大电路11输出的模拟量转化为数字量，就是一个由离散量变为连续量的过程，将得到的数字量传输给中央处理器。

如图6或图10所述，上述的激光驱动电路包括两个部分，分别是电流驱动电路12部分和调温电路13部分，这两部分分工明确，电流驱动电路12用于调节激光器2内部电流，电流驱动电路12输入端与中央处理器6连接，输出端与激光器2连接，调温电路13用于调节激光器2内部的调温半导体的温度，输入端与中央处理器6连接，输出端与激光器2连接。

如图12所述，其中电源电路14包括：

接口电路15，用于导入外部电流；

一级分压器16，用于一级分压，得到一个独立的电压，一级分压器16输入端与接口电路15输出端连接；

二级分压器17，用于二级分压，得到一个独立的电压，二级分压器17输入端与一级分压器16连接；

其中一级分压器16可以直接外接负载，也可以串联二级分压器17后再接负载，目的是为了得到多个不同电压的电源，以供多种使用，同时将多种电源转化为一个整体。

如图8或图13所述，其中电流驱动电路12包括电流给定模块18及电流调节模块19，电流给定模块18用于导入额定电流，输入端与中央处理器6连接，即通过中央处理器6供电，该电流调节模块19输出端与电流调节模块19输入端连接，电流调节模块19用于调节激光器2的输入电流，该电流调节模块19输出端与激光器连接。

如图7或图11所示的调温电路13包括：电压控制电路20、稳压模块21、电压比较器22及MCU模块23，电压控制电路20用于给定一个调温电路13的输入电压作为参考电压，电压控制电路20的输入端与中央处理器6连接；稳压模块21用于对电压控制电路20的输出电压进行稳压，稳压模块21输入端与电压控制电路20的输出端连接；电压比较器22用于比较激光器2内部电压与电压控制电路20输出端给定的参考电压的电压值；MCU模块23用于分析电压比较器22输出信号且对激光器2内部的调温半导体做出相应控制，MCU模块23输入端与电压比较器22输出端连接，输出端与激光器连接。

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 (8)

1.一种光声光谱油气监测系统，其特征在于，包括：至少两个油气监测单元（A），每个油气监测单元（A）连接有通信电路（B），所述通信电路（B）连接有背板连接器（C），相邻所述背板连接器（C）相互连接，其中任意一个所述背板连接器（C）上连接有服务器（D）。

2.根据权利要求1所述的一种光声光谱油气监测系统，其特征在于，所述油气监测单元（A）包括：

光声池（1），内部中空，所述光声池（1）内部设置有激光器（2），所述激光器（2）内设有调温半导体，该光声池（1）本体上开有进气口（3）；

声敏元件（4），用于探测光声池内生成的压力波，并输出声敏元件（4）的输出信号，所述声敏元件（4）输入端与光声池连接；

信号处理电路（5），用于处理所述声敏元件（4）输出的信号，所述信号处理电路（5）输入端与所述声敏元件（4）输出端连接；

中央处理器（6），用于信号的分析、接收信号和发送指令，所述中央处理器（6）输入端与所述信号处理电路（5）输出端连接，该中央处理器（6）外接有电源电路（14）；以及

激光驱动电路（7），用于控制所述激光器（2），使其发生特定波长的激光，所述激光驱动电路（7）输入端与所述中央处理器（6）连接，输出端与所述激光器（2）连接。

3.根据权利要求2所述的一种光声光谱油气监测系统，其特征在于，所述信号处理电路（5）包括：

一级放大电路（8），用于放大所述声敏元件（4）输出的模拟量，所述一级放大电路（8）与所述声敏元件（4）输出端连接；

带通滤波电路（9），用于过滤所述一级放大电路（8）输出的信号，所述带通滤波电路（9）输入端与所述一级放大电路（8）输出端连接；

二级放大电路（11），将所述带通滤波电路（9）的输出信号经放大传输给A/D转换电路（10），所述二级放大电路（11）输入端与所述带通滤波电路（9）输出端连接;以及

A/D转换电路（10），用于将所述二级放大电路（11）输出的模拟量转化为数字量，所述A/D转换电路（10）输入端与二级放大电路（11）输出端连接，输出端与所述中央处理器（6）连接。

4.根据权利要求2所述的一种光声光谱油气监测系统，其特征在于，所述激光驱动电路包括：

电流驱动电路（12），用于调节所述激光器（2）内部电流，所述电流驱动电路（12）输入端与所述中央处理器（6）连接，输出端与所述激光器（2）连接；和

调温电路（13），用于调节所述激光器（2）内部的调温半导体的温度，输入端与所述中央处理器（6）连接，输出端与所述激光器（2）连接。

5.根据权利要求1所述的一种光声光谱油气监测系统，其特征在于，该系统还包括电源电路（14），所述电源电路（14）包括：

接口电路（15），用于导入外部电流；

一级分压器（16），用于一级分压，得到一个独立的电压，所述一级分压器（16）输入端与所述接口电路（15）输出端连接；

二级分压器（17），用于二级分压，得到一个独立的电压，所述二级分压器（17）输入端与所述一级分压器（16）连接。

6.根据权利要求4所述的一种光声光谱油气监测系统，其特征在于，所述电流驱动电路（12）包括电流给定模块（18）及电流调节模块（19），所述电流给定模块（18）用于导入额定电流，输入端与所述中央处理器（6）连接，该电流调节模块（19）输出端与所述电流调节模块（19）输入端连接，所述电流调节模块（19）用于调节激光器（2）的输入电流，该电流调节模块（19）输出端与所述激光器连接。

7.根据权利要求4所述的一种光声光谱油气监测系统，其特征在于，所述调温电路（13）包括：

电压控制电路（20），用于给定一个所述调温电路（13）的输入电压作为参考电压，所述电压控制电路（20）的输入端与所述中央处理器（6）连接；

稳压模块（21），用于对电压控制电路（20）的输出电压进行稳压，所述稳压模块（21）输入端与所述电压控制电路（20）的输出端连接；

电压比较器（22），用于比较所述激光器（2）内部电压与所述电压控制电路（20）输出端给定的参考电压的电压值；以及

MCU模块（23），用于分析所述电压比较器（22）输出信号且对所述激光器（2）内部的调温半导体做出相应控制，所述MCU模块（23）输入端与所述电压比较器（22）输出端连接，输出端与激光器连接。

8.根据权利要求5所述的一种光声光谱油气监测系统，其特征在于，所述一级分压器（16）与二级分压器（17）数量分别设有多个。

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