基于脉冲式间接扫描的低功耗多点气体检测系统及方法

技术领域

本公开涉及多点监测装备技术领域，具体涉及一种基于脉冲式间接扫描的低功耗多点气体检测系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

传统多点气体传感器多以电化学式、催化燃烧室式为主，存在选择性差、精度低、寿命短等问题，无法满足新能源等行业安全监测对高性能气体传感器的需求。激光气体传感器具有灵敏度高、选择性好、寿命长等优点，已经得到了国内外研究团队的重点关注与研究。激光气体传感技术利用可调谐激光器窄线宽和波长随注入电流变化的特性，针对分子的“指纹光谱”进行扫描，实现气体的定性与定量分析，具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好、无需采样预处理、环境适应性强等独特优势。可以实现原位式、扩散式、遥测式等多种测量方式，已经在能源安全、环境监测、工业过程分析等行业展示了巨大的应用潜力，成为了现场气体检测的首选技术方案。

但是，现有的在激光传感器的使用过程中，激光光源工作时，会需要一个较大的电压和电流才可以发光，这就导致了激光器发热严重，需要外部增加一个较大功率的散热器给激光光源散热，若是这样，则又会使得激光传感器的功耗升高，也会使激光传感器的体积增大。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了基于脉冲式间接扫描的低功耗多点气体检测系统及方法，采用脉冲式间接扫描驱动技术，使激光器间歇式工作，不仅实现多点气体同时监测，还具有功耗低，体积小的优点。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

基于脉冲式间接扫描的低功耗多点气体检测系统，包括激光器、温度电流控制电路、分光器、多个气室、多个光电探测器、多个放大滤波电路以及显示器；所述温度电流控制电路控制所述激光器输出激光光源，在所述激光器输出的水平光路上由近至远依次放置分光器、气室以及光电探测器，所述多个气室分别连接有光电探测器，光电探测器分别连接有放大滤波电路；

其中，激光光源输出的光入射到所述分光器中，所述分光器将光分为多束，多束光同时分别进入多个气室，多个气室中的气体分子吸收光子，在光强衰减后输出的光分别入射到多个光电探测器，多个光电探测器分别连接多个放大滤波电路，多个放大滤波电路连接显示器，用于显示不同点的气体浓度。

进一步的，所述激光器为半导体激光器、量子级激光器以及带间级联激光器。

进一步的，所述温度电流控制电路产生驱动电流信号至激光器，从而使激光器输出激光光源，所述温度电流控制电路采用脉冲式间接扫描驱动方法，使激光器间歇式工作。

进一步的，所述激光器的发光时间为温度电路控制电路一个驱动周期的十分之一。

进一步的，所述分光器为光纤耦合器或者分光镜组。

进一步的，所述光电探测器能够将光信号转换为电信号，所述放大滤波电路能够对电信号进行放大滤波。

进一步的，所述显示器为计算机或者平板电脑。

进一步的，所述脉冲式间接扫描驱动方法包括：驱动信号由工作状态和休息状态组成，当驱动信号处于工作状态时，逐渐增大电流信号，使其超过激光阈值，然后叠加锯齿波信号，实现输出波长的连续扫描；当工作状态完成，将电流信号逐渐降至零，激光光源处于休息状态。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

基于脉冲式间接扫描的低功耗多点气体检测方法，包括：

步骤S1：将多个气室分别置于不同的点，监测每个点的气体浓度；

步骤S2：打开各个部分的电源；

步骤S3：温度电流控制电路产生脉冲式间接扫描驱动电流驱动激光光源，激光光源发出的光，经过分光器分光后，分别进入多个气室，多个气室中的气体分子吸收光子，导致在特定吸收峰波长处的光强衰减，多个气室中出射的光分别入射到多个光电探测器上，多个光电探测器将光信号转换为电信号，多个放大滤波电路对电信号进行放大滤波，显示器用来显示不同点的气体浓度。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种电子设备，包括：一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现上述的方法步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开采用分光器将光路分为多个，用脉冲式间接扫描驱动技术，使激光器间歇式工作，其中发光时间仅为一个驱动周期的十分之一；不仅可实现多点气体同时监测，还具有功耗低，体积小等优点；本公开能够实现低功耗多点气体同时监测。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例的低功耗多点气体检测系统示意图；

图2为本公开实施例的脉冲式间接扫描驱动技术原理示意图；

图3为本公开实施例的工作状态下脉冲信号放大图。

其中，1、激光器，2、温度电流控制电路，3、分光器，4.1、第一气室，5.1、第一光电探测器，6.1、第一放大滤波电路，4.2、第二气室，5.2、第二光电探测器，6.2、第二放大滤波电路，4.n、第n气室，5.n、第n光电探测器，6.n、第n放大滤波电路，7、显示器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

本公开的一种实施例中提供了一种基于脉冲式间接扫描的低功耗多点气体检测系统，如图1所示，包括激光器1、温度电流控制电路2、分光器3、多个气室、多个光电探测器、多个放大滤波电路以及显示器7；所述温度电流控制电路2控制所述激光器1输出激光光源，在所述激光器1输出的水平光路上由近至远依次放置分光器3、气室以及光电探测器，所述多个气室分别连接有光电探测器，光电探测器分别连接有放大滤波电路；

其中，激光光源输出的光入射到所述分光器3中，所述分光器3将光分为多束，多束光同时分别进入多个气室，多个气室中的气体分子吸收光子，在光强衰减后输出的光分别入射到多个光电探测器，多个光电探测器分别连接多个放大滤波电路，多个放大滤波电路连接显示器7，用于显示不同点的气体浓度。

具体的，第一气室4.1连接第一光电探测器5.1，所述第一光电探测器再连接第一放大滤波电路6.1，所述第一放大滤波电路6.1连接显示器7。

第二气室4.2连接第二光电探测器5.2，所述第二光电探测器再连接第二放大滤波电路6.2，所述第二放大滤波电路6.2连接显示器7。

当分光器将输出光分为更多束，则有第n气室4.n连接第n光电探测器5.n，所述第n光电探测器再连接第n放大滤波电路6.n，所述第n放大滤波电路6.n连接显示器7。

即温度电流控制电路控制激光器产生激光光源，激光光源入射到所述分光器中，所述分光器将光分束为N束，N束光同时进入N个所述气室，N个所述气室出射的光分别入射到N个所述光电探测器，N个所述光电探测器分别连接N个所述放大滤波电路，N个所述放大滤波电路连接所述计算机。

作为一种实施例，所述激光器为半导体激光器、量子激光器以及带间级联激光器。

采用现有的温度电流控制电路产生驱动电流信号至激光器，从而使激光器输出激光光源，所述温度电流控制电路采用脉冲式间接扫描驱动方法，使得激光器间歇式工作。

激光光源的驱动电流信号由温度电流控制电路产生，采用脉冲式间接扫描驱动技术，使激光器间歇式工作，其中发光时间仅为一个驱动周期的十分之一。

作为一种实施例，所述脉冲间接扫描驱动方法为：

驱动信号由“工作状态”和“休息状态”组成。当驱动信号处于“工作状态”时，采用现有的软启动电路逐渐增大电流信号，使其超过激光阈值，然后叠加锯齿波信号，实现输出波长的连续扫描。相应的驱动信号用于驱动激光光源。当“工作状态”完成时，软关闭电路使电流信号逐渐降至零，激光光源处于“休息状态”，这大大降低了激光光源的功耗。激光光源在“工作状态”下产生的热量可能在“休息状态”期间损失。通过监测激光光源的实时温度，当温度发生升高时，工作状态占空比减小。当温度发生降低，工作状态占空比增大，可以自动调整和优化“工作状态”和“休息状态”下驱动信号的占空比，使激光光源保持在热平衡工作状态。

作为一种实施例，分光器为光纤耦合器或者分光镜组。

作为一种实施例，当分光器将光束分为N束时，则有：

温度电流控制电路控制产生激光光源，激光光源输出的光入射到所述分光器中，所述分光器将光分束为N束，N束光同时进入N个所述气室，N个所述气室出射的光分别入射到N个所述光电探测器，N个所述光电探测器分别连接N个所述放大滤波电路，N个所述放大滤波电路连接所述显示器。

其中，所述显示器可为计算机或者平板电脑。

所述冲式间接扫描驱动技术，如图2和图3所示，驱动信号由“工作状态T1”和“休息状态T2”组成。当驱动信号处于“工作状态T1”时，软启动电路逐渐增大电流信号，使其超过激光阈值，然后叠加锯齿波信号，实现输出波长的连续扫描。相应的驱动信号用于驱动激光光源1。当“工作状态T1”完成时，软关闭电路使电流信号逐渐降至零，激光光源1处于“休息状态T2”，这大大降低了激光光源1的功耗。激光光源1在“工作状态T1”下产生的热量可能在“休息状态T2”期间损失。通过监测激光光源1的实时温度，可以自动调整和优化“工作状态T1”和“休息状态T2”下驱动信号的占空比，使激光光源1保持在热平衡工作状态。

以上述低功耗多点气体检测系统为提供了一种低功耗多点气体检测方法，所述方法包括：

步骤S1：将低功耗多点气体检测系统中的N个气室分别置于不同的点，用于监测每个点的气体浓度；

步骤S2：连接所述低功耗多点气体检测系统，打开所述低功耗多点气体检测系统中各个部分的电源；

步骤S3：温度电流控制电路产生脉冲式间接扫描驱动电流驱动激光光源，激光光源发出的光，经过分光器分光后，分别进入N个气室，N个气室中的气体分子吸收光子，导致在特定吸收峰波长处的光强衰减，N个气室中出射的光分别入射到N个光电探测器上，N个光电探测器将光信号转换为电信号，N个放大滤波电路对电信号进行放大滤波，显示器用来显示不同点的气体浓度。

实施例2

本公开的一种实施例中提供了一种基于脉冲式间接扫描的低功耗多点气体检测方法，包括：

步骤S1：将多个气室分别置于不同的点，监测每个点的气体浓度；

步骤S2：打开各个部分的电源；

步骤S3：温度电流控制电路产生脉冲式间接扫描驱动电流驱动激光光源，激光光源发出的光，经过分光器分光后，分别进入多个气室，多个气室中的气体分子吸收光子，导致在特定吸收峰波长处的光强衰减，多个气室中出射的光分别入射到多个光电探测器上，多个光电探测器将光信号转换为电信号，多个放大滤波电路对电信号进行放大滤波，显示器用来显示不同点的气体浓度。

实施例2的实现基于实施例1中所描述的系统。

实施例3

本公开的一种实施例中提供了一种电子设备，包括：一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现实施例2中的方法步骤。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。