一种测量矿井瓦斯浓度分布的激光雷达装置及其工作方法

摘要

本发明涉及一种测量矿井瓦斯浓度分布的激光雷达装置，其包括DFB激光器（101）、信号发生电路（102）、激光器驱动与温控电路（103）、倍频电路（104）、光机收发单元（105）、低噪声前置放大及滤波电路（106）、正交锁相解调电路（107）、微控制器（108）、按键模块（109）、液晶显示模块（110）、声光报警模块（111）、数据存储模块（112）、数据通信模块（113）和低功耗电源管理模块（114）。本发明所述测量矿井瓦斯浓度分布的激光雷达装置在测量出瓦斯浓度的同时，还能测量出瓦斯泄漏点距测量点之间的距离，方便快捷的找出矿井内瓦斯突出的源头。

主权项

一种测量矿井瓦斯浓度分布的激光雷达装置，其特征在于，其包括DFB激光器（101）、信号发生电路（102）、激光器驱动与温控电路（103）、倍频电路（104）、光机收发单元（105）、低噪声前置放大及滤波电路（106）、正交锁相解调电路（107）、微控制器（108）、按键模块（109）、液晶显示模块（110）、声光报警模块（111）、数据存储模块（112）、数据通信模块（113）和低功耗电源管理模块（114）；所述的DFB激光器（101）的中心波长为1653.7nm；所述DFB激光器（101）发出波长为1653.7nm的测量用窄线宽红外激光，所述DFB激光器（101）还能发出波长扫描的激光，所述激光的波长范围1653.5～1653.9nm；所述的信号发生电路（102）产生频率为fm=5.35MHz的正弦信号，所述的信号发生电路（102）的一个信号输出端通过所述激光器驱动与温控电路（103）与所述DFB激光器（101）电连接，用于对DFB激光器的电流进行调制，使得所述测量矿井瓦斯浓度分布的激光雷达装置的测量距离达14m；所述信号发生电路（102）的另一个信号输出端分为两路，一路直接与所述正交锁相解调电路（107）相连，另一路通过倍频电路（104）与所述正交锁相解调电路（107）相连，所述的倍频电路（104）对所述信号发生电路（102）所发出的频率为fm=5.35MHz的正弦信号进行2倍频，产生2fm=10.7MHz的正弦信号；所述的激光器驱动与温控电路（103）的控制端与所述微控制器（108）相连；所述的光机收发单元（105），包括光纤准直器、菲涅耳透镜、光电探测器和三维机械调节装置，所述DFB激光器（101）发出的激光经所述的光纤准直器进行准直，使激光的发散角满足探测距离；所述激光最终被背景地形散射体反射，形成散射光，所述菲涅耳透镜将所述激光雷达装置接收到的散射光聚焦成探测光信号，到所述的光电探测器上，所述的光电探测器将接收的探测光信号转换为电流信号；所述的三维机械调节装置用于将光电探测器调节到菲涅耳透镜的焦点上，从而将探测光信号聚焦到光电探测器上；所述的低噪声前置放大及滤波电路（106）将光电探测器输出的电流信号转换为低噪声的电压信号传递给所述的正交锁相解调电路（107），做为正交锁相解调电路（107）的待解调输入信号x(t)，所述的信号发生电路（102）所输出的fm=5.35MHz的正弦信号做为正交锁相解调电路（107）的参考信号r(t)1，所述的倍频电路（104）所输出的2fm=10.7MHz的正弦信号做为正交锁相解调电路（107）的参考信号r(t)2；所述正交锁相解调电路（107）的输出端与所述的微控制器（108）相连；所述的低噪声前置放大及滤波电路（106）与所述的微控制器（108）相连；所述的正交锁相解调电路（107），包括第一解调电路和第二解调电路：所述第一解调电路，包括串联连接的第一混频器、第一低通滤波电路和第一放大电路；所述第二解调电路，包括串联连接的第二混频器、第二低通滤波电路和第二放大电路；所述低噪声前置放大及滤波电路（106）输出的低噪声的电压信号分别与第一解调电路和第二解调电路中的第一混频器和第二混频器输入端电连接，所述信号发生电路（102）和倍频电路（104）的信号输出端与第一解调电路的第一混频器输入端电连接，所述信号发生电路（102）和倍频电路（104）的信号输出端通过可调相位延迟器与第二解调电路中的第二混频器输入端电连接；所述按键模块（109）、液晶显示模块（110）、声光报警模块（111）、数据存储模块（112）、数据通信模块（113）分别与所述微控制器（108）相连。