激光氣體遙測儀整機(jī)測試系統(tǒng)自動化測試軟件設(shè)計(jì)

南學(xué)芳+張宇+郁敏+李楠+楊杰+高秀敏

摘要： 激光氣體遙測儀是基于紅外氣體吸收光譜原理，采用先進(jìn)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TDLAS）技術(shù)分析測量被測區(qū)域（如傳輸管道、天花板、墻體等）內(nèi)的甲烷氣體平均濃度的新型儀表。性能優(yōu)良的激光氣體遙測儀表已在許多危險(xiǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是，目前整機(jī)測試系統(tǒng)流程復(fù)雜、費(fèi)時、低效。結(jié)合相關(guān)生產(chǎn)實(shí)踐開發(fā)一種較為實(shí)用的整機(jī)測試自動化軟件，以提高整機(jī)測試的效率。目前已有效地幫助生產(chǎn)相關(guān)人員快速、準(zhǔn)確地完成整機(jī)測試流程。

關(guān)鍵詞： TDLAS； 激光氣體遙測儀； Visual Studio 2005開發(fā)環(huán)境； 工裝平臺

中圖分類號： TN 253 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2016.03.004

文章編號： 1005-5630（2016）03-0209-07

Abstract： Laser gas remote sensing instrument is a kind of new type instrument which can analyze and detect average concentration of CH4 in the detecting area （for example， transmission pipeline， ceiling， wall and so on） with an advanced technology called tunable diode laser absorption spectroscopy（TDLAS）. Laser gas remote sensing instrument with good performance has been widely applied in many dangerous areas. At present， however， the testing process of manufacturing testing system extremely complex， time-wasting and inefficient， completely manually operate. The purpose of this paper is to design and develop an automatic testing software combined with related practice， to improve work efficiency. The study harvest of this paper lies in designing a simple， practical and stable PC testing software. Now， this software helps people to work on product line quickly and accurately complete testing process.

Keywords： TDLAS； laser gas remote sensing instrument； Visual Studio 2005； work platform

引 言

隨著社會的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，鋼鐵冶金、氣體管道傳輸、化工等行業(yè)生產(chǎn)力需不斷提高，但必須保障生產(chǎn)安全?；诳烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TDLAS）技術(shù)的激光氣體遙測儀已經(jīng)成為提高生產(chǎn)效率、保障安全生產(chǎn)的重要儀器。如此的社會需求激起了國內(nèi)外儀表廠商的極大的研究興趣，激光遙測儀表的市場競爭愈演愈烈。

20世紀(jì)90年代后期，隨著半導(dǎo)體激光器的大規(guī)模生產(chǎn)及科學(xué)研究的應(yīng)用，TDLAS技術(shù)得到了迅速發(fā)展。21世紀(jì)初期，該技術(shù)逐漸被國內(nèi)的研究者關(guān)注，現(xiàn)在已有很多企業(yè)推出了激光氣體遙測儀，并投入使用，同時，國內(nèi)也制定了激光器產(chǎn)品及分析儀器的相關(guān)國標(biāo)。但是大多數(shù)國標(biāo)也只是針對激光器產(chǎn)品準(zhǔn)則與分析儀器通用準(zhǔn)則，對整機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究并沒有深入。整機(jī)測試系統(tǒng)包括硬件和軟件部分，本文主要設(shè)計(jì)軟件部分的自動化實(shí)現(xiàn)。

1 激光氣體遙測儀整機(jī)測試研究

1.1 激光氣體遙測儀檢測氣體的原理

激光氣體遙測儀是基于紅外吸收光譜原理，采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）設(shè)計(jì)而成的，TDLAS技術(shù)主要是利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實(shí)現(xiàn)對分子的單個或幾個距離很近且很難分辨的吸收線進(jìn)行測量，它是一種高分辨率、高速度、高靈敏度的單線吸收光譜技術(shù)，通過改變半導(dǎo)體激光器的工作電流或工作溫度等參數(shù)以調(diào)諧激光的輸出波長，使儀器內(nèi)的激光器輸出特定波長的光束，掃描被測氣體（甲烷氣體）以獲得某一條或一簇吸收譜線的吸收光譜，通過分析該吸收光譜進(jìn)而獲得被測氣體的濃度信息[1-4]。

1.2 激光氣體遙測儀系統(tǒng)及整機(jī)測試系統(tǒng)

1.2.1 激光氣體遙測儀表系統(tǒng)

儀表主要由如圖1所示的4部分組成，測量時通過將一束激光指向泄漏點(diǎn)，得到一簇吸收譜線的吸收光譜，依次通過接收光匯聚及校準(zhǔn)單元、信號驅(qū)動與校準(zhǔn)單元，最后將被測氣體平均濃度信息顯示在儀器界面。

1.2.2 整機(jī)測試系統(tǒng)

整機(jī)測試系統(tǒng)主要由如圖2所示的3部分組成，上位機(jī)是整個系統(tǒng)最為重要的部分，協(xié)調(diào)控制整個系統(tǒng)協(xié)同工作。上位機(jī)發(fā)送命令控制激光遙測儀設(shè)置自身參數(shù)，并讀取濃度測量值等其他參數(shù)。質(zhì)量流量計(jì)為測試流程提供所需的校準(zhǔn)氣。

當(dāng)前，對激光氣體遙測儀表進(jìn)行整機(jī)測試時，只能根據(jù)工藝文件手動操作，操作過程相對復(fù)雜、費(fèi)時、而且很容易出錯，為了解決這個問題，提高測試效率，本文設(shè)計(jì)一種自動化測試軟件，不僅能夠解決手動測試時存在的問題，提高測試的準(zhǔn)確度，而且可同時連接多臺儀表進(jìn)行測試，既可節(jié)約校準(zhǔn)氣體又可提高測試效率。