激光气体遥测仪整机测试系统自动化测试软件设计

南学芳+张宇+郁敏+李楠+杨杰+高秀敏

摘要： 激光气体遥测仪是基于红外气体吸收光谱原理，采用先进的可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术分析测量被测区域（如传输管道、天花板、墙体等）内的甲烷气体平均浓度的新型仪表。性能优良的激光气体遥测仪表已在许多危险领域得到了广泛的应用，但是，目前整机测试系统流程复杂、费时、低效。结合相关生产实践开发一种较为实用的整机测试自动化软件，以提高整机测试的效率。目前已有效地帮助生产相关人员快速、准确地完成整机测试流程。

关键词： TDLAS； 激光气体遥测仪； Visual Studio 2005开发环境； 工装平台

中图分类号： TN 253 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2016.03.004

文章编号： 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

随着社会的发展，生产技术水平的不断提高，钢铁冶金、气体管道传输、化工等行业生产力需不断提高，但必须保障生产安全。基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术的激光气体遥测仪已经成为提高生产效率、保障安全生产的重要仪器。如此的社会需求激起了国内外仪表厂商的极大的研究兴趣，激光遥测仪表的市场竞争愈演愈烈。

20世纪90年代后期，随着半导体激光器的大规模生产及科学研究的应用，TDLAS技术得到了迅速发展。21世纪初期，该技术逐渐被国内的研究者关注，现在已有很多企业推出了激光气体遥测仪，并投入使用，同时，国内也制定了激光器产品及分析仪器的相关国标。但是大多数国标也只是针对激光器产品准则与分析仪器通用准则，对整机测试系统的设计与研究并没有深入。整机测试系统包括硬件和软件部分，本文主要设计软件部分的自动化实现。

1 激光气体遥测仪整机测试研究

1.1 激光气体遥测仪检测气体的原理

激光气体遥测仪是基于红外吸收光谱原理，采用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）设计而成的，TDLAS技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近且很难分辨的吸收线进行测量，它是一种高分辨率、高速度、高灵敏度的单线吸收光谱技术，通过改变半导体激光器的工作电流或工作温度等参数以调谐激光的输出波长，使仪器内的激光器输出特定波长的光束，扫描被测气体（甲烷气体）以获得某一条或一簇吸收谱线的吸收光谱，通过分析该吸收光谱进而获得被测气体的浓度信息[1-4]。

1.2 激光气体遥测仪系统及整机测试系统

1.2.1 激光气体遥测仪表系统

仪表主要由如图1所示的4部分组成，测量时通过将一束激光指向泄漏点，得到一簇吸收谱线的吸收光谱，依次通过接收光汇聚及校准单元、信号驱动与校准单元，最后将被测气体平均浓度信息显示在仪器界面。

1.2.2 整机测试系统

整机测试系统主要由如图2所示的3部分组成，上位机是整个系统最为重要的部分，协调控制整个系统协同工作。上位机发送命令控制激光遥测仪设置自身参数，并读取浓度测量值等其他参数。质量流量计为测试流程提供所需的校准气。

当前，对激光气体遥测仪表进行整机测试时，只能根据工艺文件手动操作，操作过程相对复杂、费时、而且很容易出错，为了解决这个问题，提高测试效率，本文设计一种自动化测试软件，不仅能够解决手动测试时存在的问题，提高测试的准确度，而且可同时连接多台仪表进行测试，既可节约校准气体又可提高测试效率。