用于氣液兩相流檢測的紅外發射器的溫度補償裝置及紅外檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明主要涉及光學檢測技術領域，特指一種用于氣液兩相流檢測的紅外發射器 的溫度補償裝置以及紅外檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 目前，對于載人空間站、潛艇等裝備，一般都是采用電解水制氧方法來實現對乘員 的供氧需求。SPE(solid pilymer electrode)電解制氧技術是以固體聚合物為電解質的 電解水制氧技術。電解制氧技術目前廣泛應用在航天器、核潛艇等裝備上，取代傳統的堿性 電解制氧裝置。在SPE電解制氧裝置中，作為反應物的水經過凈化，在電解槽、換熱器、水箱 之間循環。水氣分離裝置將反應產生的氣/水混和物進行分離，分離出的水將重新投入循 環。在此過程中，未電解的水需要循環利用，而返回的水通常帶有一定量的氫氣和氧氣，為 氣液兩相混合流體，如果氣液兩相流中的氣泡大小及體積含量超過一定比例，容易引起"氣 蝕"現象，導致電解制氧裝置循環栗的損壞，這對電解制氧裝置乃至整個裝備都將造成極大 的安全隱患，因此需要實時檢測水中的氣泡大小及體積含量，判定電解制氧裝置是否正常 工作，防止安全事故的發生。
[0003] 國內外氣液兩相流測量分析的方法主要有超聲波測量法、電磁法、電容測量法和 光學檢測法，其中光學檢測法利用的是水對特定波段的紅外光有吸收作用，而氣體無吸收 作用的原理。其理論基礎為比爾 -朗伯（Beer-Lambert)定律，在特定波長下，紅外光透射 的能量與測量光路上吸收近紅外線的分子數量成反比。紅外輻射通過測試管路后的光強I 與入射光強IO之比與吸收物質水的濃度C、光路長度d及消光系數K之間關系見式（1):
[0004] 1/10 = exp (_Kcd) (1)
[0005] 式⑴中：I -通過管道后的紅外光強；10 -紅外入射光強；K-消光系數；c -液 態水濃度；d-測量管道長度。
[0006] 光學檢測法中采用的硬件一般包括一只紅外激光二極管及其驅動電路、紅外接收 管及其檢測電路、控溫電路三大部分。驅動電路驅動紅外激光二極管產生紅外光，經氣液兩 相流吸收后，被紅外接收管接收產生光電流，實現檢測；當氣液兩相流中的水含量變化時， 紅外光被吸收的情況也變化，從而使接收管輸出的光電流也產生變化，經檢測電路處理后， 表現為輸出電壓變化，代表不同的氣液兩相含量。因紅外激光二極管器件對環境溫度極敏 感，環境溫度升高時，在相同的驅動電流下，其輸出光強變小，極大的影響檢測精度；因此通 常往往還要設置復雜的控溫電路和結構，保證紅外激光二極管工作于恒定的溫度下，以保 證檢測精度。但是采用TEC(半導體制冷器）控溫的方式紅外發射芯體集成紅外激光二極 管、半導體制冷片和測溫電阻，結構復雜，對芯體集成工藝要求高；而且TEC控溫必須設置 復雜的控溫電路，且功耗大，TEC和控溫電路可靠性差。
【發明內容】
[0007] 本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一 種結構簡單、可補償因溫度影響導致的紅外發射器輸出光功率的變化，從而保持紅外發射 器輸出光功率恒定的用于氣液兩相流檢測的紅外發射器的溫度補償裝置，并相應提供一種 檢測精度不受環境溫度變化而影響的用于氣液兩相流檢測的紅外檢測裝置。
[0008] 為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：
[0009] -種用于氣液兩相流檢測的紅外發射器的溫度補償裝置，包括溫度補償單元以及 用于測量紅外發射器內部溫度的測溫單元，所述溫度補償單元的輸入端與所述測溫單元相 連用于生成隨所述測溫單元的溫度信號變化而變化的電壓信號，所述溫度補償單元的輸出 端與所述紅外發射器的驅動電路的輸入端相連、用于根據電壓信號調整驅動電路的驅動電 流以維持紅外發射器的輸出光功率保持不變。
[0010] 作為上述技術方案的進一步改進：
[0011] 所述測溫單元為安裝于所述紅外發射器內部的測溫電阻。
[0012] 所述溫度補償單元包括依次串聯的第一電阻單元、第二電阻單元和第三電阻單 元，所述第一電阻單元的一端與電源+5V相連，另一端與所述第二電阻單元的一端相連，所 述第三電阻單元的一端與接地端相連，另一端與所述第二電阻單元的另一端相連，所述第 三電阻單元與所述測溫電阻并聯；所述第一電阻單元連接第二電阻單元的一端與所述驅動 電路的輸入端相連。
[0013] 還包括運算放大器U1A，所述第一電阻單元的另一端通過電阻R3與所述運算放大 器UAl的反相輸入端相連，所述運算放器UlA的反相輸入端通過一電阻Rl與輸出端相連， 所述運算放大器UlA的同相輸入端連接有電源+2. 5V ;所述運算放大器UAl的輸出端與所 述驅動電路的輸入端相連。
[0014] 所述測溫電阻為熱敏電阻。
[0015] 所述第一電阻單元、第二電阻單元和第三電阻單元均由多個電阻串聯而成。
[0016] 本發明還公開了一種用于氣液兩相流檢測的紅外檢測裝置，包括紅外發射器、紅 外接收器、用于驅動紅外發射器的驅動電路，還包括如上所述的溫度補償裝置，所述溫度補 償裝置與所述驅動電路相連用于調整驅動電路的驅動電流以維持紅外發射器的輸出光功 率保持不變。
[0017] 作為上述技術方案的進一步改進：
[0018] 所述驅動電路包括運算放大器UlB和晶體管Ql，所述運算放大器UlB的同相輸入 端與所述溫度補償裝置的輸出端相連，反相輸入端與紅外發射器的負極相連并通過電阻Rl 與接地端相連，所述運算放大器UlB的輸出端與晶體管Ql的基極相連，所述晶體管Ql的集 電極通過電阻R2與電源VCC相連，所述晶體管Ql的發射極與紅外發射器的正極相連。
[0019] 所述紅外發射器為紅外激光二極管。
[0020] 與現有技術相比，本發明的優點在于：
[0021] 本發明的用于氣液兩相流檢測的紅外發射器的溫度補償裝置，溫度補償單元根據 測溫單元的溫度信號實時調整紅外發射器驅動電路的輸入電壓，從而調整驅動電路的輸出 電流以使紅外發射器輸出的光功率保持不變，從而使氣液兩相流檢測精度不受環境溫度變 化的影響；而且本發明的溫度補償裝置結構簡單、易于實現。本發明的用于氣液兩相流檢測 的紅外檢測裝置設有溫度補償裝置，可根據當前環境溫度增大或降低紅外激光二極管的驅 動電流，補償因環境溫度升高或下降導致的輸出光功率下降或升高，從而保持紅外激光二 極管的輸出光功率恒定，使氣液兩相流檢測精度不受環境溫度變化的影響。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明中溫度補償裝置在具體實施例中的方框結構圖。
[0023] 圖2為本發明中溫度補償裝置和驅動電路的電路原理圖。
[0024] 圖中標號說明：1、測溫單元；2、溫度補償單元；3、驅動電路；4、紅外發射器。
【具體實施方式】
[0025] 以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。
[0026] 如圖1和圖2所示，本實施例的用于氣液兩相流檢測的紅外發射器的溫度補償裝 置，包括用于測量紅外發射器4內部溫度的測溫單元1、以及溫度補償單元2,本實施例中的 測溫單元1為安裝于紅外發射器4內部的測溫電阻，具體為熱敏電阻；溫度補償單元2的 輸入端與測溫單元1相連用于生成隨測溫單元1的溫度信號變化而變化的電壓信號，溫度 補償單元2的輸出端與紅外發射器4的驅動電路3的輸入端相連、用于根據電壓信號調整 驅動電路3的驅動電流以維持紅外發射器4的輸出光功率保持不變。本實施例的用于氣液 兩相流檢測的紅外發射器的溫度補償裝置，通過溫度補償單元2與測溫單元1相連，輸出隨 溫度變化的電壓值，作為驅動電路3的輸出電流設定值，其變化規律如下：1、環境溫度升高 時，紅外發射器4內的熱敏電阻測得的電阻阻值減小，經溫度補償單元2后，輸出電壓升高 即電流設定值增大，驅動電路3驅動紅外發射器4的驅動電流增大，使輸出光功率增大，補 償因環境溫度升高而導致的輸出光功率下降；2、當環境溫度降低，紅外發射器4內的熱敏 電阻阻值增大，經溫度補償單元2后，輸出電壓降低即電流設定值減小，驅動電路3驅動紅 外發射器4的驅動電流減小，使輸出光功率減小，補償因環境溫度降低而導致的輸出光功 率增大。因此，本發明的溫度補償裝置可根據當前環境溫度增大或降低紅外發射器4的驅 動電流，補償因環境溫度升高或下降導致的輸出光功率下降或升高，從而保持紅外發射器4 的輸出光功率恒定，使氣液兩相流檢測精度不受環境溫度變化的影響。另外本實施例中，紅 外發射器4為紅外激光二極管。
[0027] 如圖2所示，本實施例中，溫度補償單元2包括依次串聯的第一電阻單元、第二電 阻單元和第三電阻單元，第一電阻單元的一端與電源+5V相連，另一端與第二電阻單元的 一端相連，第三電