一種激光吸收光譜的氣體參量多點傳感測量的光路結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光吸收光譜的氣體參量多點傳感測量的光路結構，包括激光發(fā)射器，信號處理模塊，光開關模塊，傳輸光纖，光纖氣體傳感器，光電轉換模塊，顯示模塊，溫度控制模塊。激光器發(fā)出激光，被第一個光開關分成N路光強相等的光。其中一路為通過標準池的標準信號，其余N－1路為N－1個待測點經(jīng)過氣體吸收后的檢測信號，每路吸收都有一個光纖氣體傳感器。本實用新型使得同一檢測儀器可以覆蓋的檢測范圍大大增加，滿足對氣體參量進行長時間、在線、多點連續(xù)實時監(jiān)測的需要，具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、結構靈活、快速響應等優(yōu)點。
【專利說明】一種激光吸收光譜的氣體參量多點傳感測量的光路結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及激光探測【技術領域】，特別是一種氣體參量多點傳感測量的光路結構，具體涉及一種利用可調諧二極管激光吸收光譜法的氣體參量多點傳感測量的光路結構。
【背景技術】
[0002]可調諧半導體激光吸收光譜(tunablediode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技術利用可調諧半導體激光器窄線寬和波長可調諧特性檢測氣體的單根分子吸收譜線，它與波長調制(WMS)技術及二次諧波檢測技術相結合，是一種高靈敏度、高選擇性、高可靠性、快速在線、受環(huán)境干擾因素較小、非接觸測量的氣體檢測技術，在石油化工、環(huán)境監(jiān)測、冶金、煤炭、燃氣管網(wǎng)等領域中得到了廣泛應用。
[0003]光纖傳感技術具有抗電磁干擾、防燃防爆、可遠程控制等優(yōu)點。由于光纖傳輸損耗很小，氣體傳感器與檢測主機之間的距離可以相隔十幾甚至幾十公里，可實現(xiàn)長距離、多點的在線測量。由于傳感和傳輸?shù)亩际枪庑盘?，傳感網(wǎng)絡中沒有電氣連接，檢測信號不受電磁干擾，傳輸距離遠、覆蓋范圍廣。
[0004]《石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》規(guī)定，氣體檢測器的有效覆蓋水平平面半徑，室內為7.5米，室外為15米。在有效覆蓋面積內，應設置至少一臺檢測器。此外，在儲罐的進出料閥門組附近位置及可能存在泄漏氣體的機泵房、壓縮機房、灌瓶間閥組等應當分別設置氣體檢測儀。在環(huán)保領域，根據(jù)《環(huán)境空氣質量檢測規(guī)范》的規(guī)定，國家環(huán)境空氣質量評價點的設置數(shù)量應按每25-30km2建成區(qū)面積設I個監(jiān)測站，并且不少于8個點。以天然氣或瓦斯氣體為例，它們的主要成分是甲烷，具有易燃易爆性，在采掘、運輸及使用過程中極易發(fā)生爆炸，實時監(jiān)測其濃度非常重要。在油氣儲罐區(qū)、氣源廠等檢測目標分散在較大范圍區(qū)域的場合，以及在長距離油氣管網(wǎng)傳輸中，要經(jīng)濟、快速、可靠地對油氣的泄漏進行監(jiān)測，以最大限度地減少損失和對環(huán)境的污染，保證油氣管線的安全運行。
[0005]針對煤礦瓦斯、天然氣管道、化工廠等場所，現(xiàn)有氣體測量設備大部分都是單點測量。上述應用的主要特點是安全監(jiān)測的范圍大，距離長，監(jiān)測場所分散，要求監(jiān)測精度高，快速可靠。本實用新型公開了能滿足上述要求的一種激光吸收光譜的氣體參量多點傳感測量的光路結構。
實用新型內容
[0006]將光纖傳感技術與可調諧二極管激光吸收光譜技術相結合，用一套系統(tǒng)實現(xiàn)多點氣體的實時監(jiān)測。本實用新型公開了實現(xiàn)以上系統(tǒng)的光路結構。
[0007]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]一種基于可調諧二極管激光吸收光譜法的氣體參量多點傳感測量的光路結構，包括激光發(fā)射器，信號處理模塊，光開關模塊，傳輸光纖，光纖氣體傳感器，光電轉換模塊，顯不模塊，溫度控制模塊。激光器發(fā)出激光，被第一個光開關分成N路光強相等的光,分別通過N根光纖傳輸?shù)礁魑粘?。其中一路為通過標準池的標準信號，其余N — I路為N — I個待測點經(jīng)過氣體吸收后的檢測信號，每路吸收都有一個光纖氣體傳感器。這N路信號的輸出端分別對接到第2個光開關的輸入。光電轉換模塊連接在第2個光開關的輸出端，完成光電的轉換。本實用新型提出的這種基于可調諧二極管激光吸收原理的光纖氣體多點參量檢測的光路結構，在發(fā)射光路中多個傳感器共用一個光源，在接收光路中，共用一個探測器，采用這種多路復用技術不但使一套檢測設備可覆蓋的檢測范圍更廣，還簡化了系統(tǒng)結構，降低了整個系統(tǒng)的成本。
[0009]較佳地,所述的氣體參量為氣體濃度。
[0010]較佳地，所述的激光發(fā)射器包括二極管激光光源和激光驅動器。
[0011]較佳地，所述的二極管激光光源為近紅外可調諧分布反饋式激光器。
[0012]較佳地，所述的光開關模塊包括光開關和光開關驅動電路，連接在激光發(fā)射器和光電轉換模塊之間。
[0013]較佳地，所述的光開關模塊中，兩個光開關信號的選通信號同步
[0014]較佳地，所述的光電轉換模塊包括光電探測器及光電探測器信號處理電路，其一端連接于光開關模塊，另一端連接于信號處理模塊。
[0015]較佳地，所述的N為8。
[0016]本實用新型描述的一種基于可調諧二極管激光吸收光譜法的氣體參量多點傳感測量的光路結構，具有以下優(yōu)點:
[0017]1.所有的光信號都采用光纖傳輸，傳輸損耗很小，可實現(xiàn)長距離的在線測量。
[0018]2.這種多點傳感測量的光路結構，使一套檢測設備可覆蓋的檢測范圍更廣。
[0019]3.由于二極管激光器成本較高，本實用新型在發(fā)射光路中多個傳感器共用一個激光器，在接收光路中，多個傳感器共用一個探測器，這種多路復用結構簡化了系統(tǒng)結構，降低了單個測量點的價格。
[0020]綜上，本實用新型可增大同一檢測儀器的覆蓋范圍，特別適用于油氣管線等需要大范圍、長距離、實時監(jiān)測氣體參量的場所?？蓾M足對氣體參量進行長時間、在線、多點連續(xù)實時監(jiān)測的需要。具有靈敏度高、結構靈活、穩(wěn)定性好、快速響應等優(yōu)點。本實用新型在檢測易燃易爆、監(jiān)測有毒有害氣體及工業(yè)環(huán)境危險氣體的泄漏及其濃度等領域也有一定的應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]將光纖傳感技術與可調諧二極管激光吸收光譜技術相結合，用一套系統(tǒng)實現(xiàn)多點氣體的實時監(jiān)測。本實用新型公開了實現(xiàn)以上系統(tǒng)的光路結構。
[0023]下面以檢測甲烷氣體濃度為例，結合附圖詳細說明本實用新型的優(yōu)點和特征。
[0024]系統(tǒng)可選用甲烷氣體某個吸收中心波長的可調諧二極管激光器5作為光源，信號發(fā)生模塊2產(chǎn)生調制波，由激光器溫控4來穩(wěn)定激光器5的輸出波長，通過調節(jié)溫度可以對其輸出波長進行粗調，通過在激光器驅動電路3中改變激光器5的驅動電流，對激光器5的輸出波長進行掃描。
[0025]可調諧二極管激光器5發(fā)出激光,被1X8的光開關6分成8路光強相等的光,光開關6順序將輸入激光耦合到8個輸出端，這些輸出端通過傳輸光纖8與各光纖氣體探頭9-12相連接，實現(xiàn)一套檢測系統(tǒng)的8路分時檢測。其中一路經(jīng)過密封有一定濃度的甲烷標準氣體，將這路測量的信號作為系統(tǒng)的定標信號，另外7路連接于7個待測點放置的光纖氣體傳感器9 一 12。經(jīng)各監(jiān)測點的氣體吸收后的各路光信號，攜帶有各監(jiān)測點的甲烷氣體濃度信息。這7路光信號的輸出端通過光纖連接于光開關15的輸入,光開關15的輸出連接于光電探測器18。光開關6和光開關15的端口由選通信號同步選通。實際應用中，可將光開關6的單通道檢測時間設為5秒，則通道掃描周期為40秒。由光電探測器18將光信號轉換為電信號。隨后對信號進行前置放大、濾波、A / D轉換、濃度計算等處理，此部分由信號處理模塊20完成，最后將算出的監(jiān)測點的甲烷氣體濃度輸出顯示21。
【權利要求】
1.一種激光吸收光譜的氣體參量多點傳感測量的光路結構，包括激光發(fā)射器，信號處理模塊，光開關模塊，傳輸光纖，光纖氣體傳感器，光電轉換模塊，顯示模塊，溫度控制模塊； 激光器發(fā)出激光，被第一個光開關分成N路光強相等的光，分別通過N根光纖傳輸?shù)礁鞴饫w氣體傳感器；其中一路為通過標準池的標準信號，其余N— I路為N— I個待測點經(jīng)過氣體吸收后的檢測信號，每路吸收都有一個光纖氣體傳感器；這N路信號的輸出端分別對接到第2個光開關的輸入；光電轉換模塊連接在第2個光開關的輸出端，完成光電的轉換。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種激光吸收光譜的氣體參量多點傳感測量的光路結構，其特征在于所述的氣體參量為氣體濃度；所述的激光發(fā)射器包括二極管激光光源和激光驅動電路，所述的激光發(fā)射器為近紅外可調諧分布反饋式激光器。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種激光吸收光譜的氣體參量多點傳感測量的光路結構，其特征在于所述的光開關模塊包括光開關和光開關驅動電路，連接在激光發(fā)射器和光電轉換模塊之間，兩個光開關信號的選通信號同步。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種激光吸收光譜的氣體參量多點傳感測量的光路結構，其特征在于所述的光電轉換模塊包括光電探測器及光電探測器信號處理電路，其一端連接于光開關模塊，另一端連接于信號處理模塊。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種激光吸收光譜的氣體參量多點傳感測量的光路結構，其特征在于所述的N為8。
【文檔編號】G01N21/39GK203720081SQ201320870328
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權日:2013年12月27日
【發(fā)明者】呂鐵良, 董曉舟, 馬傳敏, 楊傳保, 張揚 申請人:北京航星網(wǎng)訊技術股份有限公司