CN102346133A - 煤矿瓦斯监测装置和监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿瓦斯监测装置和监测方法，所述装置包括：激光器、信号探测器、激光器控制模块、信号处理模块、数据分析模块和样品室；所述激光器控制模块连接到所述激光器，用于驱动所述激光器向所述样品室中的样品气体发射特定波长的激光；所述信号探测器，用于获取通过所述样品室中样品气体的透射信号，并将所述透射信号发送到所述信号处理模块；所述信号处理模块，用于将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱；所述数据分析模块，用于分析所述待测气体吸收光谱，得到待测气体的信息。该监测方案不会受到水分、粉尘等其它因素的影响，能够提高对煤矿瓦斯监测的精确度。

Description

煤矿瓦斯监测装置和监测方法

技术领域：

本发明涉及环境监测领域，尤其涉及一种煤矿瓦斯监测装置和监测方法。 

背景技术：

我国是世界上第一煤炭生产大国和消费大国，全国大小煤矿28000多处，国有重点煤矿中，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井约占一半。瓦斯是煤矿安全生产的最大危害。全国煤矿重特大安全事故不断发生，新中国成立以来，煤矿共发生22起一次死亡百人以上事故，其中20起为瓦斯(煤尘)事故，事故起数和死亡人数，分别占91％、93％。，给人民生命财产带来了巨大损失，在国内外造成严重影响。提高对煤矿作业场所瓦斯气体的监测检测水平和早期预警能力，是当前煤矿安全生产中的紧迫需求。 

目前我国普遍采用的煤矿瓦斯监测设备主要有两类，一类基于传统的催化燃烧方法，另一类主要采用红外光谱技术。基于催化燃烧技术的瓦斯监测设备存在较多缺点，如工作稳定性差，测量精度低，读数易漂移，使用寿命短、需要频繁校准等。此外，当被测气体含卤化物、硫、磷、砷等时会造成传感器的永久性或暂时性中毒，造成传感器的彻底损坏。这类设备一方面精度差、使用不方便，另一方面长期使用维护成本较高；基于红外光谱技术的设备通常采用钨丝或镍铬丝等发光元件作为光源，并用带通干涉滤光片对检测器的接收波长加以选择，带来光谱分辨率较低的缺陷。由于光谱分辨率低，测量易受到背景中其它气体的干扰，从而降低了测量的准确度与测量重复性。由于煤矿环境恶劣、含湿量大，被测气体中水蒸气和二氧化碳浓度会严重影响红外气体探测器的测量准确度。这是红外技术在煤矿瓦斯监测中存在的一个严重缺点。 

通过对现有技术的研究，发明人发现，这种采用催化燃烧及红外光谱技术的煤矿瓦斯监测方案中，因稳定性差，且易受到样品气体中水蒸气、粉尘等其它因素的干扰，造成了煤矿瓦斯监测的精确度较低，误报警率高。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种煤矿瓦斯监测的装置和监测方法，以在对煤矿瓦斯浓度进行监测时，减小水蒸气、粉尘和二氧化碳等其它因素的干扰，提高煤矿瓦斯监测的精确度。 

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案： 

一种煤矿瓦斯监测装置，包括：激光器、信号探测器、激光器控制模块、信号处理模块、数据分析模块和样品室； 

所述激光器控制模块连接到所述激光器，用于驱动所述激光器向所述样品室中的样品气体发射特定波长的激光； 

所述信号探测器，用于获取通过所述样品室中样品气体的透射信号，并将所述透射信号发送到所述信号处理模块； 

所述信号处理模块，用于将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱； 

所述数据分析模块，用于分析所述待测气体吸收光谱，得到待测气体的信息。 

优选的，所述信号处理模块包括： 

信号放大单元，用于放大所述信号探测器获取到的透射信号； 

信号解调单元，用于解调放大后的透射信号，得到待测气体吸收光谱。 

优选的，所述装置还包括： 

锁相放大电路，用于从待测气体吸收光谱中获取倍频信号曲线； 

所述数据分析模块通过分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息。 

优选的，所述装置还包括： 

显示模块，连接到所述数据分析模块，用于显示监测到的待测气体的信息。 

优选的，所述样品室为单一样品室或多次反射样品室。 

优选的，所述激光器为半导体分布反馈式激光器或半导体垂直腔面发射激光器。 

优选的，所述激光控制模块包括： 

温度控制单元，连接到所述激光器，用于控制所述激光器的工作温度； 

电流控制单元，连接到所述激光器，用于调制通过所述激光器的电流。 

优选的，测量煤矿瓦斯浓度时，所述特定波长为： 

1310nm～1345nm、1630～1700nm、2150nm～2450nm或3130nm～3500nm区域中的任意波长。 

相应于上述煤矿瓦斯监测装置，本发明还提供了一种煤矿瓦斯监测方法，包括： 

向样品室发射出特定激光束； 

接收通过所述样品室中样品气体的透射信号； 

将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱； 

分析所述待测气体吸收光谱得到待测气体的信息。 

优选的，将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱，包括： 

将所述透射信号由光信号转换为电信号； 

放大所述透射信号，并解调放大后的透射信号，得到待测气体吸收光谱。 

本发明还提供了另一种煤矿瓦斯监测方法，包括： 

将低频锯齿波和高频正弦波叠加后驱动激光器向样品室发射特定激光束； 

获取通过所述样品室中待测气体的包含高频信息的透射信号； 

将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱； 

获取吸收光谱谱线中的倍频信号曲线； 

分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息。 

优选的，所述分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息之前，还包括： 

实时获取样品室的压力和温度值； 

根据所获取到的压力和温度值修正所述倍频信号曲线。 

应用本发明实施例所提供的技术方案，所提供的煤矿瓦斯监测装置和监测方法中，采用激光替代了现有技术中的红外光作为光源，由于激光具有优异的单色性，可选取单一的气体吸收光谱谱线作为测量的目标，因此本发明提供的煤矿瓦斯监测方案不会受到水分、粉尘等其它因素的影响，能够提高对煤矿瓦斯监测的精确度。此外，激光器与红外线发射器相比，具有高可靠性、高稳定性、不会漂移、不需频繁的定位和校准等优点。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明实施例一中提供的气体检测装置的结构示意图； 

图2为本发明实施例一中提供的直接吸收谱线和调制吸收谱线示意图； 

图3为本发明实施例二中提供的煤矿瓦斯监测方法的流程示意图； 

图4为本发明实施例三中提供的煤矿瓦斯监测方法的流程示意图。 

具体实施方式

现有技术中所通常采用的红外光谱技术的煤矿瓦斯监测方案中，因红外线易受到样品气体中水蒸气、粉尘和二氧化碳等其它因素的干扰，造成了煤矿瓦斯监测的精确度较低。 

为解决本发明实施例提供了一种煤矿瓦斯监测装置，其特征在于，包括：激光器、信号探测器、激光器控制模块、信号处理模块、数据分析模块和样品室；所述激光器控制模块连接到所述激光器，用于驱动所述激光器向所述样品室中的样品气体发射特定波长的激光束；所述信号探测器，用于获取通过所述样品室中样品气体的透射信号，并将所述透射信号发送到所述信号处理模块；所述信号处理模块，用于将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱；所述数据分析模块，用于分析所述待测气体吸收光谱，得到待测气体的信息。 

基于上述煤矿瓦斯监测装置，本发明实施例还提供了一种煤矿瓦斯监测方法，包括：向样品室发射出特定激光束；接收通过所述样品室中样品气体的透射信号；将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱；分析所述待测气体吸收光谱得到待测气体的信息。 

基于上述煤矿瓦斯监测装置，本发明实施例还提供了另一种煤矿瓦斯监测方法，其特征在于，包括：将低频锯齿波和高频正弦波叠加后驱动激光器向样品室发射特定激光束；获取通过所述样品室中待测气体的包含高频信息的透射信号；将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱；获取吸收光谱谱线中的倍频信号曲线；分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息。 

本发明具体实施例提供的煤矿瓦斯监测装置和监测方法，采用激光替代了现有技术中的红外光作为光源，由于激光具有优异的单色性，可选取单一的气体吸收光谱谱线作为测量的目标，因此本发明提供的煤矿瓦斯监测方案不会受到水分、粉尘等其它因素的影响，能够提高对待测气体监测的精确度。此外，激光器与红外线发射器相比，具有高可靠性、高稳定性、不会漂移、不需频繁的定位和校准等优点。 

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

实施例一： 

图1为本发明实施例一提供的气体检测装置的一种结构示意图，该装置包括： 

激光器101、信号探测器102、激光器控制模块103、信号处理模块104、数据分析模块105和样品室106。 

所述激光器控制模块103连接到所述激光器101，用于驱动所述激光器101向所述样品室106中的样品气体发射特定波长的激光。 

所述激光器101可以为可调谐二极管激光器，具体的可以为：半导体分布反馈式激光器或半导体垂直腔面发射激光器。 

所述样品室106中通入样品气体。所述样品室106可以为单一样品室或多次反射样品室，所述多次反射样品室具体可以为两次反射样品室、Herriott型或White型多次反射样品室。采用多次反射样品室，可以提高测试路径的长度，提高测量精度和灵敏度。 

所述激光器控制模块103，可以通过改变激光器的操作温度和通过电流，来驱动激光器调制发射特定波长、频率和波形的激光，其中通常所采用的波形可以为：锯齿波、三角波和正弦波。所述激光器控制模块具体可以包括：温度控制单元103a，连接到所述激光器，用于控制所述激光器的工作温度； 电流控制单元103b，连接到所述激光器，用于调制通过所述激光器的电流，激光器输入电流的调整，不仅可以改变激光器的输出频率，同时调制激光器的输出波长扫描待测气体的吸收光谱谱线。通过激光器控制模块103控制激光器101在特定的波长范围内连续调谐，使待测气体在该特定波长范围内具有吸收谱线。 

以当待测气体为甲烷为例，所述特定波长可以为： 

1310nm～1345nm、1630～1700nm、2150nm～2450nm或3130nm～3500nm区域中的任意波长。 

具体的，可以选择任意但不局限于以下波长值中的任意一个作为甲烷气体的监测波长： 

1312.7nm、1314.2nm、1314.6nm、1316.4nm、1318.3nm、1320.2nm、1324.0nm、1325.9nm、1327.8nm、1329.6nm、1331.6nm、1337.1nm、1339.1nm、1340.8nm、1341.0nm、1343.0nm、1630.5nm、1632.9nm、635.4nm、1637.7nm、1640.4nm、1642.9nm、1645.5nm、1648.2nm、1652.0nm、1653.7nm、1656.5nm、1659.4nm、1662.3nm、1666.0nm、1671.4nm、1674.5nm、1677.6nm、1680.8nm、1684.0nm、1687.3nm、1690.7nm、1694.0nm、1697.4nm。 

本发明实施例所提供的技术方案，不仅可以适用于煤矿瓦斯的检测，而且适用于如二氧化碳，一氧化碳，氧气，硫化氢，氨气等其它气体的检测。相应于某种待测气体，可以对应的选择相应的特定波长，在此不再赘述。 

所述信号探测器102，用于获取通过所述样品室中406样品气体的透射信号，并将所述透射信号发送到所述信号处理模块104。所述信号探测器102可以将所述透射信号由光信号转换为电信号。 

所述信号处理模块104，用于将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱。为了提高煤矿瓦斯监测结果的精准度，在将透射信号转换为待测气体吸收光谱之前，还可以放大所述透射信号，因此，所述信号处理模块具体可以包括：信号放大单元104a，用于放大所述信号探测器获取到的透射信号；信号解调单元104b，用于解调放大后的透射信号，得到待测气体吸收光谱。 

所述数据分析模块105，用于分析所述待测气体吸收光谱，得到待测气体的信息。 

此外，如图1所示，本实施例提供的煤矿瓦斯监测装置还可以包括：显示模块107，连接到所述数据分析模块105，用于显示监测到的待测气体的信息。 

本发明实施例所提供的气体检测装置可采用直接吸收光谱技术或调制吸收光谱技术实现气体监测。 

当采用直接吸收光谱技术实现气体监测时，所述数据分析模块可基于如下方式得到待检测气体的浓度： 

基于朗伯-比耳定律(Beer-Lambert’s law)的原理，朗伯-比耳定律描述了当单色光穿过均匀气体介质时透射光强和入射光强的关系。朗伯-比耳定律参见公式1： 

$\mathrm{\τ}\left(v\right)={\left(\frac{I_t}{I_0}\right)}_v=e^{-\mathrm{\α}\left(v\right)\·L},$ 公式1。 

其中，τ_v为激光的透射率；I_t和I_o分别为激光的初始光强以及透射光强；α(v)[cm^-1]为光谱的吸收系数；L[cm]为光程长度。α(v)L代表光谱的吸收强度。初始光强I₀可以通过如下方式获得：1，选取透射光强中未被气体吸收的部分，进行多项式拟合，得到初始光强I₀。2，将激光器的输出激光分为两束，一束光通过样气室，另一束通过检测装置用于获取激光的初始光强。3，在激光器内部设置激光强度探测器，采用该探测器获取的激光强度信号作为初始光强信号。 

$A_i=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}-\ln \left(\frac{I}{I_0}\right)\mathrm{dv}=S_i\left(T\right)\·P\·X\·L,$ 公式2。 

其中P[atm]为总压，压力的数值可以通过压力传感器测量得到，L[cm]为光程长度，由样品室的长度及反射次数确定，X为待测气体的浓度，S(T)[cm^-2/atm]为吸收强度，A[cm^-1]为光谱积分面积。以下其它公式中，相同字母表示的意义可相互参见，不再赘述。 

因积分面积正比于被测气体的分压，因此根据公式2，待测气体的浓度X可以由公式3得到： 

$X=\frac{A}{\∫{\mathrm{PL\Φ}}_{v}S\left(T\right)\mathrm{dv}}=\frac{A}{P\·L\·S\left(T\right)},$ 公式3。 

其中P[atm]为总压，L[cm]为光程长度，S(T)[cm^-2/atm]为吸收强度，A[cm^-1]为光谱积分面积。 

调制吸收光谱技术广泛地用于微量气体检测，相比于直接吸收光谱技术，调制吸收光谱技术可以明显提高检测精度。当采用调频吸收光谱技术实现气体监测时，激光控制模块将低频锯齿波和高频正弦波叠加后驱动激光器向样品室发射特定激光束。 

所述气体监测装置还可以包括：锁相放大电路，用于从待测气体吸收光谱中获取倍频信号曲线；锁相放大器可以将测量域从低频区域转移到高频区域，可以明显降低噪音，提高检测精度。 

所述数据分析模块通过分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息，具体计算方式如下： 

激光器的输出频率如公式(4)所示： 

$v\left(t\right)=\stackrel{\‾}{v}\left(t\right)+a\cos \left(2\mathrm{\π}{f}_{m}t\right),,$ 公式4。 

其中 

[cm^-1]是激光器的中心频率，a[cm^-1]是调制幅值，f_m[Hz]为调制频率。光谱透射系数可以通过泰勒级数(公式5)展开： 

$\mathrm{\τ}(\stackrel{\‾}{v}+a\cos \left({2\mathrm{\πf}}_{m}t\right))=\underset{n=0}{\overset{n=+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{H}_n(\stackrel{\‾}{v},a)\cos \left(n2\mathrm{\π}{f}_{m}t\right),$ 公式5。 

其中 是透射吸收的第n级傅里叶系数，如公式(6)和公式(7)所示： 

$H_0(\stackrel{\‾}{v},a)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{+\mathrm{\π}}\mathrm{\τ}(\stackrel{\‾}{v}+a\cos \mathrm{\θ})\mathrm{d\θ},$ 公式6。 

$H_n(\stackrel{\‾}{v},a)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{+\mathrm{\π}}\mathrm{\τ}(\stackrel{\‾}{v}+a\cos \mathrm{\θ})\·\cos \left(\mathrm{n\θ}\right)\·\mathrm{d\θ},$ 公式7。 

对气体吸收强度较弱时，参见公式8： 

S·P·X·φ(v)·L≤0.05    公式8。 

透射系数可以近似为公式9所示： 

$\mathrm{\τ}\left(v\right)=\frac{I\left(v\right)}{I_0\left(v\right)}=e^{-\mathrm{\α}\left(v\right)L}\≈[1-S\·P\·X\·\mathrm{\φ}\left(v\right)\·L],$ 公式9。 

N次谐波傅里叶系数可以简化为公式10所示： 

$H_n(\stackrel{\‾}{v},a)=-\frac{S\·P\·X\·L}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{+\mathrm{\π}}\mathrm{\φ}(\stackrel{\‾}{v}+a\cos \mathrm{\θ})\·\cos \left(\mathrm{n\θ}\right)\·\mathrm{d\θ},$ 公式10。 

其中，二倍频(2f)信号是被最为广泛使用的信号。主要原因有两点：二倍频信号的线型对称并且峰值位于谱线的中心位置；二倍频是偶数谐波中最强的信号。二倍频信号不仅与谱线的光谱参数(例如吸收强度)有关，而且与调制幅度等参数有关。 

根据公式(10)，二次谐波的傅里叶系数如公式11所示： 

$H_2(\stackrel{\‾}{v},a)=-\frac{S\·P\·X\·L}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{+\mathrm{\π}}\mathrm{\φ}(\stackrel{\‾}{v}+a\cos \mathrm{\θ})\·\cos \left(2\mathrm{\θ}\right)\·\mathrm{d\θ},$ 公式11。 

由上述公式，结合待测气体吸收光谱中获取倍频信号曲线的峰值，可以计算出待测气体在样品气体中的含量。 

如图2所示，图中分别示出了直接吸收谱线、一倍频、二倍频、和三倍频的吸收谱线。 

本实施例所提供的气体监测装置中，采用激光替代了现有技术中的红外光作为光源，由于激光具有优异的单色性，可选取单一的气体吸收光谱谱线作为测量的目标，因此本发明提供的监测方案不会受到水分、粉尘等其它因素的影响，能够提高对待测气体监测的精确度。此外，激光器与红外线发射器相比，具有高可靠性、高稳定性、不会漂移、不需频繁的定位和校准等优点。 

相对应与上述实施例一中提供的煤矿瓦斯监测装置，本发明实施例还提供了一种煤矿瓦斯监测方法，该方法基于直接吸收光谱技术实现，在实施例二中进行详细的说明： 

实施例二： 

参见图3所示，为本实施例提供的煤矿瓦斯监测方法的流程示意图，该方法具体包括以下步骤： 

S301，向样品室发射出特定激光束； 

S301，接收通过所述样品室中样品气体的透射信号； 

S301，将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱； 

S301，分析所述待测气体吸收光谱得到待测气体的信息。 

其中，所述将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱，具体可以包括： 

将所述透射信号由光信号转换为电信号； 

放大所述透射信号，并解调放大后的透射信号，得到待测气体吸收光谱。 

对于本实施例提供的煤矿瓦斯监测方法而言，由于其基本相应于实施例一中提供的煤矿瓦斯监测装置，所以相关之处参见装置实施例的说明即可，在此不再赘述。 

相对应与上述实施例一中提供的煤矿瓦斯监测装置，本发明实施例还提供了一种煤矿瓦斯监测方法，该方法基于调制吸收光谱技术实现，相比于实施例二中提供的方法，本方法可以明显提高检测精度，在实施例三中进行详细的说明： 

实施例三： 

参见图所示，为本实施例提供的煤矿瓦斯监测方法的流程示意图，该方法具体包括以下步骤： 

S401，将低频锯齿波和高频正弦波叠加后驱动激光器向样品室发射特定激光束； 

S402，获取通过所述样品室中待测气体的包含高频信息的透射信号； 

S403，将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱； 

S404，获取吸收光谱谱线中的倍频信号曲线； 

S405，分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息。 

其中，为了使所得到的待测气体信息更加精确，在所述分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息之前，还可以包括： 

实时获取样品室的压力和温度值； 

根据所获取到的压力和温度值修正所述倍频信号曲线。 

这样，在样品室中样品气体的不同压力和温度的情况下，可以实现对倍频信号进行实时修正，对温度和压力做出补偿，从而得到更精确的待测气体信息。 

对于本实施例提供的煤矿瓦斯监测方法而言，由于其基本相应于实施例一中提供的煤矿瓦斯监测装置，所以相关之处参见装置实施例的说明即可，在此不再赘述。 

应用本发明实施例所提供的技术方案，采用激光替代了现有技术中的红外光作为光源，由于激光具有优异的单色性，可选取单一的气体吸收光谱谱线作为测量的目标，因此本发明提供的煤矿瓦斯监测方案不会受到水分、粉尘等其它因素的影响，能够提高对待测气体监测的精确度。此外，激光器与红外线发射器相比，具有高可靠性、高稳定性、不会漂移、不需频繁的定位和校准等优点。该方案不仅可以适用于煤矿瓦斯的检测，而且适用于如二氧化碳，一氧化碳，氧气，硫化氢，氨气等其它气体的检测。 

对于本发明的方法实施例而言，由于其基本相应于装置实施例，所以相关之处参见装置实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个设备上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。 

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，所述单元或子单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或多个子单元结合一起。另外，多个单元可以或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。 

另外，所描述装置和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本申请的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。 

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (12)

1.一种煤矿瓦斯(甲烷)监测装置，其特征在于，包括：激光器、信号探测器、激光器控制模块、信号处理模块、数据分析模块和样品室；

所述激光器控制模块连接到所述激光器，用于驱动所述激光器向所述样品室中的样品气体发射特定波长的激光；

所述信号探测器，用于获取通过所述样品室中样品气体的透射信号，并将所述透射信号发送到所述信号处理模块；

所述信号处理模块，用于将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱；

所述数据分析模块，用于分析所述待测气体吸收光谱，得到待测气体的信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：

信号放大单元，用于放大所述信号探测器获取到的透射信号；

信号解调单元，用于解调放大后的透射信号，得到待测气体吸收光谱。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

锁相放大电路，用于从待测气体吸收光谱中获取倍频信号曲线；

所述数据分析模块通过分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

显示模块，连接到所述数据分析模块，用于显示监测到的待测气体的信息。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述样品室为单一样品室或多次反射样品室。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述激光器为半导体分布反馈式激光器或半导体垂直腔面发射激光器。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光控制模块包括：

温度控制单元，连接到所述激光器，用于控制所述激光器的工作温度；

电流控制单元，连接到所述激光器，用于调制通过所述激光器的电流。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当测量煤矿瓦斯时，所述特定波长为： 

1310nm～1345nm、1630～1700nm、2150nm～2450nm或3130nm～3500nm区域中的任意波长。

9.一种煤矿瓦斯监测方法，其特征在于，包括：

向样品室发射出特定激光束；

接收通过所述样品室中样品气体的透射信号；

将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱；

分析所述待测气体吸收光谱得到待测气体的信息。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱，包括：

将所述透射信号由光信号转换为电信号；

放大所述透射信号，并解调放大后的透射信号，得到待测气体吸收光谱。

11.一种煤矿瓦斯监测方法，其特征在于，包括：

将低频锯齿波和高频正弦波叠加后驱动激光器向样品室发射特定激光束；

获取通过所述样品室中待测气体的包含高频信息的透射信号；

将所述透射信号转换为待测气体吸收光谱；

获取吸收光谱谱线中的倍频信号曲线；

分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述分析所述倍频信号的峰值得到待测气体的信息之前，还包括：

实时获取样品室的压力和温度值；

根据所获取到的压力和温度值修正所述倍频信号曲线。 

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