CN102478510A - 一种用于甲烷探测的光谱式传感器 - Google Patents
一种用于甲烷探测的光谱式传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102478510A CN102478510A CN2010105595424A CN201010559542A CN102478510A CN 102478510 A CN102478510 A CN 102478510A CN 2010105595424 A CN2010105595424 A CN 2010105595424A CN 201010559542 A CN201010559542 A CN 201010559542A CN 102478510 A CN102478510 A CN 102478510A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- methane
- laser
- surveyed
- spectrum
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
一种用于甲烷探测的光谱式传感器，由外壳、分布反馈式激光器、反射镜、探测器、锁相放大器、信号发生器、激光器电流和温度控制、通信单元组成。本发明采用分布反馈式激光器作为光源，通过光纤传感甲烷信号，利用二次调谐技术，从气室出来的光包含了气体的浓度信息，经过探测器转换成电信号，光电转换后的电信号经过前置放大，最后通过通信单元进入计算机，在计算机中完成信号处理和结果显示。
Description
技术领域：
本发明属于气体检测领域，具体涉及一种用于甲烷探测的光谱式传感器。
背景技术：
在煤矿中瓦斯监测是预防瓦斯事故的重要防线和保障措施。矿井瓦斯主要是由井下煤层气构成的以甲烷为主的有害气体，主要有甲烷、重烃等。对煤矿井下的甲烷气体进行安全检测是十分必要的。研制甲烷气体监测系统已成为气体检测领域的一个重要课题和研究方向。针对以往甲烷化学检测方法的缺陷，国内外都已经发展了光学检测，光谱传感器是利用吸收光谱型气体传感原理，在性能上完全不同于传统甲烷传感器。由于它具有传输功率损耗小，传输信息容量大，抗电磁干扰能力强，且耐高温、高压腐蚀、绝缘、阻燃防爆，易于实现远距离实时遥测和良好的气体选择性等优点，得到了广泛的关注。
根据比尔-朗伯特定律，出射光强I与入射光强I0和气体体积分数之间的关系为：I(t)＝I0(t)exp[-α(v)CL]，式中，I(t)为光通过介质吸收后的透射光强，I0(t)为入射到介质的光强，α(v)为气体吸收系数，C是介质的浓度，L是吸收路径的长度。光源为LD(半导体激光)光源，LD的光谱覆盖了瓦斯气体的吸收谱线，光通过气体后发生了谱线吸收。当气体浓度很小时，气体的吸收峰也很小，输出光强的变化也很小，根本无法检测出来，测量精度很低。若采用直流调制的激光光源，由于激光光源谱宽较窄(小于0.5nm)，测量精度有所提高。当气体浓度很小时，吸收峰变化也很小，测量效果仍然比较差。只有对光源进行交流调制，采用谐波检测技术，才能大幅度提高测量精度。如果光源谱分布宽度远远小于气体吸收线带宽，可以近似认为光源发出的是理想的单色光，通过对光源的注入电流进行正弦波调制，光源频率和输出光强也受到相应的调制。一次谐波分量主要是由强度调制引起的，幅度正比于光源的平均功率，和气体浓度没有关系，而二次谐波信号与气体的浓度和初始光强有光，检测二次谐波信号可以获得气体浓度信息。
发明内容：
为了解决现有甲烷检测技术中的不足，本发明提供了一种用于甲烷检测的光谱式传感器，其精度高、可靠性好，并且可以通过历史数据和井下甲烷浓度的分布，对瓦斯事故和瓦斯突发进行预报和报警。
本发明采用分布反馈式激光器作为光源，通过光纤传感甲烷信号，利用二次调谐技术，从气室出来的光包含了气体的浓度信息，经过光电二极管转换成电信号，光电转换后的电信号经过前置放大，最后通过数据采集进入计算机，在计算机中完成信号处理和结果显示。
系统采用1650nm波段的DFB LD(分布式反馈半导体激光器)作为光源，包括二极管激光器的温度控制系统和电流控制系统、光学系统、探测器、锁相放大器及其数据采集系统。
对于甲烷气体的探测，采用甲烷2v3带(R3)线的吸收对甲烷气体浓度进行探测。采用波长调制，利用二次谐波(2f)探测，来提高系统的探测灵敏度。谐波信号与吸收气体浓度N成正比，通过检测谐波信号可以得到气体浓度。
进行2f检测时，二极管激光器发出的光经过样品池，经角反射镜入射到探测器，探测器的信号进入锁相放大器，其输出的2f信号被采集到计算机。信号发生器同时产生锯齿波扫描信号与正弦波调制信号，通过激光器电流控制器对激光发射的光的波长进行调制，当进行直接吸收探测时，激光发射器的波长只被锯齿波扫描，而不被正弦波调制，探测器的信号不经过锁相放大器而直接送入计算机。
附图说明：
图1是本发明探测系统的总体框架图；
图2是本发明一个实施例的结构示意图。
图中1.信号发生器，2.激光器电流和温度控制，3.DFB LD激光器，4.吸收池，5.探测器，6.锁相放大器，7.计算机，8.外壳，9.进气口，10.气室，11.二极管激光器，12.反射镜，13.光电二极管，14.集成电路，15.无线天线。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，整个系统包括信号发生器(1)，激光器电流和温度控制(2)，DFB LD激光器(3)，吸收池(4)，探测器(5)，锁相放大器(6)，计算机(7)。信号发生器(1)产生锯齿波扫描信号和正弦波调制信号，激光器电流和温度控制(2)对DFB LD激光器(3)的状态进行调制，DFB LD激光器(3)即分布反馈式激光器，吸收池(4)中为待测气体甲烷，探测器(5)将透射过来的光信号转换为电信号，锁相放大器(6)对探测器(5)传输过来的电信号进行放大，然后传输给计算机(7)进行处理。
如图2所示的实施例中，该传感器由外壳(8)，二极管激光器(11)，反射镜(12)，光电二极管(13)，集成电路(14)，无线天线(15)组成，外壳(8)上有进气口(9)，二极管激光器(11)和反射镜(12)固定于外壳(8)上，二极管激光器(11)和反射镜(12)之间的空腔为气室(10)。二极管激光器(11)的激光频率为1650nm，反射镜(12)与入射光角度为45°，集成电路(14)包含了锯齿波扫描信号和正弦波调制信号发生模块，激光器电流和温度控制模块，锁相放大模块等。
以上是对本发明的说明而非限定，基于本发明思想的其他实施方式，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于甲烷探测的光谱式传感器，它是这样实现的，其特征是，由由外壳、分布反馈式激光器、反射镜、探测器、锁相放大器、信号发生器、激光器电流和温度控制、通信单元组成；分布式反馈激光器和反射镜固定于外壳上，外壳上有进气孔，分布式反射激光器与反射镜之间有空腔。
2.根据权利要求1所述的一种用于甲烷探测的光谱式传感器，其特征是，所述分布反馈式激光器为二极管激光器。
3.根据权利要求1所述的一种用于甲烷探测的光谱式传感器，其特征是，所述反射镜与入射光呈45°角。
4.根据权利要求1所述的一种用于甲烷探测的光谱式传感器，其特征是，所述分布反馈式激光器的发光波长为1650nm。
5.根据权利要求1所述的一种用于甲烷探测的光谱式传感器，其特征是，所述探测器为光电二极管。
6.根据权利要求1所述的一种用于甲烷探测的光谱式传感器，其特征是，所述锁相放大器、信号发生器、激光器电流和温度控制集成于一个电路上。
7.根据权利要求1所述的一种用于甲烷探测的光谱式传感器，其特征是，所述通信单元为无线通信模块。
8.根据权利要求7所述的一种用于甲烷探测的光谱式传感器，其特征是，所述通信单元为Zigbee模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105595424A CN102478510A (zh) | 2010-11-24 | 2010-11-24 | 一种用于甲烷探测的光谱式传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105595424A CN102478510A (zh) | 2010-11-24 | 2010-11-24 | 一种用于甲烷探测的光谱式传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102478510A true CN102478510A (zh) | 2012-05-30 |
Family
ID=46091222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010105595424A Pending CN102478510A (zh) | 2010-11-24 | 2010-11-24 | 一种用于甲烷探测的光谱式传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102478510A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104315348A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-01-28 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | 基于多次反射光路的天然气管道泄漏车载检测设备 |
| CN105388125A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-03-09 | 苏州优康通信设备有限公司 | 一氧化碳浓度的光学检测系统 |
| CN107941276A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-04-20 | 武汉米字能源科技有限公司 | 燃气流量和甲烷含量激光测量仪及测量方法 |
| CN111007025A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-14 | 深圳华领医学技术有限公司 | 一种可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置 |
-
2010
- 2010-11-24 CN CN2010105595424A patent/CN102478510A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104315348A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-01-28 | 安徽皖仪科技股份有限公司 | 基于多次反射光路的天然气管道泄漏车载检测设备 |
| CN105388125A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-03-09 | 苏州优康通信设备有限公司 | 一氧化碳浓度的光学检测系统 |
| CN107941276A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-04-20 | 武汉米字能源科技有限公司 | 燃气流量和甲烷含量激光测量仪及测量方法 |
| CN111007025A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-14 | 深圳华领医学技术有限公司 | 一种可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100545633C (zh) | 激光气体遥测的方法和装置 | |
| CN100520360C (zh) | 开放式天然气泄漏多路监测方法和光路结构 | |
| CN201575308U (zh) | 隧道开放空间天然气泄漏激光监测装置 | |
| CN1900696B (zh) | 空芯光子晶体光纤气体传感器 | |
| CN101887009B (zh) | 基于光学声波传感器的本征安全光声光谱气体监测系统 | |
| CN101308089B (zh) | 乙炔气体的光学检测装置 | |
| CN101281127A (zh) | 一种光纤分布式多点瓦斯实时监测仪及监测方法 | |
| CN106290248A (zh) | 油气开采与储运危险泄漏气体光纤传感系统装置 | |
| CN103439291B (zh) | 一种基于tdlas的分布式光纤甲烷监测系统 | |
| CN203745372U (zh) | 一种基于中红外可调谐半导体光源光谱吸收技术的甲烷浓度检测装置 | |
| CN101545856A (zh) | 煤矿采空区火灾光纤气体检测仪 | |
| Dong et al. | Compact portable QEPAS multi-gas sensor | |
| CN1808100A (zh) | 便携式红外半导体激光吸收式瓦斯气体检测方法及其装置 | |
| CN100507518C (zh) | 高性能光纤瓦斯传感器 | |
| CN105823755A (zh) | 一种基于可调谐半导体激光的自混合气体吸收传感系统 | |
| CN103411921A (zh) | 基于光学遥测镜头的手持式气体传感系统 | |
| CN102478510A (zh) | 一种用于甲烷探测的光谱式传感器 | |
| CN102128812B (zh) | 基于激光远距离供能的痕量气体检测装置和方法 | |
| CN201749080U (zh) | 基于分布反馈光纤激光器的光声光谱气体检测系统 | |
| CN100437091C (zh) | 一氧化碳和甲烷一体化光纤传感测量系统 | |
| CN214066929U (zh) | 一种基于tdlas技术的甲烷泄露监测系统 | |
| CN201237572Y (zh) | 乙炔气体的光学检测装置 | |
| CN201637668U (zh) | 基于光学声波传感器的本征安全光声光谱气体监测系统 | |
| CN102841074A (zh) | 一种温控半导体激光波长扫描光纤测量煤矿瓦斯方法 | |
| CN102879355A (zh) | 多模二极管激光吸收光谱技术监测甲烷气体浓度的装置及监测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Shanghai Fulai Information Technology Co., Ltd. Document name: Notification of before Expiration of Request of Examination as to Substance |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Shanghai Fulai Information Technology Co., Ltd. Document name: Notification that Application Deemed to be Withdrawn |
|
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120530 |