CN102809543A - 气体浓度检测系统及其检测设备和检测精度调节机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体浓度检测系统及其检测设备和检测精度调节机构，检测精度调节机构包括用于将相应前光纤部分中的光导向待测气体的光导出装置和用于将经相应待测气体吸收后的光导入后光纤部分的光回收装置，检测精度调节机构还包括导向方向线性延伸的导轨，导轨上设置有两个可相对和向背运动的前安装块和后安装块，所述的光导出装置固定安装在所述的前安装块上，所述的光回收装置固定安装在所述的后安装块上。本发明解决了现有技术中，气体浓度检测灵敏度无法调节的问题。
Description
技术领域
本发明涉及气体浓度检测领域，尤其涉及气体浓度检测系统及其检测设备和检测精度调节机构。
背景技术
传统上，用于气体浓度检测的传感器主要是基于电磁技术的传感器，如电化学式气体传感器、半导体式气体传感器等。这类气体浓度检测传感器不能应用于强电磁干扰环境及易燃易爆气体的检测，而且受检测原理限制，其检测结果与实际偏差很大。当然，还有一些气体检测装置基于大气传输理论的本征谱带吸收原理（即当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比），进行其它浓度检测，但这些装置多数只能实现离线的测量，而且在强电磁干扰的环境下，其应用也会受到很大的限制。由于光纤具有防磁防爆的特点，因此，近些年出现了将光纤引入到光学式气体检测系统中来的光纤气体浓度检测系统，光纤可以实现光的远距离传输，使电路部分可以在远离现场条件下使用，从而实现强电磁干扰环境下的在线气体浓度检测。
现有的光纤气体浓度检测系统如中国专利CN 101413881A公开的一种“光纤光栅可调谐滤波特性的气体浓度的测量系统”，该测量系统包括激光发生装置，激光发生装置射出的激光被分光器分成参考光路和气体吸收光路两路，在参考光路上设有用于将光信号转换为电信号的光电探测器；在气体吸收光路上依次设有准直器、气体吸收池、耦合透镜、多模光纤、传输光纤、锁相放大器、光电探测器，气体吸收光路的光纤分为前光纤部分和后光纤部分，气体吸收池置于前、后光纤部分之间，测量系统还包括与参考光路和气体吸收光路的输出端相连的用于采集数据并进行分析比较处理的处理系统，处理系统包括数据采集卡和计算机。具体测量过程为，激光发生装置射出的激光被分光器分成参考光路和气体吸收光路，气体吸收光路中的光经准直器进入气体吸收池，在气体吸收池中被吸收后通过耦合透镜、多模光纤、传输光纤和光电探测器被转换成电信号；参考光路中的光信号被光电探测器直接转化成电信号，两路光路中的电信号经处理系统处理后，得出气体吸收光路与参考光路的比值并以该比值来求出气体的浓度。在气体吸收光路中，准直器用于将初入气体吸收光路中的光导入气体回收室的光导出装置，耦合透镜相当于一个对经气体吸收池的光进行回收的光回收装置。现有的这种测量系统虽能实现对气体浓度的测定，但是不能调节对气体浓度检测的气体检测灵敏度，因为测量系统对气体浓度的检测灵敏度跟光穿过气体吸收室的长度有关，而现有这种测量系统中的光在气体吸收室的行程等于气体吸收室的长度，是不能进行调节的，如果要改变测量系统的气体检测灵敏度时，则需要改变气体吸收室的长度，这样会非常麻烦，操作不便，影响检测效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够方便调节气体检侧灵敏度的检测精度调节机构；本发明的目的还在于提供一种使用上述检测精度调节机构的检测设备；本发明的目的还在于提供一种使用上述检测设备的气体浓度检测系统。
为了解决上述问题，本发明中检测精度调节机构的技术方案为：
检测精度调节机构，包括用于将相应前光纤部分中的光导向待测气体的光导出装置和用于将经相应待测气体吸收后的光导入后光纤部分的光回收装置，检测精度调节机构还包括导向方向线性延伸的导轨，导轨上设置有两个可相对和向背运动的前安装块和后安装块，所述的光导出装置固定安装在所述的前安装块上，所述的光回收装置固定安装在所述的后安装块上。
所述的光导出装置由前端与相应前光纤部分相连的前光纤准直器构成，所述的光回收装置由后端与相应后光纤部分相连、并与所述前光纤准直器同轴设置的后光纤准直器构成。
所述的前安装块上设有实现所述前准直器固定安装的前安装孔，所述的后安装块上设有与所述前安装孔同轴设置、并实现所述后准直器固定安装的后安装孔。
本发明中检测设备的技术方案为：
检测设备，包括激光发生装置及信号输入端与激光发生装置的激光发生端相连的分光器，分光器具有两个信号输出端，分光器的两个信号输出端上分别连接有参考光路光纤和吸收光路光纤，参考光路光纤和吸收光路光纤的输出端上连接有用于对参考光路光纤和吸收光路光纤中的信息进行采集并分析比较的处理系统，所述的吸收光路光纤包括前光纤部分、后光纤部分，前光纤部分的后端连接有用于将相应前光纤部分中的光导向待测气体的光导出装置，后光纤部分的前端连接有用于将经相应待测气体吸收后的光导入后光纤部分的光回收装置，检测设备还包括导向方向线性延伸的导轨，导轨上设置有两个可相对和向背运动的前安装块和后安装块，所述的光导出装置固定安装在所述的前安装块上，所述的光回收装置固定安装在所述的后安装块上。
所述的光导出装置由前端与所述前光纤部分相连的前光纤准直器构成，所述的光回收装置由后端与所述后光纤部分相连、并与所述前光纤准直器同轴设置的后光纤准直器构成。
所述的前安装块上设有实现所述前准直器固定安装的前安装孔，所述的后安装块上设有与所述前安装孔同轴设置、并实现所述后准直器固定安装的后安装孔。
所述的处理系统包括与所述参考光路光纤末端相连的第一光接收器和与所述吸收光路光纤末端相连的第二光接收器，第一光接收器的输出端上信号连接有第一模拟信号处理器，第二光接收器的输出端上信号连接有第二模拟信号处理器，处理系统还包括信号输入端与所述第一、第二模拟信号处理器的信号输出端采样连接的差分电路和连接于差分电路的信号输出端上的数据处理器。
所述的激光发生装置包括输出端与分光器的信号输入端相连的激光器和与激光器控制连接的调制电路。
本发明中气体浓度检测系统的技术方案为：
气体浓度检测系统，包括用于容纳相应待测气体的气室和检测设备，检测设备包括激光发生装置及信号输入端与激光发生装置的激光发生端相连的分光器，分光器具有两个信号输出端，分光器的两个信号输出端上分别连接有参考光路光纤和吸收光路光纤，参考光路光纤和吸收光路光纤的输出端上连接有用于对参考光路光纤和吸收光路光纤中的信息进行采集并分析比较的处理系统，所述的吸收光路光纤包括前光纤部分、后光纤部分，前光纤部分的后端连接有用于将相应前光纤部分中的光导向待测气体的光导出装置，后光纤部分的前端连接有用于将经相应待测气体吸收后的光导入后光纤部分的光回收装置，光纤气体浓度检测系统还包括导向方向沿线性方向延伸的导轨，导轨上设置有两个可相对和向背运动的前安装块和后安装块，所述的光导出装置固定安装在所述的前安装块上，所述的光回收装置固定安装在所述的后安装块上，所述的光导出装置、光回收装置、导轨、前安装块和后安装块均设置于所述气室中。
所述的光导出装置由前端与所述前光纤部分相连的前光纤准直器构成，所述的光回收装置由后端与所述后光纤部分相连、并与所述前光纤准直器同轴设置的后光纤准直器构成，所述的前安装块上设有实现所述前准直器固定安装的前安装孔，所述的后安装块上设有与所述前安装孔同轴设置、并实现所述后准直器固定安装的后安装孔。
本发明的有益效果为：使用时将检测精度调节机构放置于待测气体中，通过调节前、后安装块之间的间距，从而达到调节光导出装置与光回收装置之间间距的目的，这样就可以调节被测气体对光波吸收层的厚度，从而实现检测精度的调节。调节过程中不需要改变气体吸收室的长度，调节方便，非常适用于批量检测。
附图说明
图1是本发明中气体浓度检测系统实施例的结构示意图，同时也是本发明中检测设备实施例的使用状态图，同时也是本发明中检测精度调节机构实施例的使用状态图。
具体实施方式
气体浓度检测系统的实施例如图1所示：包括容易容纳相应待测气体的气室21和检测设备，检测设备包括激光发生装置及信号输入端与激光发生装置通过光纤3相连的分光器4，激光发生装置包括激光器2及与激光器2控制连接的调制电路1。分光器4具有两个信号输出端，激光器2发出的激光被分光器4的两个信号输出端分成参考光路和气体吸收光路，参考光路包括连接于分光器4的其中一个信号输出端上的参考光路光纤5，气体吸收光路包括连接于分光器4的另外一个信号输出端上的吸收光路光纤6，光纤气体浓度检测系统还包括连接于参考光路光纤5和吸收光路光纤6的输出端以对参考光路光纤5和吸收光路光纤6中的信息进行采集并分析比较的处理系统。吸收光路光纤6中串接有检测精度调节机构，吸收光路光纤6被精度调节机构分成了前光纤部分和后光纤部分14，检测精度调节机构包括导向方向沿线性方向延伸的导轨10，导轨10上导向滑动装配有两个被相应驱动机构驱动而可相对和向背滑动的前安装块8和后安装块12，前安装块8上设有具有前安装孔的前光纤准直器座7，后安装孔上设有具有后安装孔的后光纤准直器座11，前安装孔与后安装孔同轴设置，前安装孔中固定安装有前端与前光纤部分相连的前光纤准直器9，后安装孔中固定安装有后端与后光纤部分14相连、并与前光纤准直器9同轴设置的后光纤准直器13，前光纤准直器9构成了用于将前光纤部分中的光导向待测气体的光导出装置，后光纤准直器13构成了用于将经待测气体吸收后的光导入后光纤部分14的光回收装置。处理系统包括与参考光路光纤5末端相连的第一光接收器15和与吸收光路光纤的后光纤部分14末端相连的第二光接收器17，第一、二光接收器用于将相应的光信号转换为电信号，第一光接收器15的输出端上信号连接有第一模拟信号处理器16，第二光接收器17的输出端上信号连接有第二模拟信号处理器18，第一、二模拟信号处理器用于将相应的电信号进行滤波和锁相放大处理，第一、二模拟信号处理器均属现有技术，其具体结构不再详述，处理系统还包括信号输入端与第一、二模拟信号处理器的信号输出端采样连接的差分电路19和连接于差分电路19的信号输出端上的数据处理器20，差分电路19用于采集第一、二模拟信号处理器中的信号，数据处理器20用于对差分电路19采集的信号进行比较分析处理。
气体浓度检测系统对气体浓度检测的步骤为：第一步，调节第一、二模拟信号处理器，使差分电路19的两路输入信号相等；第二步，将检测精度调节机构置于装有待测气体的气室中，通过驱动机构调整前、后安装块之间的间距，来实现前、后光纤准直器之间间距的调整，以达到气体浓度检测灵敏度的调节；第三步，激光发生装置发出激光，数据处理器20根据差分电路19采集的信息进行比较、分析和处理，并最终标定出待测气体的浓度。在检测过程中，激光发生装置所发出的光波波长位于待测气体的本征普带吸收段内，差分电路19与第一模拟信号处理器16和第二模拟信号处理器18相连，该差分电路19可对第一模拟信号处理器16和第二模拟信号处理器18处理后的信号进行差分处理；处理器20与差分电路19相连，以对差分处理后的信号进行处理。通过将检测精度调节机构置于气室中，可以实现气体浓度的在线检测。
在本气体浓度检测系统的其它实施例中，处理系统也可以不包括用于光电信号转换的第一、二光接收器，此时处理系统可以由相位解调系统代替，通过相位解条系统测出两路光纤输出的两束光的光相位差，间接求出气体的折射率，进而求出待测气体的浓度；前安装块和后安装块还可以一个固定，另一个滑动；当然驱动机构也可以不设，可以通过手动来调整前、后安装块之间的距离。
检测精度调节机构的实施例如图1所示：检测精度调节机构的具体结构如上述气体浓度检测系统实施例中所述的检测精度调节机构，在此不再详述。
检测设备的实施例如图1所示：检测设备的具体结构如上述气体浓度检测系统实施例中所述的检测设备，在此不再详述。
Claims (10)
1.检测精度调节机构，包括用于将相应前光纤部分中的光导向待测气体的光导出装置和用于将经相应待测气体吸收后的光导入后光纤部分的光回收装置，其特征在于：检测精度调节机构还包括导向方向线性延伸的导轨，导轨上设置有两个可相对和向背运动的前安装块和后安装块，所述的光导出装置固定安装在所述的前安装块上，所述的光回收装置固定安装在所述的后安装块上。
2.根据权利要求1所述的检测精度调节机构，其特征在于：所述的光导出装置由前端与相应前光纤部分相连的前光纤准直器构成，所述的光回收装置由后端与相应后光纤部分相连、并与所述前光纤准直器同轴设置的后光纤准直器构成。
3.根据权利要求2所述的检测精度调节机构，其特征在于：所述的前安装块上设有实现所述前准直器固定安装的前安装孔，所述的后安装块上设有与所述前安装孔同轴设置、并实现所述后准直器固定安装的后安装孔。
4.检测设备，包括激光发生装置及信号输入端与激光发生装置的激光发生端相连的分光器，分光器具有两个信号输出端，分光器的两个信号输出端上分别连接有参考光路光纤和吸收光路光纤，参考光路光纤和吸收光路光纤的输出端上连接有用于对参考光路光纤和吸收光路光纤中的信息进行采集并分析比较的处理系统，所述的吸收光路光纤包括前光纤部分、后光纤部分，前光纤部分的后端连接有用于将相应前光纤部分中的光导向待测气体的光导出装置，后光纤部分的前端连接有用于将经相应待测气体吸收后的光导入后光纤部分的光回收装置，其特征在于：检测设备还包括导向方向线性延伸的导轨，导轨上设置有两个可相对和向背运动的前安装块和后安装块，所述的光导出装置固定安装在所述的前安装块上，所述的光回收装置固定安装在所述的后安装块上。
5.根据权利要求4所述的检测设备，其特征在于：所述的光导出装置由前端与所述前光纤部分相连的前光纤准直器构成，所述的光回收装置由后端与所述后光纤部分相连、并与所述前光纤准直器同轴设置的后光纤准直器构成。
6.根据权利要求5所述的检测设备，其特征在于：所述的前安装块上设有实现所述前准直器固定安装的前安装孔，所述的后安装块上设有与所述前安装孔同轴设置、并实现所述后准直器固定安装的后安装孔。
7.根据权利要求4所述的检测设备，其特在于：所述的处理系统包括与所述参考光路光纤末端相连的第一光接收器和与所述吸收光路光纤末端相连的第二光接收器，第一光接收器的输出端上信号连接有第一模拟信号处理器，第二光接收器的输出端上信号连接有第二模拟信号处理器，处理系统还包括信号输入端与所述第一、第二模拟信号处理器的信号输出端采样连接的差分电路和连接于差分电路的信号输出端上的数据处理器。
8.根据权利要求4~7任意一项所述的检测设备，其特征在于：所述的激光发生装置包括输出端与分光器的信号输入端相连的激光器和与激光器控制连接的调制电路。
9.气体浓度检测系统，包括用于容纳相应待测气体的气室和检测设备，检测设备包括激光发生装置及信号输入端与激光发生装置的激光发生端相连的分光器，分光器具有两个信号输出端，分光器的两个信号输出端上分别连接有参考光路光纤和吸收光路光纤，参考光路光纤和吸收光路光纤的输出端上连接有用于对参考光路光纤和吸收光路光纤中的信息进行采集并分析比较的处理系统，所述的吸收光路光纤包括前光纤部分、后光纤部分，前光纤部分的后端连接有用于将相应前光纤部分中的光导向待测气体的光导出装置，后光纤部分的前端连接有用于将经相应待测气体吸收后的光导入后光纤部分的光回收装置，其特征在于：光纤气体浓度检测系统还包括导向方向沿线性方向延伸的导轨，导轨上设置有两个可相对和向背运动的前安装块和后安装块，所述的光导出装置固定安装在所述的前安装块上，所述的光回收装置固定安装在所述的后安装块上，所述的光导出装置、光回收装置、导轨、前安装块和后安装块均设置于所述气室中。
10.根据权利要求9所述的气体浓度检测系统，其特征在于：所述的光导出装置由前端与所述前光纤部分相连的前光纤准直器构成，所述的光回收装置由后端与所述后光纤部分相连、并与所述前光纤准直器同轴设置的后光纤准直器构成，所述的前安装块上设有实现所述前准直器固定安装的前安装孔，所述的后安装块上设有与所述前安装孔同轴设置、并实现所述后准直器固定安装的后安装孔。
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