CN103808690A - 光感终端 - Google Patents

Abstract

针对TDLAS技术设备难以井下工作的弊端，本发明提供一种光感终端，包括把手和箱体，在箱体内水平设有隔离板；在隔离板上开有隔离板通风孔和隔离板光纤通孔，通过绝缘板将光纤适配器固定在隔离板光纤通孔内；在箱体的上腔室内设有上腔室安装板；上腔室安装板上设有光纤卡扣和光纤适配器；在箱体上腔室的侧壁上开有箱体通风孔；在箱体下腔室内设有下腔室安装板；在下腔室安装板上固定有三块三块绕线板；在箱体的底边上开有进气口并配有防尘固定座并配有吸收池；在吸收池凹槽内安置有准直器连接杆和准直器。有益的技术效果：本产品首次提出并实现了采用TDLAS技术的设备的气体采样端在井下的运用，为该技术的推广做出创新性的工作。

Description

光感终端

技术领域

本发明属于气体监测设备领域，具体涉及一种光感终端。

背景技术

当前，随着经济建设迅速发展, 危险化学品气体的使用越来越广泛，其生产、储存、运输等各个环节面临的最大挑战就是安全问题, 时刻威胁着人们的健康和安全,对社会稳定造成不良影响。而造成当前我国危险化学品气体事故多发、后果严重的重要原因之一就是其检测监控技术的落后。

目前，市场上用于危险化学品气体监测的产品普遍为传统的电化学传感器。其工作原理是通过催化燃烧式和热导式气敏元件将待测气体的浓度值转换成电压信号送入传感器中进行放大处理。传感器中的单片机控制单元将接收到的电信号处理转换，最终输出显示数据和各种不同制式的信号，并对采集数据分析判断后输出报警信号，驱动后发出声光报警。电化学传感器具有测量范围小，灵敏度差、使用寿命短，存在零点漂移和灵敏度漂移，需要频繁维护，成本高等问题。同时电化学传感器需要电源供电，在危险化学品气体范围内，电流的存在会形成爆炸隐患，并且在电化学传感器工作区域如果发生事故导致电源断电，电化学传感器将无法正常工作，这将对之后的事故处理造成极大影响。

为了克服上述气体监测设备普遍存在的需要电源供电、测量范围小，灵敏度差、使用寿命短，存在零点漂移和灵敏度漂移，需要频繁维护，成本高等问题，目前学术界提出了采用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术，光感终端通过光纤将气体浓度信号传输至系统监控设备，从而实现气体浓度的监测的技术方案。TDLAS技术以可调谐半导体激光器作为光源，具有很高的光谱分辨率和可调谐性，有益效果如下：实现了工作时无需电源供电；在不能使用电力的特殊环境下可正常进行监测。如遇事故发生，事故现场断电，可为后续应急救援提供持续实时监测；不存在传统气体监测设备“中毒”失效的情况、高浓度气体冲击与零点漂移等问题，稳定性好，降低监测数据的误报和漏报；在监测一种气体时不受空气中其他气体干扰和温度、水汽、粉尘等环境因素影响；在不失灵敏度的情况下，反应速度可以达到毫秒级(ms)。可以做到实时监测气体浓度的快速变化情况。监测范围广，可实现8至125个监测点同时监测；使用寿命在5 年以上，远高于传统气体监测设备（电化学传感器）1 年使用寿命。

尽管TDLAS技术的运用为我国的检测监控技术的整体提高提供了新的方向与思路，但其目前仍处于实验理论验证与工业推广的阶段，对复杂工作环境的适应能力相对较差——导致采用TDLAS技术的气体检测设备无法大规模工业化实施的首要原因之一是：现有的TDLAS气体检测设备都是在底面使用的，其用来探测气体浓度的终端多是放在高精度的光学工作台上或厂区专门安置的检测环境箱内进行检测的。在实验室或技术演示时，准备配置一个高精度的光学平台，将探测气体浓度的终端与进行气体分析的仪器之间拖线连接是毫无问题的。而市场上迫切需要气体高精度检测的诸如采矿业等复杂作业环境中，上述设备配置模式是难以实现的，不但急需能够高精度检测的、采用TDLAS技术的设备，更要求该采用TDLAS技术的设备具备设备体积小、能够安置在井下狭窄隧道环境，且结构紧凑、结实，防尘防潮，符合井下通风要求。

发明内容

针对TDLAS技术的使用环境苛刻，缺少适用于矿山、井下等需要防尘、防潮与通风要求的光感终端的不足，本发明提供一种光感终端，能够使得运用TDLAS技术的设备的气体采样端能够在矿山、井下等环境工作，其具体结构如下：

光感终端，包括把手1和箱体2，所述箱体2为中空的矩形块；在箱体2的顶部设有把手1；在箱体2的侧壁上开有光纤入孔14；在箱体2内水平设有隔离板6，由隔离板6将箱体2分成相互独立的上腔室与下腔室；在隔离板6上开有一个隔离板通风孔13，在隔离板通风孔13右侧的隔离板6上开有两个隔离板光纤通孔；在靠近隔离板光纤通孔处的隔离板6底部设有一块绝缘板12；在每个隔离板光纤通孔内均设有一个光纤适配器7，光纤适配器7的管身与绝缘板12固定连接；即通过绝缘板12将光纤适配器7固定在隔离板光纤通孔内，光纤适配器7不与隔离板6接触；

在箱体2的上腔室内设有上腔室安装板3；上腔室安装板3，为由相互垂直的长板和短板构成的“L”形结构件；上腔室安装板3长板的背面与箱体2上腔室的底部固定连接，上腔室安装板3长板的正面固定连有两个光纤卡扣15，在上腔室安装板3短板上固定连接有两个备用光纤适配器21；

在箱体2上腔室的侧壁上开有箱体通风孔；在箱体通风孔内配有上侧通风板5；所述上侧通风板5为设有水平缝隙的薄板；

在箱体2下腔室内设有下腔室安装板8；所述下腔室安装板8为薄板；在下腔室安装板8上固定有三块按品字形排列绕线板，三个绕线板依次为第一绕线板11、第二绕线板19和第三绕线板20；

其中，第三绕线板20安置在靠近下腔室安装板8顶边处的中部，第三绕线板20为半圆环形且第三绕线板20的开口朝上；第三绕线板20上的两个端口与位于隔离板6上的两个光纤适配器7的下端接口相对齐；在第三绕线板20左下方的下腔室安装板8上设有第一绕线板11，第一绕线板11呈C字形且第一绕线板11的开口朝右；在第三绕线板20右下方的下腔室安装板8上设有第二绕线板19，第二绕线板19呈C字形且第二绕线板19的开口朝左；第一绕线板11和第二绕线板19沿下腔室安装板8的竖直中分线相互对称； 

在箱体2的底边上开有进气口，在进气口处的箱体2的外侧固定连接有防尘固定座9；防尘固定座9为矩形块，在防尘固定座9上设有一个竖直的进气通道，防尘固定座9上的进气通道与箱体2上的进气口相通；在防尘固定座9的进气通道内填充有两层过滤棉16；

在进气口处的箱体2的内侧设有吸收池10；所述吸收池10为矩形块，在吸收池10底面上开有吸收池凹槽17，吸收池凹槽17的截面呈倒置的V字形，在吸收池凹槽17内安置有准直器连接杆18，所述准直器连接杆18呈长条状；在准直器连接杆18的两端各连有一根短棒状的准直器，两个准直器共轴。

有益的技术效果

本产品首次提出并实现了采用TDLAS技术设备的气体采样端在矿山、井下等复杂环境的运用。解决了TDLAS的气体采样端原先对光学监测台的依赖的问题，避免井下湿气、粉尘、气流以及静电等矿井特殊环境因素对气体采样端的干扰。此外，本产品采用一体化设计，光学耦合度高，

本产品的体积小，仅2.5dm³，可直接挂在矿井侧壁的电路架上，借助矿井自然通风的气流，将环境气体自箱体底部的通风口吸入并由上侧通风板5排除，既避免用电带来的危险隐患，又克服传统电化学方式下气体自然扩散而存在的检测反应不及时，一旦检测达到饱和即“中毒”状态就必须更换的缺陷。本产品布置在需要高精度气体监测的环境中，通过光缆将收集到的信号反馈至远程的气体分析的仪器。本产品内部就够均为模块涉及，免去了采用光学平台而产生的调校和占用空间的弊端。

本产品的将光纤入孔与吸收池隔离在两个腔室内，使得吸收池所在腔体具有良好的防尘防潮效果。

本产品的三个绕线板的设计，使得光纤走线十分便捷，并且不会发生因光纤弯折角度过大或呈直角而损耗传输激光的强度，甚至损坏光纤。此外，三个绕线板的设计能够给光纤缓冲，防止本产品被意外拉拽时，直接拉扯到光纤、导致光纤变形、激光损耗增大，确保检测的精度——现有TDLAS设备，多是放在光学平台上检测的，没有防护壳，不能隔绝水汽、灰尘污染检测头，导致检测用的激光被堵塞，无法工作。

本产品的备用光纤适配器与光纤的设计，使得传感器中的光纤适配器与光纤发生损坏时，可以在现场立即更换，十分便捷，尤其是光纤损坏时，无需再重新布线接入新的光纤，避免为维修本产品而要从井上专门布线到井下的繁琐——井下隧道少则数百米多则数公里长，单次布线相当费工期和人力，且占用隧道非常有线的布线空间。

本产品采用绝缘板，使得光纤适配器与金属隔离板无法接触，从而为光纤适配器周围营造一个绝缘环境，在激光经过光纤适配器时，不会因为周围物体的导电而影响激光强度，从而影响气体浓度的检测结果。

本产品的上腔室安装板3和下腔室安装板8均采用绝缘材料制作的薄板，进一步加强设备内部的绝缘效果。本产品的盒体2为金属材质，具有较强的电磁屏蔽效果。

附图说明

图1是本产品的立体示意图。

图2是图1内部结构的简视图。

图3是图1配有光纤后的示意图。

图4是图1中吸收池的立体示意图。

图5是图1中防尘固定座的立体示意图。

图中的序号为：把手1、箱体2、上腔室安装板3、光纤4、上侧通风板5、隔离板6、光纤适配器7、下腔室安装板8、防尘固定座9、吸收池10、第一绕线板11、绝缘板12、隔离板通风孔13、光纤入孔14、光纤卡扣15、过滤棉16、吸收池凹槽17、准直器连接杆18、第二绕线板19、第三绕线板20、备用光纤适配器21、上腔室光纤41、下腔室光纤42。

具体的实施方式

现结合附图详细说明本发明的结构特点。

参见图1，光感终端，包括把手1和箱体2，所述箱体2为中空的矩形块；在箱体2的顶部设有把手1；在箱体2的侧壁上开有光纤入孔14；此外：参见图2，在箱体2内水平设有隔离板6，由隔离板6将箱体2分成相互独立的上腔室与下腔室；

在隔离板6上开有一个隔离板通风孔13，在隔离板通风孔13右侧的隔离板6上开有两个隔离板光纤通孔；在靠近隔离板光纤通孔处的隔离板6底部设有一块绝缘板12；在每个隔离板光纤通孔内均设有一个光纤适配器7，光纤适配器7的管身与绝缘板12固定连接；即通过绝缘板12将光纤适配器7固定在隔离板光纤通孔内，光纤适配器7不与隔离板6接触；优选的方案是：在隔离板通风孔13内配有一个过滤管，过滤管内填充有过滤棉。

在箱体2的上腔室内设有上腔室安装板3；上腔室安装板3，为由相互垂直的长板和短板构成的“L”形结构件；上腔室安装板3长板的背面与箱体2上腔室的底部固定连接，上腔室安装板3长板的正面固定连有两个光纤卡扣15，在上腔室安装板3短板上固定连接有两个备用光纤适配器21；

在箱体2上腔室的侧壁上开有箱体通风孔；在箱体通风孔内配有上侧通风板5；所述上侧通风板5为设有水平缝隙的薄板。

在箱体2下腔室内设有下腔室安装板8；所述下腔室安装板8为薄板；在下腔室安装板8上固定有三块按品字形排列绕线板，三个绕线板依次为第一绕线板11、第二绕线板19和第三绕线板20；其中，第三绕线板20安置在靠近下腔室安装板8顶边处的中部，第三绕线板20为半圆环形且第三绕线板20的开口朝上；第三绕线板20上的两个端口与位于隔离板6上的两个光纤适配器7的下端接口相对齐；在第三绕线板20左下方的下腔室安装板8上设有第一绕线板11，第一绕线板11呈C字形且第一绕线板11的开口朝右；在第三绕线板20右下方的下腔室安装板8上设有第二绕线板19，第二绕线板19呈C字形且第二绕线板19的开口朝左；第一绕线板11和第二绕线板19沿下腔室安装板8的竖直中分线相互对称。

参见图2，在箱体2的底边上开有进气口，在进气口处的箱体2的外侧固定连接有防尘固定座9；防尘固定座9为矩形块，在防尘固定座9上设有一个竖直的进气通道，防尘固定座9上的进气通道与箱体2上的进气口相通；在防尘固定座9的进气通道内填充有两层过滤棉16；详见图5。

参见图2，在进气口处的箱体2的内侧设有吸收池10；所述吸收池10为矩形块，在吸收池10底面上开有吸收池凹槽17，吸收池凹槽17的截面呈倒置的V字形，在吸收池凹槽17内安置有准直器连接杆18，所述准直器连接杆18呈长条状；在准直器连接杆18的两端各连有一根短棒状的准直器，两个准直器共轴，详见图4。

参见图3，四根上腔室光纤41经光纤入孔14进入箱体2的上腔室；其中两根上腔室光纤41分别与固定在隔离板6上的两个光纤适配器7的上部接口相连接；余下两根上腔室光纤41分别与固定在上腔室安装板3上的两个光纤适配器7相连接；

在箱体2下腔室内设有两根下腔室光纤42，其中一根下腔室光纤42依次绕过第三绕线板20和第二绕线板19后将固定在隔离板6左侧的光纤适配器7与位于吸收池10右侧的准直器连接在一起；另一根下腔室光纤42依次绕过第三绕线板20和第一绕线板11后将固定于隔离板6右侧的光纤适配器7与位于吸收池10左侧的准直器连接在一起。

参见图1，箱体通风孔安装在与光纤入孔14相对的箱体2侧壁上。

参见图1，在上腔室安装板3上设有两个光纤卡扣15，光纤卡扣15呈弯钩状，通过光纤卡扣15将上腔室光纤41固定在上腔室安装板3的表面。

优选的方案是：上腔室安装板3和下腔室安装板8均采用绝缘材料制作的薄板。

参见图3：第三绕线板20的侧壁分别与第一绕线板11及第二绕线板19的侧壁相切。

Claims (6)

1.光感终端，包括把手（1）和箱体（2），所述箱体（2）为中空的矩形块；在箱体（2）的顶部设有把手（1）；在箱体（2）的侧壁上开有光纤入孔（14）；

其特征在于：在箱体（2）内水平设有隔离板（6），由隔离板（6）将箱体（2）分成相互独立的上腔室与下腔室；在隔离板（6）上开有一个隔离板通风孔（13），在隔离板通风孔（13）右侧的隔离板（6）上开有两个隔离板光纤通孔；在靠近隔离板光纤通孔处的隔离板（6）底部设有一块绝缘板（12）；在每个隔离板光纤通孔内均设有一个光纤适配器（7），光纤适配器（7）的管身与绝缘板（12）固定连接；即通过绝缘板（12）将光纤适配器（7）固定在隔离板光纤通孔内，光纤适配器（7）不与隔离板（6）接触；在箱体（2）的上腔室内设有上腔室安装板（3）；上腔室安装板（3），为由相互垂直的长板和短板构成的“L”形结构件；上腔室安装板（3）长板的背面与箱体（2）上腔室的底部固定连接，上腔室安装板（3）长板的正面固定连有两个光纤卡扣（15），在上腔室安装板（3）短板上固定连接有两个备用光纤适配器（21）；在箱体（2）上腔室的侧壁上开有箱体通风孔；在箱体通风孔内配有上侧通风板（5）；所述上侧通风板（5）为设有水平缝隙的薄板；在箱体（2）下腔室内设有下腔室安装板（8）；所述下腔室安装板（8）为薄板；在下腔室安装板（8）上固定有三块按品字形排列绕线板，三个绕线板依次为第一绕线板（11）、第二绕线板（19）和第三绕线板（20）；其中，第三绕线板（20）安置在靠近下腔室安装板（8）顶边处的中部，第三绕线板（20）为半圆环形且第三绕线板（20）的开口朝上；第三绕线板（20）上的两个端口与位于隔离板（6）上的两个光纤适配器（7）的下端接口相对齐；在第三绕线板（20）左下方的下腔室安装板（8）上设有第一绕线板（11），第一绕线板（11）呈C字形且第一绕线板（11）的开口朝右；在第三绕线板（20）右下方的下腔室安装板（8）上设有第二绕线板（19），第二绕线板（19）呈C字形且第二绕线板（19）的开口朝左；第一绕线板（11）和第二绕线板（19）沿下腔室安装板（8）的竖直中分线相互对称；在箱体（2）的底边上开有进气口，在进气口处的箱体（2）的外侧固定连接有防尘固定座（9）；防尘固定座（9）为矩形块，在防尘固定座（9）上设有一个竖直的进气通道，防尘固定座（9）上的进气通道与箱体（2）上的进气口相通；在防尘固定座（9）的进气通道内填充有两层过滤棉（16）；在进气口处的箱体（2）的内侧设有吸收池（10）；所述吸收池（10）为矩形块，在吸收池（10）底面上开有吸收池凹槽（17），吸收池凹槽（17）的截面呈倒置的V字形，在吸收池凹槽（17）内安置有准直器连接杆（18），所述准直器连接杆（18）呈长条状；在准直器连接杆（18）的两端各连有一根短棒状的准直器，两个准直器共轴。

2.如权利要求1所述的光感终端，其特征在于：四根上腔室光纤（41）经光纤入孔（14）进入箱体（2）的上腔室；其中两根上腔室光纤（41）分别与固定在隔离板（6）上的两个光纤适配器（7）的上部接口相连接；余下两根上腔室光纤（41）分别与固定在上腔室安装板（3）上的两个光纤适配器（7）相连接；在箱体（2）下腔室内设有两根下腔室光纤（42），其中一根下腔室光纤（42）依次绕过第三绕线板（20）和第二绕线板（19）后将固定在隔离板（6）左侧的光纤适配器（7）与位于吸收池（10）右侧的准直器连接在一起；另一根下腔室光纤（42）依次绕过第三绕线板（20）和第一绕线板（11）后将固定于隔离板（6）右侧的光纤适配器（7）与位于吸收池（10）左侧的准直器连接在一起。

3.如权利要求2所述的光感终端，其特征在于：箱体通风孔安装在与光纤入孔（14）相对的箱体（2）侧壁上。

4.如权利要求2所述的光感终端，其特征在于：在上腔室安装板（3）上设有两个光纤卡扣（15），光纤卡扣（15）呈弯钩状，通过光纤卡扣（15）将上腔室光纤（41）固定在上腔室安装板（3）的表面。

5.如权利要求1所述的光感终端，其特征在于：上腔室安装板（3）和下腔室安装板（8）均采用绝缘材料制作的薄板。

6.如权利要求1所述的光感终端，其特征在于：第三绕线板（20）的侧壁分别与第一绕线板（11）及第二绕线板（19）的侧壁相切。

Images