CN104089880A - 多通道激光气体分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道激光气体分析仪，包括激光驱动器，激光器，主探测器，处理器，光分路器，光开关，准直器，参比室，参考探测器，放大电路和多路模拟开关；激光驱动器与激光器连接使激光器发出激光；激光分成第一路激光和第二路激光；第一路激光进入参比室后传送到参考探测器；参考探测器将接收的第一路激光信号转化为电信号并传递给处理器；第二路激光经光开关地轮流切换后传至对应的准直器并进入待测环境，主探测器接收第二路激光信号并转化为电信号；放大电路通过多路模拟开关与处理器连接。它的优点是光开关使得第二路激光在各通道之间进行轮流切换，使得每一通道内的第二路激光都很强，提高了抗高粉尘性能。

Description

多通道激光气体分析仪

技术领域：

本发明涉及气体检测领域，尤其是一种多通道激光气体分析仪。

背景技术：

目前，基于TDLAS技术的激光分析仪具有非接触、高灵敏度、高分辨率和高选择性以及可以实时监测等优点，它已经成为检测烟道内氨气浓度的重要检测方法。由于烟道内测量气体浓度不均匀，为了检测多个点或多个通道，多通道激光分析仪应运而生。目前市场上的多通道激光分析仪采用光分路器将激光器发出的光均分为多路(比如五路，每路光强为原始光强的20％)，多路激光经待测环境后传至探测器，探测器将光信号转化为电信号并传至处理器，经处理器的处理和分析后可得出烟道内气体浓度。这种多通道激光分析仪存在一些不足之处，如，由于激光器发出的光均分为多路，使得每一路的光强很低，在高粉尘的情况下，光几乎不能到达检测端被探测器检测到，且不能适用于远光程。

在高粉尘情况下，为了能到准确的检测到待测气体的浓度，必须确保每一个通道内的激光到达检测端被探测器检测到，为此发明人设计了一种能够使得每一通道内的激光都能到达探测器的多通道激光气体分析仪。

发明内容：

本发明的目的是解决现有技术不足，提供一种多通道激光气体分析仪。

本发明的技术方案为：

一种多通道多通道激光气体分析仪，包括激光驱动器，激光器，主探测器和处理器，处理器分别与激光驱动器和人机界面连接，人机界面用于对处理器发出指令和显示处理的信号；激光器和主探测器位于待测环境两侧，还包括光分路器，光开关，准直器，设有待测气体的参比室，参考探测器，放大电路和多路模拟开关；激光驱动器与激光器的一端连接且对激光器进行调制和调谐，使激光器发出激光；激光器的另一端与光分路器连接，激光器发出的激光经光分路器分成第一路激光和第二路激光，且所述第二路激光的能量为激光器发出的激光能量的80％～95％；第一路激光进入含有待测气体的参比室后，传送到参考探测器；参考探测器与处理器连接，参考探测器将接收的第一路激光信号转化为电信号并传递给处理器；第二路激光经光开关地轮流切换后传送至对应的准直器并进入待测环境，再传送至主探测器，主探测器接收第二路激光信号并转化为电信号；主探测器与放大电路连接，放大电路用于对主探测器转化的电信号放大；放大电路通过多路模拟开关与处理器连接。

其中，待测环境为包含有待测气体的烟囱，烟囱的数量至少为1个。

其中，还包括至少1个贯穿烟囱的通道，准直器和主探测器的数量与通道数量对应，且第二路激光经准直器、通道传送至主探测器。

其中，通道、准直器和主探测器构成的平面与水平面平行。

其中，通道、准直器和主探测器构成的平面与水平面垂直

其中，待测气体为氨气。

其中，进入参比室的第一路激光的能量和进入光开关的第二路激光的能量比为1：10到1：8。

其中，进入参比室的第一路激光的能量和进入光开关的第二路激光的能量比为1：9。

其中，光开关轮流切换的时间间隔为4～8秒。

其中，光开关轮流切换的时间间隔为5秒。

综合上述方案可知，本发明有益效果是：通过光开关在使得激光在各通道之间进行轮流切换，使得进入每一通道内的激光都很强，防止了在高粉尘情况下激光无法到达主探测器，有效的避免了光功率的的衰减，提高了本发明的抗高粉尘性能，同时适用于远光程的探测，并可降低成本。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的流程图。

具体实施方式：

为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

第一实施例，如图1所示，一种多通道多通道激光气体分析仪，包括激光驱动器9，激光器1，主探测器6、人机界面13和处理器10，处理器10分别与激光驱动器9和人机界面13连接，人机界面13对处理器发出指令和显示处理的信号，其中，处理器10可以是S5PV210。激光器1和主探测器6位于待测环境两侧；还包括光分路器2，光开关3，准直器4，设有待测气体的参比室7，参考探测器8，放大电路12和多路模拟开关11；激光驱动器9与激光器1的一端连接且对激光器1进行调制和调谐，使激光器1发出激光；激光器1的另一端与光分路器2连接，激光器1发出的激光经光分路器2分成第一路激光和第二路激光，且所述第二路激光的能量为激光器发出的激光能量的80％～95％；第一路激光经参比室7的待测气体吸收后，传送到参考探测器8；参考探测器8与处理器10连接，参考探测器8将接收的第一路激光信号转化为电信号并传递给10；第二路激光经光开关3地轮流切换后传送至对应的准直器4并进入待测环境5，之后再传送至主探测器6，主探测器6接收第二路激光信号并转化为电信号；主探测器6与放大电路12连接，放大电路12对主探测器6转化的电信号放大；放大电路12通过多路模拟开关11与处理器10连接，处理器10对该放大电信号进行处理和分析。

向人机界面13发出指令，指令传至处理器10处理和分析后再传送给激光驱动器9，激光驱动器9驱动激光器1发出一种单一波长的激光，单一波长的激光经光分路器2分成第一路激光和第二路激光，第一路激光的能量小于第二路激光的能量，第二路激光的能量可以是第一路激光的能量的7到10倍。第一路激光进入参比室7，参比室7内的待测气体可能吸收或不吸收第一路激光。如果第一路激光被待测气体吸收，那么参考探测器8接收吸收后的第一路激光并转换为电信号后传至处理器10，经处理器的处理和分析，在人机界面上显示该波长的激光会被待测气体吸收，再通过处理器控制光开关3轮流切换至不同的准直器，将传至光开关3的第二路激光轮流切换到不同的准直器4，由于第二路激光能量比较大，经准直器4传送到待测环境的第二路激光不会全部被待测气体吸收，即被待测气体吸收后的第二路激光可以到达主探测器6，主探测器6接收被吸收后的第二路激光并转化为电信号，再经放大电路12和多路模拟开关11传送至处理器10，经处理器10处理和分析，可以得出待测环境中气体的浓度。如果第一路激光进入参比室8后不被待测气体吸收，那么参考探测器8接收第一路激光并转换为电信号后传至处理器10，经处理器10的处理和分析，在人机界面上显示该波长的激光不被待测气体吸收，再通过调节激光驱动器9驱动激光器1发出另外一种单元波长的激光，如此循环，直到激光器1发出能被待测气体吸收的激光。

由于光开关3能够轮流将第二激光全部投射到某一准直器上4，使得经准直器4进入待测环境5的激光能量比较大，不会因为待测环境5中待测气体浓度过大或者待测环境5的光程过大而使得主探测器6接收不到信号，提高了本发明的抗高浓度或高粉尘性能，同时适用于远光程地探测。

在本实施例中，待测环境5为包含有待测气体的烟囱，烟囱的数量至少为1个，烟囱内的待测气体为氨气。光开关3轮流将第二激光全部投射到对应的烟囱，实现至少1个烟囱内待测气体(氨气)的浓度地测量，其中，光开关轮流切换的时间间隔为4～8秒，一种优选方案是光开关轮流切换的时间间隔为5秒。还包括至少1个贯穿烟囱的通道，准直器4和主探测器6的数量与通道数量对应，且第二路激光经准直器4、通道传送至主探测器6。通道、准直器4和主探测器6构成的平面与水平面平行，光开关3轮流将第二激光全部投射到对应的准直器4，第二激光经准直器4和通道进入烟囱，实现对烟囱内同一高度不同半径处的待测气体(氨气)浓度地测量。进入参比室7的第一路激光的能量和进入光开关3的第二路激光的能量比为1：10到1：8。一种优选方案是进入参比室7的第一路激光的能量和进入光开关3的第二路激光的能量比为1：9，即第一路激光占激光器发出激光的10％，第二路激光占激光器发出激光的90％。由于第一路激光进入含有待测气体的参比室7，参比室7内待测气体的浓度比较低，主要是用来探测第二激光是否被待测气体(氨气)吸收，因此所需要的能量不是很高。而第二路激光是进入烟囱，烟囱内待测气体(氨气)浓度很高，因此需要能量较高的第二路激光，使得第二路激光被待测气体部分吸收后能到达主探测器。

第二实施例，本实施例与第一实施例不同的是：通道、准直器4和主探测器6构成的平面与水平面垂直。光开关3轮流将第二激光全部投射到对应的准直器4，第二激光经准直器4和通道进入烟囱，实现对烟囱内不同高度相同半径处的待测气体(氨气)浓度地测量。

第三实施例，本实施例与第一实施例不同的是：通道在烟囱上呈S形排布，实现对烟囱内不同高度不同半径处的待测气体(氨气)浓度地测量。

以上是对本发明所提供的多通道激光气体分析仪进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多通道激光气体分析仪，包括激光驱动器(9)，激光器(1)，主探测器(6)、人机界面(13)和处理器(10)，所述处理器(10)分别与激光驱动器(9)和人机界面(13)连接，所述人机界面(13)用于对处理器(10)发出指令和显示处理的信号；所述激光器(1)和主探测器(6)位于待测环境(5)两侧，其特征在于，还包括光分路器(2)，光开关(3)，准直器(4)，设有待测气体的参比室(7)，参考探测器(8)，放大电路(12)和多路模拟开关(11)；所述激光驱动器(9)与激光器(1)的一端连接且对激光器(1)进行调制和调谐，使激光器(1)发出激光；所述激光器(1)的另一端与光分路器(2)连接，激光器(1)发出的激光经光分路器(2)分成第一路激光和第二路激光，且所述第二路激光的能量为激光器发出的激光能量的80％～95％；第一路激光进入含有待测气体的参比室(7)后，传送到参考探测器(8)；所述参考探测器(8)与处理器(10)连接，参考探测器(8)将接收的第一路激光信号转化为电信号并传递给处理器(10)；第二路激光经光开关(3)地轮流切换后传送至对应的准直器(4)并进入待测环境(5)，再传送至主探测器(6)，主探测器(6)接收第二路激光信号并转化为电信号；所述主探测器(6)与放大电路(12)连接，放大电路(12)用于对主探测器(6)转化的电信号放大；所述放大电路(12)通过多路模拟开关(11)与处理器(10)连接，处理器(10)对该放大电信号进行处理和分析。

2.如权利要求1所述的多通道激光气体分析仪，其特征在于，所述待测环境(5)为包含有待测气体的烟囱，所述烟囱的数量至少为1个。

3.如权利要求2所述的多通道激光气体分析仪，其特征在于，还包括至少1个贯穿烟囱的通道，所述准直器(4)和主探测器(6)的数量与所述通道数量对应，且第二路激光经准直器(4)、通道传送至主探测器(6)。

4.如权利要求3所述的多通道激光气体分析仪，其特征在于，所述通道、准直器(4)和主探测器(6)构成的平面与水平面平行。

5.如权利要求3所述的多通道激光气体分析仪，其特征在于，所述通道、准直器(4)和主探测器(6)构成的平面与水平面垂直。

6.如权利要求1所述的多通道激光气体分析仪，其特征在于，所述待测气体为氨气。

7.如权利要求1所述的多通道激光气体分析仪，其特征在于，进入参比室(7)的第一路激光的能量和进入光开关(3)的第二路激光的能量比为1：10到1：8。

8.如权利要求7所述的多通道激光气体分析仪，其特征在于，进入参比室(7)的第一路激光的能量和进入光开关(3)的第二路激光的能量比为1：9。

9.如权利要求1所述的多通道激光气体分析仪，其特征在于，所述光开关(3)轮流切换的时间间隔为4～8秒。

10.如权利要求9所述的多通道激光气体分析仪，其特征在于，所述光开关(3)轮流切换的时间间隔为5秒。