CN109115721B - 基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置 - Google Patents
基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109115721B CN109115721B CN201811072992.3A CN201811072992A CN109115721B CN 109115721 B CN109115721 B CN 109115721B CN 201811072992 A CN201811072992 A CN 201811072992A CN 109115721 B CN109115721 B CN 109115721B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- laser
- data acquisition
- concentration
- optical fiber
- 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.)
- Active
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 42
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000001285 laser absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置，激光器发射的激光首先经过1:1的光纤分束器分为两束能量相同的激光，一束经光纤准直器后进入多次反射池，经过多次反射之后从多次反射池射出被光电探测器接收，再送入数据采集卡，再通过数据采集卡处理和分析得到标准气体的浓度；另一束激光经过光纤准直器后发射到外场大气中，激光经角反射器的反射后，由望远镜接收，激光依次经过凸透镜、滤光片和凸透镜最终汇聚到光电探测器上，再送入数据采集卡，同样由数据采集卡得到外场大气中所测气体的浓度。本发明的有益效果是可以同时实现气体浓度的测量与校准，在现场测量气体浓度过程中就可以确定测量结果是否准确，从而有效地降低了测量结果的误差。
Description
技术领域
本发明属于气体测量技术领域，涉及一种可以实现自校准的气体遥测装置。
背景技术
光谱技术作为近年来快速发展的新兴技术，可以实现非接触在线、大范围、多成分、连续的快速测量工作，成为大气环境监测技术的发展方向和技术主流。本发明是基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术来实现对大气中气体遥测的。TDLAS技术是在传统红外光谱技术发展而来的，基本原理是利用了气体吸收外界能量后产生的光谱，对气体的吸收光谱进行分析可以获取气体的浓度信息。传统的气体遥测装置中只有一条测量路径，系统的测量和校准必须分开单独进行，现有的技术方案无法实现自校准式测量。首先通过测量已知浓度的标准气体检验系统的测量结果并进行相应的校准，之后再对大气进行现场测量。当校准之后进行现场测量过程中产生系统偏差，就会导致测量结果不准确，单从测量结果中无法发现该偏差，这种技术方案也就不能确保测量结果的准确性。因此，亟需一种可以实现自校准的气体遥测仪。
发明内容
本发明的目的在于提供基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置，本发明的有益效果是通过特殊设计可以同时实现气体浓度的测量与校准，在现场测量气体浓度过程中就可以确定测量结果是否准确，从而有效地降低了测量结果的误差。可以实现大气中多种痕量和污染气体的长距离遥测，如二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氮氧化物（NOx）等，具有响应速度快、无需采样预处理、实时在线测量等特点，带有的自校准式结构可以完成测量结果的校准，获得准确的气体含量信息。自校准式气体遥测装置可以应用于天然气场、火灾现场和空气质量监测等方面，对气象研究和环境保护具有重要意义。
本发明所采用的技术方案是包括激光器、1:1光纤分束器、两个光纤准直器、密封式多次反射池、两个光电探测器、角反射器、望远镜、两个凸透镜、滤光片和两个数据采集卡；其中，激光器发射的激光首先经过1:1的光纤分束器分为两束能量相同的激光，一束经光纤准直器后进入多次反射池，经过多次反射之后从多次反射池射出被光电探测器接收，再送入数据采集卡，再通过数据采集卡处理和分析得到标准气体的浓度；另一束激光经过光纤准直器后发射到外场大气中，激光经角反射器的反射后，由望远镜接收，激光依次经过凸透镜、滤光片和凸透镜最终汇聚到光电探测器上，再送入数据采集卡，同样由数据采集卡得到外场大气中所测气体的浓度。
进一步，密封式多次反射池包括两个阀门和一个顶部的压力传感器，两个阀门分别用来控制进气和出气，通过阀门往密封式多次反射池内充入已知浓度的标准气体，并使压力传感器显示为标准大气压数值，将测量到的数值与气体所标的数值对比，二者偏差较大时，调整系统的各个部分，使两个数值接近甚至相同，更换不同浓度的标准气体，多次调整系统使得测量数值与真实值相同， 此时测量外场大气气体的浓度即为准确的结果，完成了气体浓度的自校准。
进一步，密封式多次反射池基于Herriott Cell原理从而形成多次反射。
附图说明
图1是自校准式气体遥测装置的结构示意图。
图中，1、激光器；2、1:1光纤分束器；3、光纤准直器；4、密封式多次反射池；4-1、阀门；4-2、压力传感器；5、光电探测器；6、角反射器；7、望远镜；8、凸透镜；9、滤光片；10、数据采集卡。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置如图1所示，包括激光器1、1:1光纤分束器2、两个光纤准直器3、密封式多次反射池4、两个光电探测器5、角反射器6、望远镜7、两个凸透镜8、滤光片9和两个数据采集卡10。其中，在密封式多次反射池4基于Herriott Cell原理从而形成多次反射，其中，激光器1发射的激光首先经过1:1的光纤分束器2分为两束能量相同的激光，一束经光纤准直器3后进入多次反射池4，经过多次反射之后从多次反射池4射出被光电探测器5接收，再送入数据采集卡10，再通过数据采集卡10处理和分析得到标准气体的浓度；另一束激光经过光纤准直器3后发射到外场大气中，激光经角反射器6的反射后，由望远镜7接收，激光依次经过凸透镜8、滤光片9和凸透镜8最终汇聚到光电探测器5上，再送入数据采集卡10，同样由数据采集卡10得到外场大气中所测气体的浓度。
密封式多次反射池4包括两个阀门4-1和一个顶部的压力传感器4-2，两个阀门4-1分别用来控制进气和出气。通过阀门4-1往密封式多次反射池4内充入已知浓度的标准气体，并使压力传感器4-2显示为标准大气压数值，将测量到的数值与气体所标的数值对比，二者偏差较大时，调整系统的各个部分，使两个数值接近甚至相同，更换不同浓度的标准气体，多次调整系统使得测量数值与真实值相同， 此时测量外场大气气体的浓度即为准确的结果，完成了气体浓度的自校准。
系统中包括两路光路，可以同时进行标准浓度气体的测量和大气中未知浓度气体的测量，为气体遥测装置的自校准提供了可行性。
本发明的优点还在于系统中安装的1:1光纤分束器使一束激光分为两束能量相同的激光，分别进入到密封式多次反射池内和外场大气中，密封式多次反射池内含有已知浓度的标准气体，其内部光程可达几十米，可以测量出低浓度的气体，这样系统可以同时得到多次反射池内和外场大气中所测气体的浓度，根据标准气体的测量结果调整系统，使其测量数值与气体所标数值相同，气体遥测装置则工作正常，此时外场大气中气体的测量结果即为准确，可以实现到系统的自校准。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (1)
1.基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置，其特征在于：包括激光器、1:1光纤分束器、两个光纤准直器、密封式多次反射池、两个光电探测器、角反射器、望远镜、两个凸透镜、滤光片和两个数据采集卡；其中，激光器发射的激光首先经过1:1的光纤分束器分为两束能量相同的激光，一束经光纤准直器后进入多次反射池，经过多次反射之后从多次反射池射出被光电探测器接收，再送入数据采集卡，再通过数据采集卡处理和分析得到标准气体的浓度；另一束激光经过光纤准直器后发射到外场大气中，激光经角反射器的反射后，由望远镜接收，激光依次经过凸透镜、滤光片和凸透镜最终汇聚到光电探测器上，再送入数据采集卡，同样由数据采集卡得到外场大气中所测气体的浓度；
所述密封式多次反射池包括两个阀门和一个顶部的压力传感器，两个阀门分别用来控制进气和出气，通过阀门往密封式多次反射池内充入已知浓度的标准气体，并使压力传感器显示为标准大气压数值，将测量到的数值与气体所标的数值对比，二者偏差较大时，调整系统的各个部分，使两个数值接近甚至相同，更换不同浓度的标准气体，多次调整系统使得测量数值与真实值相同，此时测量外场大气气体的浓度即为准确的结果，完成了气体浓度的自校准；
所述密封式多次反射池基于Herriott Cell原理从而形成多次反射。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811072992.3A CN109115721B (zh) | 2018-09-14 | 2018-09-14 | 基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811072992.3A CN109115721B (zh) | 2018-09-14 | 2018-09-14 | 基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109115721A CN109115721A (zh) | 2019-01-01 |
| CN109115721B true CN109115721B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=64859477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811072992.3A Active CN109115721B (zh) | 2018-09-14 | 2018-09-14 | 基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109115721B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114184556A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-15 | 交通运输部天津水运工程科学研究所 | 一种内河船舶尾气遥测自动校准系统及方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102735644A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-10-17 | 北京大方科技有限责任公司 | 一种原位式激光气体分析仪的在线标定方法 |
| CN103471994A (zh) * | 2013-09-09 | 2013-12-25 | 中国电子科技集团公司第八研究所 | 单光纤传输气体多次反射池探测装置 |
| CN104964948A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-10-07 | 李昌伟 | 一种检测幽门螺杆菌感染的系统 |
| CN105372205A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-02 | 山西大学 | 基于S2f方法的免定标波长调制光谱气体检测方法 |
| CN106802288A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-06-06 | 河北大学 | 基于可调谐激光和超连续谱激光的气体检测装置和方法 |
| CN107144549A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-08 | 西安科技大学 | 基于tdlas痕量co气体浓度的检测装置和方法 |
| CN108106998A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-06-01 | 王子剑 | 大气污染物检测装置及检测方法 |
| CN108254338A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-07-06 | 哈工大鞍山工业技术研究院有限公司 | 基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置 |
| CN209231211U (zh) * | 2018-09-14 | 2019-08-09 | 国家海洋局第一海洋研究所 | 一种自校准式气体遥测装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9360415B2 (en) * | 2010-10-21 | 2016-06-07 | Spectrasensors, Inc. | Dynamic reconstruction of a calibration state of an absorption spectrometer |
-
2018
- 2018-09-14 CN CN201811072992.3A patent/CN109115721B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102735644A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-10-17 | 北京大方科技有限责任公司 | 一种原位式激光气体分析仪的在线标定方法 |
| CN103471994A (zh) * | 2013-09-09 | 2013-12-25 | 中国电子科技集团公司第八研究所 | 单光纤传输气体多次反射池探测装置 |
| CN104964948A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-10-07 | 李昌伟 | 一种检测幽门螺杆菌感染的系统 |
| CN105372205A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-02 | 山西大学 | 基于S2f方法的免定标波长调制光谱气体检测方法 |
| CN106802288A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-06-06 | 河北大学 | 基于可调谐激光和超连续谱激光的气体检测装置和方法 |
| CN107144549A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-08 | 西安科技大学 | 基于tdlas痕量co气体浓度的检测装置和方法 |
| CN108106998A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-06-01 | 王子剑 | 大气污染物检测装置及检测方法 |
| CN108254338A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-07-06 | 哈工大鞍山工业技术研究院有限公司 | 基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置 |
| CN209231211U (zh) * | 2018-09-14 | 2019-08-09 | 国家海洋局第一海洋研究所 | 一种自校准式气体遥测装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 刘秀 等.危险气体泄漏的光学遥测技术及其进展.《红外技术》.2009,第31卷(第10期),第563-567、572页. * |
| 危险气体泄漏的光学遥测技术及其进展;刘秀 等;《红外技术》;第31卷(第10期);第563-567、572页 * |
| 调谐激光吸收光谱技术在典型灾害气体检测中应用研究;祝玉泉;《中国博士论文数据全文库工程科技Ⅰ辑》;第36-37、65-66页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109115721A (zh) | 2019-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN205374298U (zh) | 基于tdlas的痕量气体浓度检测装置 | |
| US11397149B2 (en) | Laser radar system apparatus for multi-wavelength measurement of atmospheric carbon dioxide concentration and vertical aerosol profile | |
| CN107144549B (zh) | 基于tdlas痕量co气体浓度的检测装置和方法 | |
| CN104280362B (zh) | 一种高温水汽激光光谱在线检测系统 | |
| CN105424631B (zh) | 一种基于紫外可见波段吸收光谱的超高灵敏度氮氧化物测量系统 | |
| CN111122496B (zh) | 一种免标定的气体浓度测量装置及方法 | |
| CN106442404B (zh) | 一种多组分气体稳定同位素实时在线监测光学系统 | |
| CN104596987A (zh) | 一种基于中红外光谱的长光程开放光路结合波长调制技术的痕量气体探测方法和装置 | |
| CN103487401B (zh) | 带微调机构的长光程气体检测装置 | |
| CN205484030U (zh) | 基于紫外吸收光谱h2s和so2混合气体浓度可调波长测量装置 | |
| CN106153573B (zh) | 一种用于吸收系数标定的高温高压光学腔及其使用方法 | |
| CN103760136A (zh) | 一种温室气体及其稳定同位素在线监测系统 | |
| CN103616338A (zh) | 差分吸收光谱断层扫描重构大气痕量气体空间分布方法 | |
| CN103411921A (zh) | 基于光学遥测镜头的手持式气体传感系统 | |
| CN104266971A (zh) | 管道气体在线检测的原位标定装置及其方法 | |
| CN109470614A (zh) | 一种雾霾实时监测装置 | |
| CN103411922A (zh) | 基于光学遥测镜头的手持式气体传感系统 | |
| CN101694457B (zh) | 一种气体浓度测量仪 | |
| CN109115721B (zh) | 基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置 | |
| CN206862883U (zh) | 基于tdlas痕量co气体浓度的检测装置 | |
| CN114460037A (zh) | 一种氨气气团激光遥测装置 | |
| CN211263181U (zh) | 一种检测ch4与h2s的开路式激光气体分析仪 | |
| CN209231211U (zh) | 一种自校准式气体遥测装置 | |
| CN101625306B (zh) | 一种用于气体浓度测量的装置 | |
| CN116559105A (zh) | 一种基于气体红外光谱检测技术的线性化读出电路系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 6 Xianxialing Road, Laoshan District, Qingdao City, Shandong Province Patentee after: THE FIRST INSTITUTE OF OCEANOGRAPHY, SOA Country or region after: China Patentee after: OCEAN University OF CHINA Patentee after: Qingdao Marine Science and Technology Center Address before: Laoshan District xianxialing road 266061 Shandong city of Qingdao province No. 6 Patentee before: THE FIRST INSTITUTE OF OCEANOGRAPHY, SOA Country or region before: China Patentee before: OCEAN University OF CHINA Patentee before: QINGDAO NATIONAL LABORATORY FOR MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT CENTER |
|
| CP03 | Change of name, title or address |