CN109187343A - 瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,包括壳体、进气嘴、光缆接口、与外气嘴安装座以及气体吸收池,待测气体从进气嘴进入气体吸收池的吸收池腔体,入射光纤准直器将激光光束变成平行光束并引入气体吸收池的气隙内,激光光束从充满待测气体的气隙内穿过,出射光纤准直器接受并将平行激光光束耦合后进入光纤尾纤,最后进入光电探测器转换成电信号输出,由于扩散腔死体积小,气体置换速度快,吸收池光路的耦合损耗小,耦合状态稳定,由于探头内的光纤准直器由安装座调整,并通过锁紧螺钉固定,再采用树脂粘接密封,因此,光路调节无需三维光学调整架即可完成,探头内部的检测部件设置有过滤器,可有效避免粉尘、水汽等进入吸收池腔体。
Description
技术领域
本发明涉及危险气体检测领域,尤其涉及一种瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头。
背景技术
在煤矿瓦斯管道道中、城市下水道及化粪池等市政设施输气管路中,易产生和存在如甲烷等多种毒害、可燃、易爆等危险气体。这些气体的存在,导致每年发生大量的爆炸、中毒和窒息等事故。为避免此类事故的发生,对这些场所的甲烷气体浓度检测是非常有必要的。
甲烷探测装置作为现场检测最直接的设备之一,其检测的准确性和快速性尤为重要,而甲烷探头的性能直接影响着甲烷探测装置的检测精度。目前,甲烷探测装置一般采用激光甲烷探头,为了减轻采样气体中的灰尘及水汽对检测精度的影响,现有的激光甲烷探头多采用先提取采样气体经专门的处理后再进行检测的方法,由于过程复杂严重影响检测速度,也不能随时反应现场的气体浓度变化。为了使检测精度更高,安装激光甲烷探头时,往往需要借助专业的光学仪器辅助安装,而且制作工艺也比较复杂,成本较高。
因此,需要设计一种结构简单、精度较高和工艺简便的激光甲烷探头,能够在现场快速反应甲烷浓度的变化,且制作成本更低。
发明内容
鉴于此,本发明的目的是提供一种瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,光路简单,无需三维光学调整架即可调节光路,气体置换速度快,能够随时对现场气体的浓度进行检测,同时制作工艺简单,成本更低。
本发明提供的一种瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,包括:壳体、进气嘴、光缆接口、与外气嘴安装座以及气体吸收池;
所述气体吸收池包括吸收池基座、入射光纤准直器以及出射光纤准直器;
所述吸收池基座的上侧壁下沉形成气室,所述气室的底部设置有进气口和出气口,所述进气口设置有进气过滤器,所述出气口设置有出气过滤器;
所述气室内沿吸收池基座轴向设置有传感器安装板,所述传感器安装板与气室底部之间有气隙;
所述入射光纤准直器和出射光纤准直器分别固定设置于吸收池基座的两端且入射光纤准直器和出射光纤准直器的光路正对设置;
所述气体吸收池嵌入于壳体且气体吸收池的进气口和出气口暴露于壳体外侧;
所述光纤接口固定设置于壳体,且光纤接口与入射光纤准直器和出射光纤准直器连接;
所述气嘴安装座固定设置于壳体并对应于气体吸收池安装处;所述气嘴安装座设置有进气通道和两个出气通道,所述进气通道与气体吸收池的进气口连通,所述两个出气通道与气体吸收池的出口一一对应并连通,所述进气嘴嵌入式设置于进气通道的进气端。
所述抽放管道安装卡盘包括进气管和出气管,所述抽放管道安装卡盘的进气管的入口端与通气嘴的出口端连通,所述抽放管道安装卡盘的进气管的出口端与气体吸收池的进气口连通,所述气体吸收池的出气口通过抽放管道安装卡盘的出气管与外界连通,所述光缆接口的光纤信号输出端与气体吸收池的光纤信号输入端连接,所述气体吸收池的光纤信号输出端与光缆接口的光纤信号输入端连接。
进一步,所述气室底部设置有两个出气口,且两个出气口分列于进气口的两侧。
进一步,所述吸收池基座的下侧壁沿吸收池基座径向下沉形成进气孔和出气孔,所述进气过滤器设置于进气孔底部,所述进气孔与进气口连通,所述出气过滤器设置于出气孔底部,所述出气孔与出气口连通。
进一步,所述吸收池基座的两端端面分别沿吸收池基座的轴向下沉形成两个安装槽,所述两个安装槽的底部设置有用于入射光纤准直器和出射光纤准直器的光路通过的通孔。
进一步,还包括入射准直器安装调整座和出射准直器安装调整座;
所述入射光纤准直器设置于入射准直器安装调整座内,且入射准直器安装调整座的一端适形内嵌并固定于一个安装槽内,所述出射光纤准直器设置于出射准直器安装调整座内,且出射准直器安装调整座的一端适形内嵌并固定于另一个安装槽内。
进一步,所述入射光纤准直器与入射准直器安装调整座之间和出射光纤准直器与出射准直器安装调整座之间均设置有用于锁紧件。
进一步,所述入射准直器安装调整座的另一端和出射准直器安装调整座的另一端均设置有调节槽,所述锁紧件与调节槽通过螺纹配合。
进一步,所述传感器安装板顶部用环氧填料函密封,所述环氧填料函的外表面与吸收池基座的外侧面平齐。
进一步,所述入射准直器安装调整座和出射准直器调整座内均填充有对入射光纤准直器的尾纤和出射光纤准直器的尾纤起固定作用的准直器填料函。
本发明的有益效果:本发明的瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,通过正对设置在探头内的两个光纤准直器将传输光转变成准直光(近似平行光)光束,探头上有直接进气口和出气口,待测气体可随时进入探头内部,激光光束穿过带测气体后再耦合至光纤内传输至光电探测器转换成电信号输出,待测气体检测后直接排出探头,由于气体置换腔死体积小,气体置换速度快,探头的吸收池光路的耦合损耗小,耦合状态稳定,探头内部的进气口和出气口均设置有过滤器,可有效避免粉尘、水汽等进入吸收池腔体,探头可随时检测现场甲烷气体的浓度,避免检测时需要先收集待测气体并需要除杂而使检测工作复杂化,由于探头内的光纤准直器由安装座调整,并通过锁紧螺钉固定,再采用树脂粘接密封,因此,激光甲烷探头的光路调节无需三维光学调整架即可完成,产品部件结构简洁,成本低,光路易装调,适合批量制造。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的结构图;
图2为本发明的气体吸收池的结构图。
具体实施方式
图1为本发明的结构图,如图所示,本实施例中的瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,包括:壳体I、进气嘴VI、光缆接口II、与外气嘴安装座V以及气体吸收池IV;
气体吸收池IV包括:吸收池基座4、入射光纤准直器1和出射光纤准直器5;
吸收池基座4的上侧壁下沉形成气室,气室的底部设置有进气口和出气口,进气口设置有进气过滤器7,出气口设置有出气过滤器8;
气室内沿吸收池基座4轴向设置有传感器安装板9,传感器安装板9与气室底部之间有气隙;
入射光纤准直器1和出射光纤准直器5分别固定设置于吸收池基座4的两端且入射光纤准直器1和出射光纤准直器5的光路正对设置;
气体吸收池IV嵌入于壳体I且气体吸收池IV的进气口和出气口暴露于壳体外侧;
光缆接口II固定设置于壳体I,且光缆接口II与入射光纤准直器1和出射光纤准直器5连接;
气嘴安装座V固定设置于壳体I并对应于气体吸收池IV安装处;气嘴安装座V设置有进气通道a和两个出气通道b,进气通道a与气体吸收池的进气口连通,两个出气通道b与气体吸收池的出气口一一对应并连通,进气嘴VI嵌入式设置于进气通道a的进气端。待测气体从进气嘴VI进入气体吸收池IV的吸收池基座4的气隙内,入射光纤准直器1将激光光束变成平行光束并引入气体吸收池的气隙内,激光光束从充满待测气体的气隙内穿过,出射光纤准直器5接受并将平行激光光束耦合后进入光纤尾纤,最后进入光电探测器转换成电信号输出,吸收池基座4内的光波受到气体浓度的变化而输出具有变化的光波信号,通过在探头内设置正对的光纤准直器,可减少光路传输过程,降低光纤的耦合损耗,且光纤传输速度更快,通过在吸收池基座4上设置进气孔和多个出气孔,气体置换速度快,可快速检测出甲烷浓度的变化,在紧急情况时提供有效预警,避免重大事故发生。本发明的甲烷探头适于(0~100)%VOL浓度甲烷气体全量程检测,与甲烷传感器T90连接后,T90的响应时间可达4s,而通用管道用甲烷探头的响应时间标准要求40s-50s,仅为通用型管道用甲烷探头响应时间的1/10,本发明仅采用工艺简单的可调节的准直器安装调整座,避免使用光学调整架,产品部件结构简洁,成本低,光路易装调,适合批量制造。
本实施例中的气体吸收池的气室底部设置有两个出气口,且两个出气口分列于进气口的两侧。使待测的甲烷气体在吸收池基座4内快速流通,加快气体置换速度。
吸收池基座的下侧壁沿吸收池基座径向下沉形成进气孔和出气孔,进气过滤器设置于进气孔底部,进气孔与进气口连通,出气过滤器设置于出气孔底部,出气孔与出气口连通。直接在吸收池基座的下侧壁设置气孔,可将待测气体快速引致吸收池内进行检测,通过将出气孔设置于进气孔的两侧,可将待测气体快速排出,加快气体置换的速度。
本实施例的对射式光谱气体吸收池还包括入射准直器安装调整座2-1和出射准直器安装调整座2-2,入射光纤准直器1设置于入射准直器安装调整座2-1内,且入射准直器安装调整座2-1的一端适形内嵌并固定于一个安装槽内,出射光纤准直器5设置于出射准直器安装调整座2-2内,且出射准直器安装调整座2-2的一端适形内嵌并固定于另一个安装槽内。
入射光纤准直器1与入射准直器安装调整座2-1之间和出射光纤准直器5与出射准直器安装调整座2-2之间均设置有用于锁紧件,入射准直器安装调整座2-1和出射准直器安装调整座2-2均通过与锁紧件配合来调节入射光纤准直器1和出射光纤准直器5的位置。锁紧件为三颗锁紧螺钉,入射准直器安装调整座2-1的另一端和出射准直器安装调整座2-2的另一端均周向均匀设置有三个调节槽3,锁紧件与调节槽3通过螺纹配合。当入射准直器安装调整座2-1和出射准直器安装调整座2-2分别与吸收池基座4的两端配合装配后焊接固定,将入射光纤准直器1安装于入射准直器安装调整座2-1内,出射光纤准直器5安装于出射准直器安装调整座2-2内,通过锁紧螺钉3将入射光纤准直器1预固定后,再通过微调出射光纤准直器5一侧的锁紧螺钉3,当光路耦合效率达到最佳时,将锁紧螺钉3固定。可有效简化光路调节过程,避免使用光学调整架,使光路调节更加快捷简单,同时可降低制造成本。
本实施例中的进气过滤器7适形内嵌于进气孔内,且进气过滤器7的厚度低于进气孔的孔深,出气过滤器8适形内嵌于出气孔内且出气过滤器8的厚度低于出气孔的孔深。外部气体通过过滤器后方可进入到吸收池基座4内,进气过滤器7和出气过滤器8可有效避免粉尘、水汽等进入吸收池基座,使吸收池具有精密过滤的作用。过滤器内部采用微米级过滤精度烧结粉末,过滤器表面采用烧结不锈钢或sic,并采用疏水处理,此方法制作的过滤器过滤精度为:99,9%,粉尘≥0.5μm时,能截留和阻止悬浮在样气中的微细液雾,微细液雾与细微粉尘颗粒在膜片表面形成凝结核,实现采用表面过滤,使用过程中不易堵塞。
本实例中的气体吸收池还包括温度传感器和压力传感器,温度传感器和压力传感器通过传感器安装板9固定安装,且温度传感器的检测端和压力传感器的检测端设置于空腔内部,温度传感器的芯片和压力传感器的芯片的检测值通过外接通讯线11传出,可随时检测吸收池基座气体的温度和气体压力,通过对吸收池内的检测气体的温度和压力进行检测,可随时对气体吸收池中的检测气体的温度和压力进行补偿,保证检测气体的温度值和压力值维持在合理范围内,避免激光信号受温度和压力影响而降低甲烷气体检测系统的检测精度。
传感器安装板顶部用环氧填料函10密封,环氧填料函10的外表面与吸收池基座4的外侧面平齐,当吸收池的位置调节固定后,将环氧填料函10加入传感器安装板9的顶部空间进行密封,可使气体吸收池更防水防尘,避免气体吸收池内部在使用过程中受到损害。环氧填料函为现有的环氧树脂。
入射准直器安装调整座2-1和出射准直器调整座2-2内均填充有对入射光纤准直器1的尾纤和出射光纤准直器5的尾纤起固定作用的准直器填料函6。当入射光纤准直器1和出射光纤准直器5的位置最佳时,旋紧锁紧螺钉3进行预固定,将准直器填料函6填入入射准直器安装调整座和出射准直器调整座的入口处,固定入射光纤准直器1和出射光纤准直器5的位置。
本实施例中的瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头还包括设置于探头外壳I内部的光路盘纤盒III,光纤盘绕在光路盘纤盒III上。
本是实例中的附图1中的箭头方向为气体的流动方向。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,其特征在于:包括:壳体、进气嘴、光缆接口、与外气嘴安装座以及气体吸收池;
所述气体吸收池包括吸收池基座、入射光纤准直器以及出射光纤准直器;
所述吸收池基座的上侧壁下沉形成气室,所述气室的底部设置有进气口和出气口,所述进气口设置有进气过滤器,所述出气口设置有出气过滤器;
所述气室内沿吸收池基座轴向设置有传感器安装板,所述传感器安装板与气室底部之间有气隙;
所述入射光纤准直器和出射光纤准直器分别固定设置于吸收池基座的两端且入射光纤准直器和出射光纤准直器的光路正对设置;
所述气体吸收池嵌入于壳体且气体吸收池的进气口和出气口暴露于壳体外侧;
所述光纤接口固定设置于壳体,且光纤接口与入射光纤准直器和出射光纤准直器连接;
所述气嘴安装座固定设置于壳体并对应于气体吸收池安装处;所述气嘴安装座设置有进气通道和两个出气通道,所述进气通道与气体吸收池的进气口连通,所述两个出气通道与气体吸收池的出口一一对应并连通,所述进气嘴嵌入式设置于进气通道的进气端。
所述抽放管道安装卡盘包括进气管和出气管,所述抽放管道安装卡盘的进气管的入口端与通气嘴的出口端连通,所述抽放管道安装卡盘的进气管的出口端与气体吸收池的进气口连通,所述气体吸收池的出气口通过抽放管道安装卡盘的出气管与外界连通,所述光缆接口的光纤信号输出端与气体吸收池的光纤信号输入端连接,所述气体吸收池的光纤信号输出端与光缆接口的光纤信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,其特征在于:所述气室底部设置有两个出气口,且两个出气口分列于进气口的两侧。
3.根据权利要求2所述瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,其特征在于:所述吸收池基座的下侧壁沿吸收池基座径向下沉形成进气孔和出气孔,所述进气过滤器设置于进气孔底部,所述进气孔与进气口连通,所述出气过滤器设置于出气孔底部,所述出气孔与出气口连通。
4.根据权利要求3所述瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,其特征在于:所述吸收池基座的两端端面分别沿吸收池基座的轴向下沉形成两个安装槽,所述两个安装槽的底部设置有用于入射光纤准直器和出射光纤准直器的光路通过的通孔。
5.根据权利要求4所述瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,其特征在于:还包括入射准直器安装调整座和出射准直器安装调整座;
所述入射光纤准直器设置于入射准直器安装调整座内,且入射准直器安装调整座的一端适形内嵌并固定于一个安装槽内,所述出射光纤准直器设置于出射准直器安装调整座内,且出射准直器安装调整座的一端适形内嵌并固定于另一个安装槽内。
6.根据权利要求5所述瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,其特征在于:所述入射光纤准直器与入射准直器安装调整座之间和出射光纤准直器与出射准直器安装调整座之间均设置有用于锁紧件。
7.根据权利要求6所述瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,其特征在于:所述入射准直器安装调整座的另一端和出射准直器安装调整座的另一端均设置有调节槽,所述锁紧件与调节槽通过螺纹配合。
8.根据权利要求7所述瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,其特征在于:所述传感器安装板顶部用环氧填料函密封,所述环氧填料函的外表面与吸收池基座的外侧面平齐。
9.根据权利要求8所述瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头,其特征在于:所述入射准直器安装调整座和出射准直器调整座内均填充有对入射光纤准直器的尾纤和出射光纤准直器的尾纤起固定作用的准直器填料函。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190111 |