CN111766220A - 一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置 - Google Patents

一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111766220A
CN111766220A CN202010738012.XA CN202010738012A CN111766220A CN 111766220 A CN111766220 A CN 111766220A CN 202010738012 A CN202010738012 A CN 202010738012A CN 111766220 A CN111766220 A CN 111766220A
Authority
CN
China
Prior art keywords
methane gas
laser
photoelectric
reference cell
detection module
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.)
Pending
Application number
CN202010738012.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李军
张书林
于庆
孙世岭
樊荣
郭清华
王尧
周德胜
莫志刚
李涛
赵庆川
梁光清
张远征
苟怡
饶兴鑫
刘芬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Original Assignee
CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd filed Critical CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Priority to CN202010738012.XA priority Critical patent/CN111766220A/zh
Publication of CN111766220A publication Critical patent/CN111766220A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • 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
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • 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
    • G01N2021/391—Intracavity sample
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/02—Mechanical
    • G01N2201/022—Casings
    • G01N2201/0227—Sealable enclosure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/02—Mechanical
    • G01N2201/023—Controlling conditions in casing

Abstract

本发明公开了一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置，属于光谱吸收气体浓度传感技术领域，本电探测模组包括壳体和盖板，壳体与盖板封装连接，其内集成有激光器、分光元件、内置参比池光电探测器和测量光电探测器，并内密封有保护气体。本发明将核心部件集成于一体，采用焊接封盖，内密封保护气体，保证期间超长使用寿命，易实现自动化批量制造，且成本低，可靠性高。

Description

一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置
技术领域
本发明属于光谱吸收气体浓度传感技术领域，具体涉及一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置，适用于煤矿、城市综合管廊、石油、化工、家用天然气、地铁等领域的高精度、高可靠性光纤甲烷检测系统。
背景技术
在煤矿开采安全事故中，瓦斯事故一直是我国煤矿开采安全事故中最为重视的事故类型之一，为了实时监测甲烷气体含量，预防和控制瓦斯事故的发生，必须设置能在线实时快速检测甲烷气体浓度的仪器和设备。按照检测原理可将甲烷检测技术分为催化型、热导型、气敏半岛型、光干涉型和红外型。据安监总煤装(2017)18号文件《关于强化瓦斯治理有效遏制煤矿重特大事故的通知》第二条中规定：要积极推进安全监控系统升级改造，推广使用先进实用的红外、激光等甲烷传感器。近年来，随着基于可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)谐波检测技术的发展，激光甲烷检测逐渐成为痕量气体的重要检测手段。激光甲烷检测相较于传统检测方法，具有实时性好、寿命长、准确度高、无需经常标定等优点。在激光甲烷检测中，甲烷气体检测光电探测模组是激光甲烷传感器的重要组成部分，配合相应的信号处理方法，可实现激光器谱线与甲烷吸收谱线的匹配自校准功能，提高传感系统长期运行的稳定性。
随着矿用甲烷传感器推广量大，要求产品集成度高，功耗低，成本低是未来趋势，各种小型化的激光甲烷传感探头不断被研发和生产，并被使用到煤炭，智慧城市等有可能出现瓦斯突出或天然气泄露的领域。这些小型化的激光甲烷传感探头在一定程度上有效地减少探头的体积，但是均采用多部件集成，使应用中探头未实现光电分离，同时由于设备浸水、高温高湿高粉尘等造成探头损坏，维修成本高，制约了大面积批量应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置，解决甲烷传感器的测量准确性底、制作成本高、工作可靠性差的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种甲烷气体检测光电探测模组，包括壳体和盖板，所述壳体与盖板封装连接，其内集成有激光器、分光元件、内置参比池光电探测器和测量光电探测器，并内密封有保护气体。
进一步，激光器、分光元件、内置参比池光电探测器和测量光电探测器在壳体内呈“田”字形布置，分光元件与内置参比池光电探测器的中心轴线呈45°角，激光器的光源中心线与内置参比池光电探测器的中心轴线呈90°角。
进一步，壳体上还设有对准激光器的光源中心线并相对于分光元件异侧布置的输出准直器以及对准测量光电探测器的中心轴线的输入准直器，输出准直器上设有光源尾纤，输入准直器上设有测量尾纤。
进一步，保护气体为氩气或氮气。
进一步，激光器包括光源管壳、芯片、制冷器、热敏电阻和光隔离器。
进一步，壳体上还设有分别与激光器、内置参比池光电探测器、测量光电探测器连接的引脚。
进一步，内置参比池光电探测器包括有透镜和封装于其内的甲烷参比池。
进一步，分光元件为半反半透镜片。
本发明还提供一种甲烷气体检测光电检测装置，包括上述的甲烷气体检测光电探测模组和待测气体吸收池，待测气体吸收池耦合连接光源尾纤和接收器尾纤。
本发明的有益效果在于：本发明将核心部件集成于一体，采用焊接封盖，内密封保护气体，保证期间超长使用寿命，易实现自动化批量制造，且成本低，可靠性高。同时，本发明为激光甲烷探头微型化提供核心技术支撑，目前该技术成果能应用于矿用甲烷气体高精度检测领域，其发展未来甚至有可能将TDLAS引向消费电子领域。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为本发明的外形结构示意图。
附图标记：壳体1、激光器2、光源管壳3、分光元件4、输出准直器5、光源尾纤6、透镜7、甲烷参比池8、内置参比池光电探测器9、引脚10、测量光电探测器11、输入准直器12、测量尾纤13、盖板14。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
如图1、2所示，本发明专利公开了一种甲烷气体检测光电探测模组，该光电探测模组将激光器2、分光元件4、测量光电探测器11、内置参比池光电探测器9集成于一体壳体1内，该壳体1与盖板14采用焊接封盖，内密封保护气体。具体的，壳体1采用蝶形8pin(butterfly)封装管壳，激光器、分光元件、内置参比池光电探测器、测量光电探测器程“田”字形布置，内部光路互相垂直，内置参比池光电探测器固定焊接在壳体内部的一侧，且分光元件与内置参比池光电探测器的中心轴线呈45°角，激光器的光源准直中心线与内置参比池光电探测器的中心轴线呈90°角；壳体1上设置的输出准直器5通过分光元件4与激光器2对应布置，其上连接有光源尾纤6，即激光器、分光元件、输出准直器在壳体内被设置在一条直线上；壳体1上设置的输入准直器12与测量光电探测器11对应设置，其上连接有接收器尾纤13。这样，激光器2发出平行光束，平行光束经过分光元件4，一部分光束被反射进入内置参比池光电探测器9；另一部分光束经过分光元件4后由输出准直器5耦合进入光源尾纤6，再经过配套的待测气体吸收池(未画出)后由测量尾纤13耦合进入输入准直器12，再由测量光电探测器11接收。采用上述方案，本发明将核心部件集成于一体内，并采用焊接封盖，内密封保护气体，保证期间超长使用寿命(可达20年)。
在本实施例中的保护气体可采用氩气，亦可采用氮气。以对壳体内腔进行封装保护。
在本实施例中的壳体和盖板采用电阻平行焊一次焊接、气密成型封装，氦质谱检漏仪检测，泄漏率不大于5x10-10Pa·m3/s。
在本实施例中激光器采用DFB芯片、内置半导体制冷器(TEC)、热敏电阻(NTC)、光隔离器和光源管壳3。内置光隔离器是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过，提高光波传输效率，≥5mw高功率FC/APC尾纤输出。
在本实施例中的壳体1上还设有分别与激光器2、参比池光电探测器9、测量光电探测器11连接的引脚10，即8PIN引脚与壳体一体封装。即集成在蝶形8pin(butterfly)封装管壳，易实现自动化批量制造，成本低，可靠性高。
在本实施例中的分光元件为半反半透镜片。采用玻璃镀膜，实现半反半透,不改变激光光源波长，反射率为20％～30％。
在本实施例中的参比池光电探测器9包括有与分光元件4对应的透镜7和封装于其内的甲烷参比池8。平行空间光输入，≤5.0×10-10Pa·m3/S气密性封装。在实际使用中，该探测模组不会受到其他气体的干扰，而产生误报。即能锁定被测气体的吸收峰波长位置，排除其他气体产生的波长交叉吸收干扰，提高了测量的准确性。
本实施例还提供一种甲烷气体检测光电检测装置，包括上述的甲烷气体检测光电探测模组和待测气体吸收池，所述待测气体吸收池耦合连接光源尾纤6和接收器尾纤13。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种甲烷气体检测光电探测模组，包括壳体(1)和盖板(14)，其特征在于，所述壳体与盖板封装连接，其内集成有激光器(2)、分光元件(4)、内置参比池光电探测器(9)和测量光电探测器(11)，并内密封有保护气体。
2.根据权利要求1所述的甲烷气体检测光电探测模组，其特征在于，所述激光器、分光元件、内置参比池光电探测器和测量光电探测器在壳体内呈“田”字形布置，所述分光元件与所述内置参比池光电探测器的中心轴线呈45°角，所述激光器的光源中心线与所述内置参比池光电探测器的中心轴线呈90°角。
3.根据权利要求1或2所述的甲烷气体检测光电探测模组，其特征在于，所述壳体上还设有对准所述激光器的光源中心线并相对于分光元件异侧布置的输出准直器(5)以及对准所述测量光电探测器的中心轴线的输入准直器(12)，所述输出准直器上设有光源尾纤(6)，所述输入准直器上设有测量尾纤(13)。
4.根据权利要求1所述的甲烷气体检测光电探测模组，其特征在于，所述保护气体为氩气或氮气。
5.根据权利要求1所述的甲烷气体检测光电探测模组，其特征在于，所述激光器包括光源管壳(3)、芯片、制冷器、热敏电阻和光隔离器。
6.根据权利要求1所述的甲烷气体检测光电探测模组，其特征在于，所述壳体上还设有分别与激光器、内置参比池光电探测器、测量光电探测器连接的引脚(10)。
7.根据权利要求1所述的甲烷气体检测光电探测模组，其特征在于，所述内置参比池光电探测器包括有透镜(7)和封装于其内的甲烷参比池(8)。
8.根据权利要求3所述的甲烷气体检测光电探测模组，其特征在于，所述分光元件为半反半透镜片。
9.一种甲烷气体检测光电检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的甲烷气体检测光电探测模组和待测气体吸收池，所述待测气体吸收池耦合连接光源尾纤和接收器尾纤。
CN202010738012.XA 2020-07-28 2020-07-28 一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置 Pending CN111766220A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010738012.XA CN111766220A (zh) 2020-07-28 2020-07-28 一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010738012.XA CN111766220A (zh) 2020-07-28 2020-07-28 一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111766220A true CN111766220A (zh) 2020-10-13

Family

ID=72727472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010738012.XA Pending CN111766220A (zh) 2020-07-28 2020-07-28 一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111766220A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115639650A (zh) * 2022-12-26 2023-01-24 武汉乾希科技有限公司 光发射接收组件激光器以及光模块

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6091504A (en) * 1998-05-21 2000-07-18 Square One Technology, Inc. Method and apparatus for measuring gas concentration using a semiconductor laser
US20030020981A1 (en) * 2000-12-14 2003-01-30 Sri International Dense wavelength division multiplexing (DWDM) fiberoptic source
WO2003067720A2 (de) * 2002-02-08 2003-08-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Laservorrichtung mit einem quantenkaskadenlaser
US20120113426A1 (en) * 2010-09-09 2012-05-10 Adelphi University Method and Apparatus for Trace Gas Detection Using Integrated Wavelength Modulated Spectra Across Multiple Lines
US20120287418A1 (en) * 2010-10-14 2012-11-15 Scherer James J High-Accuracy Mid-IR Laser-Based Gas Sensor
JP2014206541A (ja) * 2014-07-01 2014-10-30 横河電機株式会社 レーザガス分析装置
CN105021569A (zh) * 2015-08-11 2015-11-04 江苏师范大学 一种同时监测一氧化碳和甲烷的装置
CN205719923U (zh) * 2016-06-13 2016-11-23 山西中科华仪科技有限公司 一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置
CN106290249A (zh) * 2016-10-12 2017-01-04 武汉智勤创亿信息技术有限公司 一种一体化小型激光气体检测组件

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6091504A (en) * 1998-05-21 2000-07-18 Square One Technology, Inc. Method and apparatus for measuring gas concentration using a semiconductor laser
US20030020981A1 (en) * 2000-12-14 2003-01-30 Sri International Dense wavelength division multiplexing (DWDM) fiberoptic source
WO2003067720A2 (de) * 2002-02-08 2003-08-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Laservorrichtung mit einem quantenkaskadenlaser
US20120113426A1 (en) * 2010-09-09 2012-05-10 Adelphi University Method and Apparatus for Trace Gas Detection Using Integrated Wavelength Modulated Spectra Across Multiple Lines
US20120287418A1 (en) * 2010-10-14 2012-11-15 Scherer James J High-Accuracy Mid-IR Laser-Based Gas Sensor
JP2014206541A (ja) * 2014-07-01 2014-10-30 横河電機株式会社 レーザガス分析装置
CN105021569A (zh) * 2015-08-11 2015-11-04 江苏师范大学 一种同时监测一氧化碳和甲烷的装置
CN205719923U (zh) * 2016-06-13 2016-11-23 山西中科华仪科技有限公司 一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置
CN106290249A (zh) * 2016-10-12 2017-01-04 武汉智勤创亿信息技术有限公司 一种一体化小型激光气体检测组件

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115639650A (zh) * 2022-12-26 2023-01-24 武汉乾希科技有限公司 光发射接收组件激光器以及光模块
CN115639650B (zh) * 2022-12-26 2023-09-15 武汉乾希科技有限公司 光发射接收组件激光器以及光模块

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205374298U (zh) 基于tdlas的痕量气体浓度检测装置
CN107144549A (zh) 基于tdlas痕量co气体浓度的检测装置和方法
EP3198261B1 (en) Optical gas sensing apparatus with explosion-proof enclosure
CN101545856A (zh) 煤矿采空区火灾光纤气体检测仪
Yang et al. A methane telemetry sensor based on near-infrared laser absorption spectroscopy
CN100507518C (zh) 高性能光纤瓦斯传感器
CN110954501A (zh) 一种耐高温可调谐激光吸收光谱探头结构
CN111766220A (zh) 一种甲烷气体检测光电探测模组及检测装置
CN102103071A (zh) 一种在位式吸收光谱气体分析系统
Wang et al. Gas concentration sensing based on fiber loop ring-down spectroscopy: a review
CN214066929U (zh) 一种基于tdlas技术的甲烷泄露监测系统
CN202092950U (zh) 光谱测量中的定标气体样品池装置
CN208239293U (zh) 一种基于tdlas激光技术的煤矿用甲烷检测报警仪
CN201917519U (zh) 一种在位式吸收光谱气体分析系统
CN207147951U (zh) 一种用于气体检测的吸收池
CN115684009A (zh) 一种小型红外气体传感器及工作原理
US8576398B2 (en) Concentration measuring device, concentration measuring arrangement and concentration measuring method
CN102478510A (zh) 一种用于甲烷探测的光谱式传感器
CN108593597A (zh) 基于光纤fp腔型探头的天然气泄漏预警监控装置及方法
CN112782126A (zh) 遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置及在线解调方法
CN207114421U (zh) 一种扩散式化学气体传感器及校准系统
CN218271934U (zh) 一种非接触悬臂梁气体泄漏监测装置
CN208283270U (zh) 基于光纤fp腔型探头的天然气泄漏预警监控装置
CN100595570C (zh) 一种半导体激光透过率分析系统
CN214622306U (zh) 一种承压式激光硫化氢在线监测装置

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201013