CN112362597A - 一种多路激光气体监测系统及监测方法 - Google Patents

一种多路激光气体监测系统及监测方法 Download PDF

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CN112362597A CN202011280834.4A CN202011280834A CN112362597A CN 112362597 A CN112362597 A CN 112362597A CN 202011280834 A CN202011280834 A CN 202011280834A CN 112362597 A CN112362597 A CN 112362597A
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严寅初
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Abstract

本发明公开了一种多路激光气体监测系统及监测方法，该监测系统包括：激光发射部；光分路组件，所述光分路组件与所述激光发射部通过第一光纤连接；监测装置，所述监测装置与所述光分路组件通过第二光纤连接；所述监测系统通过所述激光发射部发射检测激光，所述检测激光通过第一光纤进入至所述光分路组件中，所述光分路组件将所述检测激光分开后，通过所述第二光纤进入至所述监测装置，所述监测装置对光谱进行分析计算得到气体浓度数据。本发明达到了将激光光源通过光分路组件将单个激光光源分为多路，实现激光光源复用，大幅降低了系统成本的技术效果。

Description

一种多路激光气体监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及气体监测技术领域，具体涉及一种多路激光气体监测系统及监测方法。
背景技术
气体检测是对气体泄露浓度的检测，主要利用气体传感器来检测环境中存在的气体种类。检测气体排放到环境中的气体的浓度，从而判断危源，以便于立即采取相应的策略应对，避免危害的发生。
现有的气体检测技术采用一个系统备用多个激光光源，每个激光光源发射出的检测激光通过光纤到达监测装置进行气体浓度的监测分析。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
现有的气体检测技术为单点式，每个系统一个单独激光光源，特别是需要大规模使用时，这种方式导致单个系统设备成本非常高的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种多路激光气体监测系统及监测方法，解决了现有的气体检测技术为单点式，每个系统一个单独激光光源，特别是需要大规模使用时，这种方式导致单个系统设备成本非常高的技术问题，达到了将激光光源通过光分路组件(光分路器或光开关)将单个激光光源分为多路，实现激光光源复用，大幅降低了系统成本的技术效果。
鉴于上述问题，提出了本申请实施例以便提供一种多路激光气体监测系统及监测方法。
第一方面，本发明实施例提供了一种多路激光气体监测系统，所述监测系统包括：
激光发射部；
光分路组件，所述光分路组件与所述激光发射部通过第一光纤连接；
监测装置，所述监测装置与所述光分路组件通过第二光纤连接；
所述监测系统通过所述激光发射部发射检测激光，所述检测激光通过第一光纤进入至所述光分路组件中，所述光分路组件将所述检测激光分开后，通过所述第二光纤进入至所述监测装置，所述监测装置对光谱进行分析计算得到气体浓度数据。
优选地，所述激光发射部包括：
激光光源；
激光控制模块，所述激光控制模块控制所述激光光源。
优选地，所述监测装置包括：
准直组件，所述准直组件接收由第一光纤输入至所述监测装置的检测激光，并将检测激光准直后发射出去；
光电探测器，经过所述准直组件的检测激光输入至所述光电探测器中；
光谱分析电路，经过所述光电探测器的检测激光转换成电信号后，电信号接入所述光谱分析电路中；
外壳，所述准直组件、光电探测器以及光谱分析电路设置在所述外壳内部，所述准直组件、光电探测器以及光谱分析电路与所述外壳固定连接，所述外壳的两端设有端盖，所述外壳上设有光纤接口以及电信号接口。
优选地，还包括：
反射镜，所述反射镜与所述外壳固定连接，经过所述准直组件的检测激光发射至所述反射镜上，经所述反射镜反射后的检测激光输入至所述光电探测器中。
优选地，所述光分路组件为光分路器或光开关。
第二方面，本发明实施例提供了一种多路激光气体监测系统的监测方法，具体包括如下步骤：
所述激光发射部发射出带有调制信号的检测激光；
所述检测激光经过所述第一光纤进入至所述光分路组件中，由所述光分路组件将所述检测激光分开，然后进入至多路的所述第二光纤中进行传输；
所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中进行气体浓度的检测分析。
优选地，所述激光发射部发射出带有调制信号的检测激光，包括：
所述激光光源通过所述激光控制模块发射出带有调制信号的检测激光。
优选地，所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中进行气体浓度的检测分析，包括：
所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中的所述准直组件中，所述准直组件将所述检测激光进行准直后发射至所述光电探测器中，所述光电探测器将所述检测激光转变成电信号，所述电信号接入所述光谱分析电路中进行气体浓度的检测分析。
优选地，所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中进行气体浓度的检测分析，包括：
所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中的所述准直组件中，所述准直组件将所述检测激光进行准直后反射至所述反射镜上，经所述反射镜反射后的检测激光输入至所述光电探测器中，所述光电探测器将所述检测激光转变成电信号，所述电信号接入所述光谱分析电路中进行气体浓度的检测分析。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
本发明实施例提供一种多路激光气体监测系统及监测方法，本发明的监测系统包括：激光发射部；光分路组件，所述光分路组件与所述激光发射部通过第一光纤连接；监测装置，所述监测装置与所述光分路组件通过第二光纤连接；所述监测系统通过所述激光发射部发射检测激光，所述检测激光通过第一光纤进入至所述光分路组件中，所述光分路组件将所述检测激光分开后，通过所述第二光纤进入至所述监测装置，所述监测装置对光谱进行分析计算得到气体浓度数据。本发明解决了现有的气体检测技术为单点式，每个系统一个单独激光光源，特别是需要大规模使用时，这种方式导致单个系统设备成本非常高的技术问题，达到了将激光光源通过光分路组件(光分路器或光开关)将单个激光光源分为多路，实现激光光源复用，大幅降低了系统成本的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例一种多路激光气体监测系统结构框图；
图2为图1中监测装置的结构示意图；
图3为图2中监测装置的侧视图；
图4为图3中的A-A剖面图；
图5为图1中带有反射镜的监测装置的A-A剖面图；
图6为本发明实施例一种多路激光气体监测方法流程图。
附图标记说明：激光发射部1；光分路组件2；第一光纤3；第二光纤4；监测装置5；激光光源11；激光控制模块12；准直组件51；光电探测器52；光谱分析电路53；反射镜6；外壳7；端盖71；光纤接口72；电信号接口73；气体管道8。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种多路激光气体监测系统及监测方法，用于解决现有的气体检测技术为单点式，每个系统一个单独激光光源，特别是需要大规模使用时，这种方式导致单个系统设备成本非常高的技术问题。
本发明提供的技术方案总体思路如下：所述监测系统包括：激光发射部；
光分路组件，所述光分路组件与所述激光发射部通过第一光纤连接；
监测装置，所述监测装置与所述光分路组件通过第二光纤连接；
所述监测系统通过所述激光发射部发射检测激光，所述检测激光通过第一光纤进入至所述光分路组件中，所述光分路组件将所述检测激光分开后，通过所述第二光纤进入至所述监测装置，所述监测装置对光谱进行分析计算得到气体浓度数据。本发明达到了将激光光源通过光分路组件(光分路器或光开关)将单个激光光源分为多路，实现激光光源复用，大幅降低了系统成本的技术效果。
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例1
参考图1所示，本发明实施例的一种多路激光气体监测系统，所述监测系统包括：激光发射部1。
具体而言，激光发射部为该气体监测系统提供激光光源。
光分路组件2，所述光分路组件2与所述激光发射部1通过第一光纤3连接；
具体而言，光分路组件2可以为光分路器或光开关，本实施例以光分路器作为优选，激光发射部1发射出的带有调制信号的检测激光通过第一光纤3进入到光分路器中，由光分路器将检测激光分开并进入多路的第二光纤4中进行传输。
监测装置5，所述监测装置与所述光分路组件2通过第二光纤4连接；
具体而言，由光分路器将检测激光分开进入多路的第二光纤4中进行传输，通过第二光纤4的检测激光由光分路器进入到监测装置5中，所述监测装置5对光谱进行分析计算得到气体浓度数据。
所述监测系统通过所述激光发射部1发射检测激光，所述检测激光通过第一光纤3进入至所述光分路组件2中，所述光分路组件2将所述检测激光分开后，通过所述第二光纤4进入至所述监测装置5，所述监测装置5对光谱进行分析计算得到气体浓度数据。
进一步的，如图1所示，所述激光发射部1包括：
激光光源11；
激光控制模块12，所述激光控制模块12控制所述激光光源11。
具体而言，激光光源11通过激光控制模块12发射出带有调制信号的检测激光，检测激光通过第一光纤3进入到光分路组件2(光分路器)中。
进一步的，如图2-4所示，所述监测装置5包括：
准直组件51，所述准直组件51接收由第一光纤3输入至所述监测装置5的检测激光，并将检测激光准直后发射出去；
光电探测器52，经过所述准直组件51的检测激光输入至所述光电探测器52中；
光谱分析电路53，经过所述光电探测器52的检测激光转换成电信号后，电信号接入所述光谱分析电路53中；
外壳7，所述准直组件51、光电探测器52以及光谱分析电路53设置在所述外壳7内部，所述准直组件51、光电探测器52以及光谱分析电路53与所述外壳7固定连接，所述外壳7的两端设有端盖71，所述外壳上设有光纤接口72以及电信号接口73。
具体而言，检测激光通过第一光纤3进入到光分路组件2(光分路器)中后，由光分路组件2(光分路器)将检测激光分开进入多路的第二光纤4中进行传输，每路第二光纤4末端连接一个准直组件51，准直组件51可以为准直器或准直镜，本实施例以准直器作为优选，准直组件51(准直器)将第二光纤4中的检测激光进行准直后发射出去并打在对面的光电探测器52上，将检测激光转变为电信号，电信号接入光谱分析电路53，光谱分析电路53可以为嵌入式系统或光谱仪，本实施例以光谱仪作为优选，光谱分析电路53(光谱仪)对光谱进行分析计算最终得到气体的浓度数据，该数据可从光谱分析电路53通过不同通讯方式输出，通讯方式可以为模拟量、数字量、网络等通讯方式，本实施例以网络作为优选。通过上述技术方案将单个激光光源分为多路，实现了激光光源的复用，大幅度降低了系统成本。
外壳7，所述准直组件51、光电探测器52以及光谱分析电路53设置在所述外壳7内部，是为了保护电器元件不受外界干扰，起到可以延迟寿命，同时可以保证工作时在封闭空间，提高了工作的稳定性，满足了工作时的适用环境。所述准直组件51、光电探测器52以及光谱分析电路53与所述外壳7固定连接，本实施例以螺栓固定作为优选，方便拆卸，从而便于零件的更换维修。所述外壳7的两端设有端盖71，使用时外壳7与待测的气体管道8是相通的，气体管道8与外壳7通过螺栓固定连接，通过外壳7、气体管道8和端盖71形成了密闭空间，设置端盖71也是为了保护电器元件不受外界干扰，起到可以延迟寿命，同时可以保证工作时在封闭空间，提高了工作的稳定性，满足了工作时的适用环境。所述外壳上设有光纤接口72以及电信号接口73，用于外壳7内部元件与外部元件的连接，本实施例第二光纤4通过光纤接口72与外壳7内部的准直组件51连接，电信号接口73可以用于外接电器元件。
该多路激光气体监测系统检测气体浓度的原理为：根据比尔朗伯定律，由于不同的气体分子对不同波长的光具有吸收特性，气体分子数量越多对检测光的吸收就越强，光信号会随之减弱，减弱程度和气体分子数量有稳定的比例关系。将被气体分子吸收后的光信号转换成为电信号，通过光谱分析电路分析计算最终得到气体的浓度数据。
实施例2
进一步的，如图5所示，还包括：
反射镜6，所述反射镜6与所述外壳7固定连接，经过所述准直组件51的检测激光发射至所述反射镜6上，经所述反射镜6反射后的检测激光输入至所述光电探测器52中。
具体而言，本实施例反射镜6与外壳7通过螺栓固定在外壳7上，激光光源11通过激光控制模块12发射出带有调制信号的检测激光，检测激光通过第一光纤3进入到光分路组件2(光分路器)中后，本实施例以光分路器作为优选，由光分路组件2(光分路器)将检测激光分开进入多路的第二光纤4中进行传输，每路第二光纤4末端连接一个准直组件51，准直组件51可以为准直器或准直镜，本实施例以准直器作为优选，准直组件51(准直器)将第二光纤4中的检测激光进行准直后发射出去并打在反射镜6上，经反射镜6反射后的检测激光输入至光电探测器52中，这时光电探测器52将检测激光转变为电信号，电信号接入光谱分析电路53，光谱分析电路53可以为嵌入式系统或光谱仪，本实施例以光谱仪作为优选，光谱分析电路53对光谱进行分析计算最终得到气体的浓度数据，该数据可从光谱分析电路53通过不同通讯方式输出，通讯方式可以为模拟量、数字量、网络等通讯方式，本实施例以网络作为优选。通过上述技术方案将单个激光光源分为多路，实现了激光光源的复用，大幅度降低了系统成本。
实施例3
基于与前述实施例中一种多路激光气体监测系统同样的发明构思，本发明还提供一种多路激光气体监测系统的监测方法，如图6所示，该监测方法具体包括如下步骤：
步骤110：所述激光发射部1发射出带有调制信号的检测激光；
步骤120：所述检测激光经过所述第一光纤3进入至所述光分路组件2中，由所述光分路组件2将所述检测激光分开，然后进入至多路的所述第二光纤4中进行传输；
步骤130：所述检测激光传输至每路所述第二光纤4末端后，进入至所述监测装置5中进行气体浓度的检测分析。
进一步的，所述激光发射部1发射出带有调制信号的检测激光，包括：
所述激光光源11通过所述激光控制模块12发射出带有调制信号的检测激光。
进一步的，所述检测激光传输至每路所述第二光纤4末端后，进入至所述监测装置5中进行气体浓度的检测分析，包括：
所述检测激光传输至每路所述第二光纤4末端后，进入至所述监测装置5中的所述准直组件51中，所述准直组件51将所述检测激光进行准直后发射至所述光电探测器52中，所述光电探测器52将所述检测激光转变成电信号，所述电信号接入所述光谱分析电路53中进行气体浓度的检测分析。
进一步的，所述检测激光传输至每路所述第二光纤4末端后，进入至所述监测装置5中进行气体浓度的检测分析，包括：
所述检测激光传输至每路所述第二光纤4末端后，进入至所述监测装置5中的所述准直组件51中，所述准直组件51将所述检测激光进行准直后反射至所述反射镜6上，经所述反射镜6反射后的检测激光输入至所述光电探测器52中，所述光电探测器52将所述检测激光转变成电信号，所述电信号接入所述光谱分析电路53中进行气体浓度的检测分析。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
本发明实施例提供一种多路激光气体监测系统及监测方法，本发明的监测系统包括：激光发射部；光分路组件，所述光分路组件与所述激光发射部通过第一光纤连接；监测装置，所述监测装置与所述光分路组件通过第二光纤连接；所述监测系统通过所述激光发射部发射检测激光，所述检测激光通过第一光纤进入至所述光分路组件中，所述光分路组件将所述检测激光分开后，通过所述第二光纤进入至所述监测装置，所述监测装置对光谱进行分析计算得到气体浓度数据。本发明解决了现有的气体检测技术为单点式，每个系统一个单独激光光源，特别是需要大规模使用时，这种方式导致单个系统设备成本非常高的技术问题，达到了将激光光源通过光分路组件(光分路器或光开关)将单个激光光源分为多路，实现激光光源复用，大幅降低了系统成本的技术效果。
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)

1.一种多路激光气体监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：
激光发射部；
光分路组件，所述光分路组件与所述激光发射部通过第一光纤连接；
监测装置，所述监测装置与所述光分路组件通过第二光纤连接；
所述监测系统通过所述激光发射部发射检测激光，所述检测激光通过第一光纤进入至所述光分路组件中，所述光分路组件将所述检测激光分开后，通过所述第二光纤进入至所述监测装置，所述监测装置对光谱进行分析计算得到气体浓度数据。
2.根据权利要求1所述的一种多路激光气体监测系统，其特征在于，所述激光发射部包括：
激光光源；
激光控制模块，所述激光控制模块控制所述激光光源。
3.根据权利要求1所述的一种多路激光气体监测系统，其特征在于，所述监测装置包括：
准直组件，所述准直组件接收由第一光纤输入至所述监测装置的检测激光，并将检测激光准直后发射出去；
光电探测器，经过所述准直组件的检测激光输入至所述光电探测器中；
光谱分析电路，经过所述光电探测器的检测激光转换成电信号后，电信号接入所述光谱分析电路中；
外壳，所述准直组件、光电探测器以及光谱分析电路设置在所述外壳内部，所述准直组件、光电探测器以及光谱分析电路与所述外壳固定连接，所述外壳的两端设有端盖，所述外壳上设有光纤接口以及电信号接口。
4.根据权利要求3所述的一种多路激光气体监测系统，其特征在于，还包括：
反射镜，所述反射镜与所述外壳固定连接，经过所述准直组件的检测激光发射至所述反射镜上，经所述反射镜反射后的检测激光输入至所述光电探测器中。
5.根据权利要求1所述的一种多路激光气体监测系统，其特征在于，所述光分路组件为光分路器或光开关。
6.一种多路激光气体监测系统的监测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
所述激光发射部发射出带有调制信号的检测激光；
所述检测激光经过所述第一光纤进入至所述光分路组件中，由所述光分路组件将所述检测激光分开，然后进入至多路的所述第二光纤中进行传输；
所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中进行气体浓度的检测分析。
7.根据权利要求6所述的一种多路激光气体监测系统的监测方法，其特征在于，所述激光发射部发射出带有调制信号的检测激光，包括：
所述激光光源通过所述激光控制模块发射出带有调制信号的检测激光。
8.根据权利要求6所述的一种多路激光气体监测系统的监测方法，其特征在于，所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中进行气体浓度的检测分析，包括：
所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中的所述准直组件中，所述准直组件将所述检测激光进行准直后发射至所述光电探测器中，所述光电探测器将所述检测激光转变成电信号，所述电信号接入所述光谱分析电路中进行气体浓度的检测分析。
9.根据权利要求6所述的一种多路激光气体监测系统的监测方法，其特征在于，所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中进行气体浓度的检测分析，包括：
所述检测激光传输至每路所述第二光纤末端后，进入至所述监测装置中的所述准直组件中，所述准直组件将所述检测激光进行准直后反射至所述反射镜上，经所述反射镜反射后的检测激光输入至所述光电探测器中，所述光电探测器将所述检测激光转变成电信号，所述电信号接入所述光谱分析电路中进行气体浓度的检测分析。
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