CN202057593U - 一种基于扫描法的微水检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于扫描法的微水检测装置，属气体检测技术领域。包括温控电路、电流驱动电路、DFB激光器、锯齿波发生电路、气室、1*2耦合器、光电探测器、数据采集卡和计算机。其特征在于DFB激光器的输出端经其尾纤接入1*2耦合器；1*2耦合器后面分别经普通光纤连接两路光路，其中一路为光电探测器，另一路为气室跟光电探测器的串接光路，两光路中的光电探测器的输出端分别电连接到数据采集卡上，数据采集卡的输出端和计算机相连接；锯齿波发生电路连接到电流驱动电路并和DFB激光器相连；温控电路连接到DFB激光器上。本实用新型具有抗辐射、抗腐蚀、抗电磁干扰的优点，能够在线监测，操作简单，所需的气体体积小，响应时间短，精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种气体检测装置，具体讲是一种基于扫描法的微水检测装置，属气体检测技术领域。
背景技术
水汽存在多种气体中，比如空气，天然气和氧气等等。当我们把这些气体用到特定环境中，我们对这些气体中的水汽的浓度要求就比较严格了，过多的水汽可能会危机到生命财产的安全：
(1)医疗行业病人护理所使用的压缩空气和气体必须是清洁的和消毒过的。监控气体中主要致污物的浓度指标具有生死攸关的重要性。如果不对浓度进行监控，将会损坏病人的健康。这些致污物包括气体中的一氧化碳和二氧化碳，氮氧化物，油和水汽。水汽情况下，有两个现象需要慎重对待。一是气体装置中潜在的冷凝，会导致对关键器械中水液体的干扰，以及对气体装置部分的潜在腐蚀。第二，有害细菌喜好在高湿度的场合繁殖，过多的水汽冷凝对细菌的生长有推波助澜的作用，因而会危及呼吸医用气体的病人。
(2)SF6气体具有良好的绝缘性能和灭弧性能，现阶段被广泛应用于高压电气设备中，在正常工况下，是较为理想的绝缘及灭弧介质。其工作气压和微水含量的高低对设备的安全可靠工作具有直接的影响，如果SF6气体泄漏导致密度下降或气体中微水含量超标，高压电气设备就会存在安全隐患甚至导致事故发生。因此对SF6高压电气设备气体密度和微水含量的监测一直是相关行业对设备监测的一个重要的组成部分。
(3)天然气是当今世界上最重要的能源之一。天然气在向外传输之前需要进行净化处理。水分是天然气中重要的污染物之一，在天然气的净化处理和传输的各阶段都需要实时监测水分含量。过多的水分会导致管道中水化物的形成以及运输管道的腐蚀。这可能导致严重的安全事故以及昂贵的停输成本。过多的水分也会稀释天然气从而降低天然气的热值和品质。
由于天然气价格的上涨以及世界各地对天然气需求的快速增长，液化天然气的处理和传输得到了越来越多的关注。天然气中的水分在低温处理设备中结冰会损坏液化和压缩设备，因此在液化天然气的预处理、降温、加压等过程中需要精确地监测及控制水分含量。
种种场合使我们知道了检测水汽浓度的必要性，传统的方法有镜面法、重量法、库仑电解法、电容法等。这些测量方法有的对环境条件要求比较高，测量的时间长，怕污染等，有的测量时耗气量较大，使用时设备还需要提前通电通气干燥，而且重复性差。如{中国电机工程学报}第23卷第10期(2003年10月)由李泰军、王章启、张挺、刘全志所写的“SF6气体水分管理标准的探讨及密度与湿度监测的研究”即属于此列。
发明内容
为克服现有技术中存在的不足和缺陷，本实用新型提出了一种基于扫描法的微水检测装置，通过气体吸收后的透射光强和输入光强的比值测出水汽的浓度。
本实用新型的技术方案是按以下方式实现的：
一种基于扫描法的微水检测装置，包括DFB激光器、1*2耦合器、气室、光电探测器、数据采集卡、计算机、锯齿波发生电路、温控电路和电流驱动电路，其特征在于DFB激光器的输出端经其尾纤接入1*2耦合器；1*2耦合器后面分别经普通光纤连接两路光路，其中一路为光电探测器，另一路为气室跟光电探测器的串接光路，两光路中的光电探测器的输出端分别电连接到数据采集卡上，数据采集卡的输出端和计算机相连接；锯齿波发生电路连接到电流驱动电路并和DFB激光器相连接；温控电路连接到DFB激光器以控制DFB激光器的温度保持恒定。
所述的DFB激光器采用波长为1370nm的DFB激光器。
上述DFB激光器是英文Distributed Feedback Laser的缩写，即分布式反馈激光器，它内置了布拉格光栅(Bragg Grating)，属于侧面发射的半导体激光器。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性(即光谱纯度)。
本实用新型检测装置的工作过程如下：DFB激光器出射的激光经过尾纤进入1*2耦合器，被分成了两路，一路直接进入光电探测器，另一路进入气室，一部分光强被水汽吸收，从气室出来的光进入再进入光电探测器，这两路光信号最后都被转换成电信号，最后进入数据采集卡，对他们进行信息数据采集，也就是对入射光强和经过气体吸收后的透射光强进行采集，再对他们进行相除等计算，取吸收峰值处的光强比值，由朗伯定律最终求出水汽的浓度。温控电路控制DFB激光器的恒定温度，使激光器输出波长不受温度影响，再通过电流驱动电路和锯齿波发生电路控制激光器的扫描频率，使其的扫描范围大于被测气体吸收谱线的宽度范围。
本实用新型的具体作用原理如下：任何介质，对各种波长的电磁波能量会或多或少地吸收，完全没有吸收的绝对透明的介质是不存在的.气体也不例外，对一定波长的光也有吸收.每种气体分子都有自己的吸收谱特征，不同分子结构的气体对所吸收的光的波长不同.其中最基本的原理就是Beer-Lambert定律
I＝Ioexp[-α(V)cL]
其中，式中I为光通过介质吸收后的透射光强；
Io入射介质的光强(入射到介质上的光强即未经介质吸收的光强)；
α(V)为气体吸收系数，即气体在一定频率V处的吸收线型；
C为气体浓度；
L为气体吸收路径的总长度。
当x比较小时，e-x≈1-x，所以上式可经计算得出C＝(1-I/Io)/(α(ν)L)
在一定的温度、压强和光的频率下，α(V)可以通过数据库查出，L可以测出，由此可以看到只要我们在一定温度和压强的前提下，经过数据采集卡采集入射光强和透射光强，并经过计算得出透射光强和入射光强的比值，再由朗伯定律计算就可得出水汽的浓度。
因在气体吸收峰值处，气体吸收率
具有极大值，信号容易被提取，因此通常采用气体吸收峰来探测气体的浓度。
由数据库得到，在1365～1370nm波段，水汽分子在1368.6nm时具有最强的吸收，且这一吸收谱线波长附近无背景气体组分的吸收谱线，从而避免背景气体组分对被测气体的交叉吸收干扰，保证测量的准确性。
DFB激光器的发射波长与温度和驱动电流有关，可以通过调节半导体激光器的温度和驱动电流来调制激光波长。我们采用波长为1370nm的DFB激光器，通过调节温控电路，使其输出波长大约1368.6nm，通过温控电路使其温度不变，消除温度对激光器输出波长的影响，在温度恒定条件下，从分布反馈式半导体激光器(DFB)所发出的光与其驱动电流大小近似成线性关系，再通过电流驱动电路和锯齿波发生电路的驱动，使激光器成为可调激光器，并且使激光器的扫描范围大于被测气体吸收谱线的宽度，使气体能够充分吸收光，得到吸收峰值。
最后经过光电探测器，使入射光强和透射光强转换成电信号，再经过数据采集卡对这两种信号进行采集，在计算机上经过精密的计算，取吸收峰值出的比值，由朗伯定律得出气体的浓度。
本实用新型具有以下的优点：本实用新型通过光纤进行传感，能抗辐射，抗腐蚀，不受环境的影响，在高温恶劣的环境也可以运行，可以消除光源的不稳定影响，精确度也比较高，比较灵敏，响应时间比较短，能及时得到水汽的浓度，操作简便，无污染，只要改变波长范围，这种办法同时可以应用到其他种类气体浓度的检测中去，应用十分广泛。
附图说明
图1是本实用新型装置的结构示意图。
其中：1、锯齿波发生电路，2、电流驱动电路，3、温控电路，4、DFB激光器，5、1*2耦合器，6、光电探测器，7、气室，8、光电探测器，9、数据采集卡，10、计算机，11、普通光纤。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明，但不限于此。
实施例：
本实用新型实施例如装置图1所示：包括DFB激光器4、1*2耦合器5、气室7、光电探测器6、8、数据采集卡9、计算机10、锯齿波发生电路1、温控电路3和电流驱动电路2，其特征在于DFB激光器4的输出端经其尾纤接入1*2耦合器5；1*2耦合器5后面分别经普通光纤11连接两路光路，其中一路为光电探测器6，另一路为气室7跟光电探测器8的串接光路，两光路中的光电探测器6、8的输出端分别电连接到数据采集卡9上，数据采集卡9的输出端和计算机相10连接；锯齿波发生电路1连接到电流驱动电路2并和DFB激光器4相连接；温控电路3连接到DFB激光器4以控制DFB激光器4的温度保持恒定。
所述的DFB激光器采用波长为1370nm的DFB激光器。
Claims (2)
1.一种基于扫描法的微水检测装置，包括DFB激光器、1*2耦合器、气室、光电探测器、数据采集卡、计算机、锯齿波发生电路、温控电路和电流驱动电路，其特征在于DFB激光器的输出端经其尾纤接入1*2耦合器；1*2耦合器后面分别经普通光纤连接两路光路，其中一路为光电探测器，另一路为气室跟光电探测器的串接光路，两光路中的光电探测器的输出端分别电连接到数据采集卡上，数据采集卡的输出端和计算机相连接；锯齿波发生电路连接到电流驱动电路并和DFB激光器相连接；温控电路连接到DFB激光器以控制DFB激光器的温度保持恒定。
2.如权利要求1所述的一种基于扫描法的微水检测装置，其特征在于所述的DFB激光器采用波长为1370nm的DFB激光器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 201120074340 CN202057593U (zh) | 2011-03-21 | 2011-03-21 | 一种基于扫描法的微水检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN 201120074340 CN202057593U (zh) | 2011-03-21 | 2011-03-21 | 一种基于扫描法的微水检测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN202057593U true CN202057593U (zh) | 2011-11-30 |
Family
ID=45017563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201120074340 Expired - Lifetime CN202057593U (zh) | 2011-03-21 | 2011-03-21 | 一种基于扫描法的微水检测装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN202057593U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102226759A (zh) * | 2011-03-21 | 2011-10-26 | 山东大学 | 一种基于扫描法的微水检测系统 |
| CN109406450A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-03-01 | 山东大学 | 多次吸收式微量气体检测系统 |
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2011
- 2011-03-21 CN CN 201120074340 patent/CN202057593U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN109406450A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-03-01 | 山东大学 | 多次吸收式微量气体检测系统 |
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Owner name: LANSO KONLY (SHANGHAI) INSTRUMENTS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHANDONG UNIVERSITY Effective date: 20130313 |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 250100 JINAN, SHANDONG PROVINCE TO: 201108 MINHANG, SHANGHAI |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
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|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20111130 |