CN203720081U - 一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构，包括激光发射器，信号处理模块，光开关模块，传输光纤，光纤气体传感器，光电转换模块，显示模块，温度控制模块。激光器发出激光，被第一个光开关分成N路光强相等的光。其中一路为通过标准池的标准信号，其余N－1路为N－1个待测点经过气体吸收后的检测信号，每路吸收都有一个光纤气体传感器。本实用新型使得同一检测仪器可以覆盖的检测范围大大增加，满足对气体参量进行长时间、在线、多点连续实时监测的需要，具有灵敏度高、稳定性好、结构灵活、快速响应等优点。

Description

一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构

技术领域

本实用新型涉及激光探测技术领域，特别是一种气体参量多点传感测量的光路结构，具体涉及一种利用可调谐二极管激光吸收光谱法的气体参量多点传感测量的光路结构。

背景技术

可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS)技术利用可调谐半导体激光器窄线宽和波长可调谐特性检测气体的单根分子吸收谱线，它与波长调制(WMS)技术及二次谐波检测技术相结合，是一种高灵敏度、高选择性、高可靠性、快速在线、受环境干扰因素较小、非接触测量的气体检测技术，在石油化工、环境监测、冶金、煤炭、燃气管网等领域中得到了广泛应用。

光纤传感技术具有抗电磁干扰、防燃防爆、可远程控制等优点。由于光纤传输损耗很小，气体传感器与检测主机之间的距离可以相隔十几甚至几十公里, 可实现长距离、多点的在线测量。由于传感和传输的都是光信号，传感网络中没有电气连接，检测信号不受电磁干扰，传输距离远、覆盖范围广。

《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》规定，气体检测器的有效覆盖水平平面半径，室内为7.5米，室外为15米。在有效覆盖面积内，应设置至少一台检测器。此外，在储罐的进出料阀门组附近位置及可能存在泄漏气体的机泵房、压缩机房、灌瓶间阀组等应当分别设置气体检测仪。在环保领域，根据《环境空气质量检测规范》的规定，国家环境空气质量评价点的设置数量应按每25-30km2建成区面积设1个监测站，并且不少于8个点。以天然气或瓦斯气体为例，它们的主要成分是甲烷，具有易燃易爆性，在采掘、运输及使用过程中极易发生爆炸，实时监测其浓度非常重要。在油气储罐区、气源厂等检测目标分散在较大范围区域的场合，以及在长距离油气管网传输中，要经济、快速、可靠地对油气的泄漏进行监测，以最大限度地减少损失和对环境的污染, 保证油气管线的安全运行。

针对煤矿瓦斯、天然气管道、化工厂等场所，现有气体测量设备大部分都是单点测量。上述应用的主要特点是安全监测的范围大，距离长，监测场所分散，要求监测精度高，快速可靠。本实用新型公开了能满足上述要求的一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构。

实用新型内容

将光纤传感技术与可调谐二极管激光吸收光谱技术相结合，用一套系统实现多点气体的实时监测。本实用新型公开了实现以上系统的光路结构。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于可调谐二极管激光吸收光谱法的气体参量多点传感测量的光路结构，包括激光发射器，信号处理模块，光开关模块，传输光纤，光纤气体传感器，光电转换模块，显示模块，温度控制模块。激光器发出激光，被第一个光开关分成N路光强相等的光，分别通过N根光纤传输到各吸收池。其中一路为通过标准池的标准信号，其余N－1路为N－1个待测点经过气体吸收后的检测信号，每路吸收都有一个光纤气体传感器。这N路信号的输出端分别对接到第2个光开关的输入。光电转换模块连接在第2个光开关的输出端，完成光电的转换。本实用新型提出的这种基于可调谐二极管激光吸收原理的光纤气体多点参量检测的光路结构，在发射光路中多个传感器共用一个光源，在接收光路中，共用一个探测器，采用这种多路复用技术不但使一套检测设备可覆盖的检测范围更广，还简化了系统结构，降低了整个系统的成本。

较佳地，所述的气体参量为气体浓度。

较佳地，所述的激光发射器包括二极管激光光源和激光驱动器。

较佳地，所述的二极管激光光源为近红外可调谐分布反馈式激光器。

较佳地，所述的光开关模块包括光开关和光开关驱动电路，连接在激光发射器和光电转换模块之间。

较佳地，所述的光开关模块中，两个光开关信号的选通信号同步

较佳地，所述的光电转换模块包括光电探测器及光电探测器信号处理电路，其一端连接于光开关模块，另一端连接于信号处理模块。

较佳地，所述的N为8。

本实用新型描述的一种基于可调谐二极管激光吸收光谱法的气体参量多点传感测量的光路结构，具有以下优点：

1.    所有的光信号都采用光纤传输，传输损耗很小,可实现长距离的在线测量。

2.    这种多点传感测量的光路结构，使一套检测设备可覆盖的检测范围更广。

3.    由于二极管激光器成本较高，本实用新型在发射光路中多个传感器共用一个激光器，在接收光路中，多个传感器共用一个探测器，这种多路复用结构简化了系统结构，降低了单个测量点的价格。

综上，本实用新型可增大同一检测仪器的覆盖范围，特别适用于油气管线等需要大范围、长距离、实时监测气体参量的场所。可满足对气体参量进行长时间、在线、多点连续实时监测的需要。具有灵敏度高、结构灵活、稳定性好、快速响应等优点。本实用新型在检测易燃易爆、监测有毒有害气体及工业环境危险气体的泄漏及其浓度等领域也有一定的应用价值。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

将光纤传感技术与可调谐二极管激光吸收光谱技术相结合，用一套系统实现多点气体的实时监测。本实用新型公开了实现以上系统的光路结构。

下面以检测甲烷气体浓度为例，结合附图详细说明本实用新型的优点和特征。

系统可选用甲烷气体某个吸收中心波长的可调谐二极管激光器5作为光源，信号发生模块2产生调制波，由激光器温控4来稳定激光器5的输出波长，通过调节温度可以对其输出波长进行粗调，通过在激光器驱动电路3中改变激光器5的驱动电流，对激光器5的输出波长进行扫描。

可调谐二极管激光器5发出激光，被1×8的光开关6分成8路光强相等的光，光开关6顺序将输入激光耦合到8个输出端，这些输出端通过传输光纤8与各光纤气体探头9-12相连接，实现一套检测系统的8路分时检测。其中一路经过密封有一定浓度的甲烷标准气体，将这路测量的信号作为系统的定标信号，另外7路连接于7个待测点放置的光纤气体传感器9－12。经各监测点的气体吸收后的各路光信号，携带有各监测点的甲烷气体浓度信息。这7路光信号的输出端通过光纤连接于光开关15的输入，光开关15的输出连接于光电探测器18。光开关6和光开关15的端口由选通信号同步选通。实际应用中，可将光开关6的单通道检测时间设为5秒，则通道扫描周期为40秒。由光电探测器18将光信号转换为电信号。随后对信号进行前置放大、滤波、A／D转换、浓度计算等处理，此部分由信号处理模块20完成，最后将算出的监测点的甲烷气体浓度输出显示21。

Claims (5)

1.一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构，包括激光发射器，信号处理模块，光开关模块，传输光纤，光纤气体传感器，光电转换模块，显示模块，温度控制模块；

激光器发出激光，被第一个光开关分成N路光强相等的光，分别通过N根光纤传输到各光纤气体传感器；其中一路为通过标准池的标准信号，其余N－1路为N－1个待测点经过气体吸收后的检测信号，每路吸收都有一个光纤气体传感器；这N路信号的输出端分别对接到第2个光开关的输入；光电转换模块连接在第2个光开关的输出端，完成光电的转换。

2.根据权利要求1所述的一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构，其特征在于所述的气体参量为气体浓度；所述的激光发射器包括二极管激光光源和激光驱动电路，所述的激光发射器为近红外可调谐分布反馈式激光器。

3.根据权利要求1所述的一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构，其特征在于所述的光开关模块包括光开关和光开关驱动电路，连接在激光发射器和光电转换模块之间，两个光开关信号的选通信号同步。

4.根据权利要求1所述的一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构，其特征在于所述的光电转换模块包括光电探测器及光电探测器信号处理电路，其一端连接于光开关模块，另一端连接于信号处理模块。

5.根据权利要求1所述的一种激光吸收光谱的气体参量多点传感测量的光路结构，其特征在于所述的N为8。