CN204203091U - 光纤可燃有毒气体探测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤可燃有毒气体探测系统，包括温度控制模块、电流驱动模块、电路切换模块、波分复用器、分光器和多个DFB半导体激光器，吸收气室和参考气室，光电探测、前置放大器、差分电路、锁相放大电路、A/D转换器、控制处理器、调制电路、倍频移相电路。本实用新型具有实时自我校准功能；系统可以接入多个传感器，实现多点监测的功能；系统损耗小，具有远距离传输功能；采用光纤传感，抗电磁干扰强；系统可以探测多种气体，对其进行实时监测；响应时间和恢复时间快，不会出现传感器中毒的现象；系统实现了非接触式测量，检测灵敏度高，范围广，稳定性好；系统结构简单，成本低；体积小，便于安装。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光纤气体探测系统，具体是涉及光纤可燃有毒气体探测系统，可广泛应用于煤矿中瓦斯气体探测、石油化工行业可燃有毒气体探测、电力行业气体探测以及一些对空气质量要求较高的场合。
背景技术
现有的光纤气体探测系统由于结构设计上的限制使得光纤气体探测器出现结构复杂、体积较大、价格昂贵、损耗大、灵敏度差、抗震性和稳定性差的缺点，很多光纤气体探测器不能集多种气体探测为一体，完全不能适应现代消防的需要。如何快速灵敏全面的探测一个场所的各气体的浓度，从而达到预防可燃有毒气体超标引发的事故，具有非常现实的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种集多种气体的探测与传感为一体的高灵敏度、响应快、抗干扰、安全可靠的光纤可燃有毒气体探测系统。
本实用新型采用的技术方案是：
光纤可燃有毒气体探测系统，包括有光源，还包括有依次串联连接的电流驱动模块、温度控制模块、电路切换模块，所述的光源选择波长中心在760-3500nm范围内，所述的多个DFB半导体激光器，每个DFB半导体激光器对应一种气体，电路切换模块的另一端分别与多个DFB半导体激光器连接，电路切换模块控制多个DFB半导体激光器依次工作，每次只有一种DFB半导体激光器工作，只探测一种气体，DFB半导体激光器经光纤连接波分复用器，波分复用器经光纤连接到分路器，分路器经多芯光缆分别接入多个传感器中的参考气室和检测气室，传感器中参考气室和检测气室分别光纤接入光电探测器，光电探测器接入前置放大器，前置放大器接入差分电路，差分电路接入锁相放大器，锁相放大器接入A/D转换器，A/D转换器再连接到中央处理器的控制处理器上，所述控制处理器连接报警装置、调制电路、电流驱动模块，调制电路与电流驱动模块和倍频移相电路控制连接，所述倍频移相电路与锁相放大器控制连接。
所述的多个传感器可以把分布在不同的位置上实行多点实时监控。
所述的每个传感器都是由两个气室组成，两个气室是一样的，一个作为参考气室，一个作为吸收检测气室，每个气室都是由18个大口带尾纤的准直器依次串联组成的，气室设计成柱状的，柱两端个分布9个大口带尾纤的准直器，每个准直器都是由自聚焦透镜制成，气室的截面是一个正五边形。
所述通过调制电路对电流驱动模块和温度控制模块的控制，从而对DFB半导体激光器的输入电流进行正弦调制。
通过调制电路对电流驱动模块和温度控制模块的控制，从而对DFB半导体激光器的输入电流进行正弦调制，调制后的光的光强和波长都发生了变化，便于后来的谐波检测；差分电路用来消除信号中的基波信号，使信号中的谐波信号明显，便于检测，信号中的谐波信号可以由锁相放大器直接提取。
所述的中央处理器上还设有输入设备、显示器和自动报警电路，自动报警电路可以手动也可以自动启动报警装置，显示设备上可以显示各个探测器的位置以及相应位置处所需探测的各个气体的浓度。
为了达到多气体探测的目的，本实用新型在结构设计上提供了中心波长不同的多个DFB半导体激光器，中心波长的选择范围可以是760-3500nm中的任意波长，完全覆盖了所要探测气体的吸收中心波长，而温度控制模块可以调节激光器的中心波长因温度变化而产生的偏移。
为了达到提高灵敏度的目的，本实用新型采用了谐波检测技术，对光源的输入电流进行正弦调谐，通过气体的信号波与参考波进行差分处理后得到较强的谐波信号，经处理分析计算，得到气体的浓度。
为了达到传输损耗小、抗震性能和稳定性好、体积小的目的，本实用新型采用了由自聚焦透镜制成的带尾纤的准直器环形串联的方法来制作气室，吸收气室的呈柱形，柱的两端分别由19个大口径的准直器组成，准直器中的自聚焦透镜的折射率沿轴向是缓慢变化的，它们组成气室的截面是正五边形。
为了达到多点监测的目的，本实用新型采用分路器将由中央控制器出来的光分成多路光并经多芯光缆进入到多个传感器中，返回的光再经多芯光缆回到中央控制器进行数据处理分析，得到所要的数据，多个传感器分布在不同的地方，便于对整个区域进行多点实时监测。
本实用新型采用人机交互的界面，其可以自行监测各种气体浓度，及时报警系统，也可以人为地控制气体的监测系统，启动报警系统。
综上所述，与传统的气体探测系统相比，本实用新型具有以下特点：
本实用新型的系统不用再手动校准，具有实时自我校准功能；系统可以接入多个传感器，实现多点监测的功能；系统损耗小，具有远距离传输功能；采用光纤传感，抗电磁干扰强；系统可以探测多种气体，对其进行实时监测；响应时间和恢复时间快，不会出现传感器中毒的现象；系统实现了非接触式测量，检测灵敏度高，范围广，稳定性好；系统结构简单，成本低；体积小，便于安装。
附图说明
图1为本系统的结构连接图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步的描述：
如图1所示，光纤可燃有毒气体探测系统，包括有光源，还包括有依次串联连接的电流驱动模块1.1、温度控制模块1.2、电路切换模块1.3，所述的光源选择波长中心在760-3500nm范围内的所需的多个DFB半导体激光器2，每个DFB半导体激光器2对应一种气体，电路切换模块1.3的另一端分别与多个DFB半导体激光器2连接，电路切换模块1.3控制多个DFB半导体激光器依次工作，每次只有一种DFB半导体激光器2工作，只探测一种气体，DFB半导体激光器2经光纤连接波分复用器3，波分复用器3经光纤连接到分路器4，分路器4经多芯光缆分别接入多个传感器5、8中的参考气室6、9和检测气室7、10，传感器中参考气室6、9和检测气室7、10分别光纤接入光电探测器11和13，光电探测器11和13分别接入前置放大器12和14，前置放大器12和14接入差分电路15，差分电路15接入锁相放大器16，锁相放大器16接入A/D转换器17，A/D转换器17再连接到中央处理器24的控制处理器18上，所述控制处理器18连接报警装置21、调制电路22、电流驱动模块1.1，调制电路22与电流驱动模块1.1和倍频移相电路23控制连接，所述倍频移相电路23与锁相放大器16控制连接。所述的多个传感器5、8可以把分布在不同的位置上实行多点实时监控。
所述的每个传感器5、8都是由两个气室组成，两个气室是一样的，一个作为参考气室6、9，一个作为吸收检测气室7、10，每个气室6、9、7、10都是由18 个大口带尾纤的准直器依次串联组成的，气室6、9、7、10设计成柱状的，柱两端个分布9个大口带尾纤的准直器，每个准直器都是由自聚焦透镜制成，每个气室6、9、7、10的截面是一个正五边形。
通过调制电路22对电流驱动模块1.2和温度控制模块1.3的控制，从而对DFB半导体激光器2的输入电流进行正弦调制。
所述的中央处理器24上还设有输入设备19、显示器20和自动报警电路，所述自动报警电路可以手动，也可以自动启动报警装置21。
Claims (5)
1.光纤可燃有毒气体探测系统，包括光源和中央处理器(24)，还包括有依次串联连接的电流驱动模块(1.1)、温度控制模块(1.2)、电路切换模块(1.3)，所述的光源选择波长中心在760-3500nm范围，其特征在于，多个DFB半导体激光器(2)，每个DFB半导体激光器(2)对应一种气体，电路切换模块(1.3)的另一端分别与多个DFB半导体激光器(2)连接，电路切换模块(1.3)控制多个DFB半导体激光器依次工作，每次只有一种DFB半导体激光器(2)工作，只探测一种气体，DFB半导体激光器(2)经光纤连接波分复用器(3)，波分复用器(3)经光纤连接到分路器(4)，分路器(4)经多芯光缆分别接入多个传感器(5、8)中的参考气室(6、9)和检测气室(7、10)，传感器中参考气室(6、9)和检测气室(7、10)分别光纤接入光电探测器(11、13)，光电探测器(11、13)分别接入前置放大器(12、14)，前置放大器(12、14)接入差分电路(15)，差分电路(15)接入锁相放大器(16)，锁相放大器(16)接入A/D转换器(17)，A/D转换器(17)再连接到中央处理器(24)的控制处理器(18)上，所述控制处理器(18)连接报警装置(21)、调制电路(22)、电流驱动模块(1.1)，调制电路(22)与电流驱动模块(1.1)和倍频移相电路(23)控制连接，所述倍频移相电路(23)与锁相放大器(16)控制连接。
2.根据权利要求1所述的光纤可燃有毒气体探测系统，其特征在于，所述的多个传感器(5、8)分布在不同的位置上实行多点实时监控。
3.根据权利要求1或2所述的光纤可燃有毒气体探测系统，其特征在于，所述的每个传感器(5、8)都是由两个气室组成，两个气室是一样的，一个作为参考气室(6、9)，一个作为吸收检测气室(7、10)，每个气室(6、9、7、10)都是由18个大口带尾纤的准直器依次串联组成的，气室(6、9、7、10)设计成柱状的，柱两端个分布9个大口带尾纤的准直器，每个准直器都是由自聚焦透镜制成，每个气室(6、9、7、10)的截面是一个正五边形。
4.根据权利要求1所述的光纤可燃有毒气体探测系统，其特征在于，所述调制电路(22)对电流驱动模块(1.1)和温度控制模块(1.2)的控制，从而对DFB半导体激光器(2)的输入电流进行正弦调制。
5.根据权利要求1所述的光纤可燃有毒气体探测系统，其特征在于，所述的中央处理器(24)上还设有输入设备(19)、显示器(20)和自动报警电路，所述自动报警电路为手动或自动启动报警装置(21)。
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