CN205374299U - 基于tdlas的宏量气体浓度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于气体监测领域，一种基于TDLAS的宏量气体浓度检测装置，为分体式结构，包括发射单元、接收单元、中央处理单元，所述的中央处理单元包括信号发生器、锁相放大器、激光器驱动器、数据采集卡、嵌入式主板，所述的信号发生器分别与锁相放大器和激光器驱动器相连接，激光器驱动器与发射单元的激光器相连接；锁相放大器输出端与数据采集卡的输入端相连接，锁相放大器输入端与光电探测器的输出端相连接；温度传感器及压力传感器的输出信号线连接至数据采集卡，数据采集卡与嵌入式主板相连接，本测量装置具有可消除背景气体交叉干扰、高精度测量、可实时在线测量、可进行温度和压力修正的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于气体监测领域，特别是涉及一种宏量气体浓度的检测装置。
背景技术
通常把体积浓度不小于1％的气体称为宏量气体。目前大气污染物的主要来源之一是电厂、化工厂、炼钢厂等大量工业企业燃烧产生的烟气，烟气的动态测量,一方面可以为环保监测部门提供直接的监测数据,另一方面,也是研究污染物生成机理和控制技术的重要手段。同时,烟气的动态监测也是在生产过程中对污染物生成进行控制，对生产过程进行优化和调整的前提。此外，基于TDLAS的宏量气体检测还可对发动机尾气排放的气体进行检测分析，可以得知发动机的燃烧状态，控制燃烧过程，优化系统结构，既达到节约能源的效果又有效地降低了污染物的排放量。
目前气体监测有两大类方法：化学分析法和光谱分析法，化学法主要有色谱分析法，质谱分析法以及色谱-质谱联用分析法等，具有很高的灵敏度，测量结果的可信度高，但响应速度慢，无法在线应用。光谱法红外吸收法、差分光学吸收光谱技术(DOAS)、差分吸收雷达技术(DIAL)、傅立叶变换红外光谱技术(FTIR)、光声光谱技术(PAS)和可调谐激光吸收光谱法技术(TDLAS)等。TDLAS相较其它几种光谱法的优势在于：TDLAS的优势在于：(1)探测灵敏度高；一般可以达到ppm-ppt量级；(2)环境气体干扰小；(3)测量速度快：几秒；(4)可以在线应用。是近年来国内外研究热点和主流方向。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于TDLAS的宏量气体浓度检测装置，该装置可解决目前气体测量装置的被测气体受环境参数干扰导致的测量精度低，测量时间长，不能在线实时测量的问题。
为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
基于TDLAS的宏量气体浓度检测装置，包括发射单元、接收单元、中央处理单元，发射单元与接收单元通过法兰固定在气室的两端，其特征在于，中央处理单元与发射单元、接收单元为分体式结构，所述的中央处理单元通过数据线分别与发射单元、接收单元相连接。
所述的发射单元包括激光器、激光器底座、准直器、视窗玻璃、连接气筒一，激光器安装在激光器底座上，激光器输出光纤连接准直器，准直器和视窗玻璃安装在连接气筒内部。
所述的接收单元包括光电探测器、温度传感器、压力传感器、视窗玻璃、连接气筒二，视窗玻璃安装在连接气筒内部，温度传感器和压力传感器的探头安装在气室内的中心位置，光电探测器、温度传感器及压力传感器的输出端与中央处理单元的信号输入端相连接。
所述的中央处理单元包括信号发生器、锁相放大器、激光器驱动器、数据采集卡、嵌入式主板、液晶显示器、直流电源，所述的信号发生器分别与锁相放大器和激光器驱动器相连接，激光器驱动器与发射单元的激光器相连接；锁相放大器输出端与数据采集卡的输入端相连接，锁相放大器输入端与光电探测器的输出端相连接；温度传感器及压力传感器的输出信号线连接至数据采集卡，数据采集卡与嵌入式主板相连接，嵌入式主板与直流电源相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明为一种分体式结构，发射单元与接收单元通过法兰固定在气室的两端，中央处理单元通过信号线分别与发射单元和接收单元相连接。发射单元完成激光器输出连续和稳定特点波长的激光，接收单元完成将光信号、温度信号、压力信号转换成电信号，中央处理单元实时监测半导体激光器的工作状态，并且完成对数据的处理，显示和存储等功能。本发明具有可消除背景气体交叉干扰、高精度测量、快速响应分析、可实时在线测量、可进行温度和压力修正以适应恶劣测量环境的优点。
附图说明
图1是本实用新型的结构图。
图中：100-发射单元101-激光器102-激光器底座103-准直器104-视窗玻璃105-连接气筒200-接收单元201-光电探测器202-温度传感器203-压力传感器204-视窗玻璃205连接气筒；300-中央处理单元301-信号发生器302-锁相放大器303-激光器驱动器304-数据采集卡305-嵌入式主板306-液晶显示器307-直流电源401-法兰402-气室403-安装螺帽
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术内容作进一步详细描述。
基于TDLAS的宏量气体浓度检测装置，由发射单元100、接收单元200、中央处理单元300组成。发射单元100与接收单元300通过法兰401固定在气室402的两端，中央处理单元300通过信号线分别与发射单元100和接收单元200相连接。
发射单元100包括：激光器101、激光器底座102、准直器103、视窗玻璃104、连接气筒105，激光器101安装在激光器底座102上，激光器101输出光纤连接准直器103，准直器103和视窗玻璃104安装在连接气筒105内部。
接收单元200由光电探测器201、温度传感器202、压力传感器203、视窗玻璃204、连接气筒205组成，视窗玻璃204安装在连接气筒205内部，温度传感器202和压力传感器203的探头安装在气室402内的中心位置，光电探测器201、温度传感器202、压力传感器203输出线连接中央处理单元300的信号输入端。
中央处理单元300包括：信号发生器301、锁相放大器302、激光驱动器303、数据采集卡304、嵌入式主板305、显示器306、直流电源307，信号发生器301与锁相放大器302和激光器驱动器303连接，激光器驱动器303通过信号线与发射单元100的激光器101相连接，光电探测器201输出线信号线连接锁相放大器302，锁相放大器302输出端连接至数据采集卡304输入端，温度传感器202压力传感器203的输出信号线连接至数据采集卡304，数据采集卡304通过数据线连接嵌入式主板305，通过显示器306显示。
工作原理：
本实用新型的测量装置在实际工程应用中，发射单元100和接收单元200分别与测量管道两端开孔处安装的标准法兰401相连接，进行气体测量时，中央处理单元300的信号发生器301产生两路信号，一路参考信号送至锁相放大器302的参考端，一路调制信号送至激光器驱动器303，调制发射单元100的激光器101的输出；发射单元100的激光器101输出的激光信号通过光纤传输，经准直器103准直后形成的准直光斑，入射光在气室402中被气体吸收后，汇聚于接收单元200的光电探测器201上，光电探测器201输出信号输入到中央处理单元300的锁相放大器302的信号端，锁相放大器302获得的谐波信号通过数据采集卡304采集至嵌入式主板305中进行数据的处理和运算，同时温度传感器202、压力传感器203实时测量气室402内的温度和压力，温度传感器202、压力传感器203将测量的信号通过数据采集卡304反馈至嵌入式主板305，嵌入式主板305对气室的环境温度和压力的变化引起的测量误差进行修正，得出准确的浓度值通过显示器306显示。
本实施例中气室为标定用气室，实际应用中发射与接收单元安装在测量管道实现实时在线测量，本测量装置可对温度和压力参数的影响进行修正，测量时间小于10s。
Claims (4)
1.基于TDLAS的宏量气体浓度检测装置，包括发射单元、接收单元、中央处理单元，发射单元与接收单元通过法兰固定在气室的两端，其特征在于，中央处理单元与发射单元、接收单元为分体式结构，所述的中央处理单元通过数据线分别与发射单元、接收单元相连接。
2.根据权利要求1所述的基于TDLAS的宏量气体浓度检测装置，其特征在于，所述的发射单元包括激光器、激光器底座、准直器、视窗玻璃、连接气筒一，激光器安装在激光器底座上，激光器输出光纤连接准直器，准直器和视窗玻璃安装在连接气筒内部。
3.根据权利要求1所述的基于TDLAS的宏量气体浓度检测装置，其特征在于，所述的接收单元包括光电探测器、温度传感器、压力传感器、视窗玻璃、连接气筒二，视窗玻璃安装在连接气筒内部，温度传感器和压力传感器的探头安装在气室内的中心位置，光电探测器、温度传感器及压力传感器的输出端与中央处理单元的信号输入端相连接。
4.根据权利要求1所述的基于TDLAS的宏量气体浓度检测装置，其特征在于，所述的中央处理单元包括信号发生器、锁相放大器、激光器驱动器、数据采集卡、嵌入式主板、液晶显示器、直流电源，所述的信号发生器分别与锁相放大器和激光器驱动器相连接，激光器驱动器与发射单元的激光器相连接；锁相放大器输出端与数据采集卡的输入端相连接，锁相放大器输入端与光电探测器的输出端相连接；温度传感器及压力传感器的输出信号线连接至数据采集卡，数据采集卡与嵌入式主板相连接，嵌入式主板与直流电源相连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113533207A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-22 | 吉林大学 | 一种基于tdlas技术的高准确度检测装置及修正方法 |
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2016
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| CN113533207B (zh) * | 2021-07-27 | 2022-08-09 | 吉林大学 | 一种基于tdlas技术的高准确度检测装置及修正方法 |
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