CN207600942U - 线型可燃、毒性气体探测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种线型可燃、毒性气体探测系统，包括发射终端和接收终端，所述发射终端包括MCU处理单元、信号发生电路A、激光器A、信号发生电路B、激光器B和光束耦合整形单元，所述MCU处理单元分别通过所述信号发生电路A和所述信号发生电路B控制所述激光器A和所述激光器B产生激光光束A和激光光束B，并所述光束耦合整形单元耦合后发射出去；所述接收终端包括探测器、前置放大电路、放大电路和DSP电路，所述探测器将接收到的光信号转换成电信号，并经所述前置放大电路和所述放大电路放大后向所述DSP电路输出模拟电压信号；所述DSP电路根据所述模拟电压信号确定所述待测毒性气体和/或所述待测可燃气体的浓度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种气体探测系统，具体的说，涉及了一种线型可燃、毒性气体探测系统。
背景技术
随着国民经济的快速发展，对工业现场安全生产的检测日益加强，如煤炭生产、天然气开采、流通和储存等。这些场合可能存在易燃易爆气体和有毒气体，会对生产安全和环境带来巨大的危险。因此，这些场合对于易燃易爆危险性气体和有毒气体的检测提出了更高的要求。
目前检测易燃易爆危险性气体和有毒气体采用的是半导体、催化燃烧、电化学等方法，检测精度低、响应速度慢、检测范围窄、易受其他气体的交叉干扰。可调谐半导体激光吸收光谱技术TDLAS是气体高精度检测的一种新技术。通常一台该设备只具有一只单波长激光光源，只能检测一种气体的泄漏情况，无法满足多种气体检测的要求，且每台设备价格昂贵，后续改进和扩展性能差。因此设计一种线型可燃毒性气体检测系统能够同时满足甲烷和硫化氢气体的测量需求。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种线型可燃、毒性气体探测系统，能够满足大空间、大面积毒性气体或可燃气体的泄漏探测。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种线型可燃、毒性气体探测系统，包括发射终端和接收终端，
所述发射终端包括MCU处理单元、信号发生电路A、激光器A、信号发生电路B、激光器B和光束耦合整形单元，所述MCU处理单元分别连接所述信号发生电路A和所述信号发生电路B，用于控制所述信号发生电路A生成调制信号A并输入至所述激光器A，以及控制所述信号发生电路B生成调制信号B并输入至所述激光器B；所述激光器A根据所述调制信号A产生用于实现待测毒性气体检测所需的激光光束A，所述激光器B根据所述调制信号B产生实现待测可燃气体检测所需的激光光束B；所述光束耦合整形单元用于将所述激光光束A和所述激光光束B耦合整形后发射出去；
所述接收终端包括对应所述光束耦合整形单元设置的探测器、前置放大电路、放大电路和DSP电路，所述探测器将接收到的光信号转换成含有所述待测毒性气体信息和/或所述待测可燃气体信息的电信号，并经所述前置放大电路和所述放大电路放大后向所述DSP电路输出含有所述待测毒性气体信息和/或所述待测可燃气体信息的模拟电压信号；所述DSP电路根据所述模拟电压信号确定所述待测毒性气体和/或所述待测可燃气体的浓度。
基于上述，所述光束耦合整形单元包括光纤耦合器和光纤准直器组成，所述光纤耦合器用于将所述激光光束A和所述激光光束B耦合成一束光；所述光纤准直器用于将所述光纤耦合器输出的耦合光束转变为准直光发射出去。
基于上述，所述激光器A和所述激光器B均为分布反馈式半导体激光器，所述探测器是光电导型红外传感器。
基于上述，所述前置放大电路包括放大芯片U1和可调电阻R1，所述放大电路包括放大芯片U2、电阻R2、电阻R3和电阻R4；所述探测器一端连接所述放大芯片U1的同向输入端，所述探测器另一端分别连接所述放大芯片U1的异相输入端和所述可调电阻R1的一端，所述可调电阻R1的另一端和可调端分别连接所述放大芯片U1的输出端；所述放大芯片U1的输出端通过所述电阻R4连接所述放大芯片U2的同向输入端相，所述放大芯片U2的异相输入端通过所述电阻R3接地，所述电阻R2两端分别连接所述放大芯片U2的异相输入端和所述放大芯片U2的输出端，所述放大芯片U2的输出端连接所述DSP电路的A/D转换输入端。
基于上述，所述DSP电路通过输出接口电路连接有报警电路。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型提供了一种针对大空间、大面积毒性气体或可燃气体泄漏的气体探测系统，可以同时检测可燃气体和毒性气体，具有极高的探测灵敏度，而且响应速度快、不中毒、寿命长，探测覆盖范围广，探测精度高，易维护的优点，通过实时监控可以解决目前市场上现有产品在毒性气体和/或可燃气体泄漏领域应用存在的缺陷问题，可以有效地避免毒性气体和/或泄漏事故的发生，该系统在气体检测领域的应用具有很高的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是所述线型可燃、毒性气体探测系统的原理框图。
图2是所述接收终端和DSP电路的电路原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1和图2所示，一种线型可燃、毒性气体探测系统，包括发射终端和接收终端，
所述发射终端包括MCU处理单元、信号发生电路A、激光器A、信号发生电路B、激光器B和光束耦合整形单元，所述MCU处理单元分别连接所述信号发生电路A和所述信号发生电路B，用于控制所述信号发生电路A生成调制信号A并输入至所述激光器A，以及控制所述信号发生电路B生成调制信号B并输入至所述激光器B；所述激光器A根据所述调制信号A产生用于实现待测毒性气体检测所需的激光光束A，所述激光器B根据所述调制信号B产生实现待测可燃气体检测所需的激光光束B；所述光束耦合整形单元用于将所述激光光束A和所述激光光束B耦合整形后发射出去；
优选的，所述激光器A和所述激光器B均为分布反馈式半导体激光器，所述光束耦合整形单元包括光纤耦合器和光纤准直器组成，所述光纤耦合器用于将所述激光光束A和所述激光光束B耦合成一束光；所述光纤准直器用于将所述光纤耦合器输出的耦合光束转变为准直光发射出去。
所述接收终端包括对应所述光束耦合整形单元设置的探测器、前置放大电路、放大电路和DSP电路，所述探测器将接收到的光信号转换成含有所述待测毒性气体信息和/或所述待测可燃气体信息的电信号，并经所述前置放大电路和所述放大电路放大后向所述DSP电路输出含有所述待测毒性气体信息和/或所述待测可燃气体信息的模拟电压信号；所述DSP电路根据所述模拟电压信号确定所述待测毒性气体和/或所述待测可燃气体的浓度。
优选的，所述探测器是光电导型红外传感器，所述前置放大电路包括放大芯片U1和可调电阻R1，所述放大电路包括放大芯片U2、电阻R2、电阻R3和电阻R4；所述探测器一端连接所述放大芯片U1的同向输入端，所述探测器另一端分别连接所述放大芯片U1的异相输入端和所述可调电阻R1的一端，所述可调电阻R1的另一端和可调端分别连接所述放大芯片U1的输出端；所述放大芯片U1的输出端通过所述电阻R4连接所述放大芯片U2的同向输入端相，所述放大芯片U2的异相输入端通过所述电阻R3接地，所述电阻R2两端分别连接所述放大芯片U2的异相输入端和所述放大芯片U2的输出端，所述放大芯片U2的输出端连接所述DSP电路的A/D转换输入端。通过调节可调电阻R1的阻值，可调节输出信号的强弱，通过调整电阻R2和电阻R3的阻值来放大信号。
本实用新型以甲烷气体和硫化氢气体为例，来系统说明下工作原理：
所述发射终端选用检测毒性气体硫化氢1577nm的激光器作为激光器A，选用检测可燃气体甲烷1653nm的分布反馈式半导体激光器作为激光器B，所述MCU处理单元输出10KHZ的正弦波来驱动所述信号发生电路A生成调制信号A，所述MCU处理单元输出1.5KHz的正弦波来驱动所述信号发生电路B生成和调制信号B；所述激光器A在所述信号调制信号A的作用下实现待测毒性气体的中心波长的扫描，所述激光器B在所述调制信号B的作用下实现待测可燃气体的中心波长的扫描，并经所述光束耦合整形单元耦合成一束激光发射出去，以同时检测可燃气体和毒性气体泄漏情况。
由于所述所述探测器PD接收的激光光束为激光光束A和激光光束B的耦合光束，因此，所述耦合光束经过所述探测器后会形成由所述激光光束A转换的电流信号和由所述激光光束B转化的电流信号叠加而成的模拟电流信号，并经所述前置放大电路后再次被转化为模拟电压信号，具体操作中，还可以通过调节电阻R1的值来改变模拟电压信号的大小。
所述模拟电压信号经过所述放大电路后输入至集成有A/D转换器的DSP电路，所述DSP电路对所述模拟电压信号进行处理和计算，获得毒性气体和/或可燃气体的气体浓度，并通过输出接口电路送至报警电路，从而判断是否有毒性气体和/或可燃气体的存在，达到早期探测泄漏毒性气体和/或可燃气体和抑制误报的目的。
具体的，所述DSP电路通过所述A/D转换器将所述模拟电压信号转换成数字信号，并从所述数字信号中提取出所述调制信号A的信息和所述调制信号B的信息来判断是存在硫化氢气体和/或甲烷气体的泄漏，如果只出现所述调制信号A的倍频信息，则判断出只有硫化氢气体的泄漏，并通过倍频信息的大小来判断硫化氢气体的浓度；如果只出现所述调制信号B的倍频信息，则判断出只有甲烷气体的泄漏，通过判断倍频信息的大小来判断甲烷气体的浓度；如果所述调制信号A的倍频信息和所述调制信号B的倍频信息均出现，则判断硫化氢气体和甲烷气体均泄漏，并根据所述调制信号A的倍频信息和所述调制信号B的倍频信息的大小来判断硫化氢气体和甲烷气体的浓度。
该线型可燃、毒性气体探测系统可实时探测工业现场的毒性气体和可燃气体的泄漏情况，在有毒性气体和/或可燃气体泄漏发生时，及时输出报警信号，引起中控室的后级设备报警，提醒值班人员注意，以便采取进一步的预防、补救措施，从而有效预防毒性气体和/或可燃气体泄漏事故发生。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (5)
1.一种线型可燃、毒性气体探测系统，其特征在于：包括发射终端和接收终端，
所述发射终端包括MCU处理单元、信号发生电路A、激光器A、信号发生电路B、激光器B和光束耦合整形单元，所述MCU处理单元分别连接所述信号发生电路A和所述信号发生电路B，用于控制所述信号发生电路A生成调制信号A并输入至所述激光器A，以及控制所述信号发生电路B生成调制信号B并输入至所述激光器B；所述激光器A根据所述调制信号A产生用于实现待测毒性气体检测所需的激光光束A，所述激光器B根据所述调制信号B产生实现待测可燃气体检测所需的激光光束B；所述光束耦合整形单元用于将所述激光光束A和所述激光光束B耦合整形后发射出去；
所述接收终端包括对应所述光束耦合整形单元设置的探测器、前置放大电路、放大电路和DSP电路，所述探测器将接收到的光信号转换成含有所述待测毒性气体信息和/或所述待测可燃气体信息的电信号，并经所述前置放大电路和所述放大电路放大后向所述DSP电路输出含有所述待测毒性气体信息和/或所述待测可燃气体信息的模拟电压信号；所述DSP电路根据所述模拟电压信号确定所述待测毒性气体和/或所述待测可燃气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的线型可燃、毒性气体探测系统，其特征在于：所述光束耦合整形单元包括光纤耦合器和光纤准直器组成，所述光纤耦合器用于将所述激光光束A和所述激光光束B耦合成一束光；所述光纤准直器用于将所述光纤耦合器输出的耦合光束转变为准直光发射出去。
3.根据权利要求1或2所述的线型可燃、毒性气体探测系统，其特征在于：所述激光器A和所述激光器B均为分布反馈式半导体激光器，所述探测器是光电导型红外传感器。
4.根据权利要求1或2所述的线型可燃、毒性气体探测系统，其特征在于：所述前置放大电路包括放大芯片U1和可调电阻R1，所述放大电路包括放大芯片U2、电阻R2、电阻R3和电阻R4；所述探测器一端连接所述放大芯片U1的同向输入端，所述探测器另一端分别连接所述放大芯片U1的异相输入端和所述可调电阻R1的一端，所述可调电阻R1的另一端和可调端分别连接所述放大芯片U1的输出端；所述放大芯片U1的输出端通过所述电阻R4连接所述放大芯片U2的同向输入端相，所述放大芯片U2的异相输入端通过所述电阻R3接地，所述电阻R2两端分别连接所述放大芯片U2的异相输入端和所述放大芯片U2的输出端，所述放大芯片U2的输出端连接所述DSP电路的A/D转换输入端。
5.根据权利要求1或2所述的线型可燃、毒性气体探测系统，其特征在于：所述DSP电路通过输出接口电路连接有报警电路。
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|---|---|---|---|---|
| CN110969811A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-07 | 北京讯腾智慧科技股份有限公司 | 可燃气体监测设备和监测方法 |
| CN111434973A (zh) * | 2019-01-14 | 2020-07-21 | 中昊晨光化工研究院有限公司 | 一种高危介质管道输送泄漏检测的方法 |
| CN116818661A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-09-29 | 深圳市诺安智能股份有限公司 | 一种开路式激光气体探测器信号自适应方法 |
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