CN207850903U - 甲烷气体浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲烷气体浓度检测装置，该甲烷气体浓度检测装置包括：信号解调器、参考光栅和探测光栅，信号解调器包括至少两个第一出光口和至少两个第一入光口，参考光栅的一端通过光缆与一个第一出光口连接，用于接收一个第一出光口输出的光信号，参考光栅的另一端通过光缆与一个第一入光口连接，用于通过一个第一入光口输出参考光至信号解调器；探测光栅的一端通过光缆接收由另一个第一出光口输出并经过气体检测区域的光信号，探测光栅的另一端通过光缆与另一个第一入光口连接，用于通过另一个入光口输出信号光至信号解调器；信号解调器用于根据接收到的信号光和参考光确定甲烷气体的浓度。本实用新型解决现有的气体检测器易损耗且维护成本高的问题。

Description

甲烷气体浓度检测装置

技术领域

本实用新型属于气体检测领域，特别涉及一种甲烷气体浓度检测装置。

背景技术

甲烷是一种可燃气体，其与煤炭、石油等燃料类似，均是重要的天然燃料。由于甲烷是一种易燃、易爆气体，因此对于其的泄漏监测以及在空气中的浓度检测都是有着严格要求的。

目前，通常采用催化燃烧型检测器进行甲烷气体的浓度检测。催化燃烧型气体检测器的检测原理是：在气敏材料(pt电热丝)的表面制备耐高温的催化剂，在通电情况下，催化剂会催化气体在电热丝表面燃烧，电热丝的电阻会随温度的升高而变化，进而通过测量电阻的变化计算得到气体浓度的信息。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于催化燃烧型气体检测器采用催化燃烧的原理，气敏材料会在使用过程中被消耗且其表面制备的催化剂易受高浓度气体和硫化物的影响，使催化剂活性降低或失效，所以该检测器在高浓度气体下使用会加速失效，且气体燃烧易污染气敏材料，使得检测器的维护成本高。

实用新型内容

为了解决现有的气体检测器易损耗且维护成本高的问题，本实用新型实施例提供了一种甲烷气体浓度检测装置。所述技术方案如下：

在实用新型实施例的一种实现方式中，所述甲烷气体浓度检测装置包括：信号解调器、参考光栅和探测光栅，所述信号解调器包括至少两个第一出光口和至少两个第一入光口，所述参考光栅的一端通过光缆与一个所述第一出光口连接，用于接收所述一个第一出光口输出的光信号，所述参考光栅的另一端通过光缆与一个所述第一入光口连接，用于通过所述一个第一入光口输出参考光至所述信号解调器；所述探测光栅的一端通过光缆接收由另一个所述第一出光口输出并经过气体检测区域的所述光信号，所述探测光栅的另一端通过光缆与另一个所述第一入光口连接，用于通过所述另一个所述第一入光口输出信号光至所述信号解调器；所述信号解调器用于根据接收到的所述信号光和所述参考光确定甲烷气体的浓度。

在实用新型实施例的另一种实现方式中，所述甲烷气体浓度检测装置还包括用于将经过所述气体检测区域的光信号反射至所述探测光栅的反射镜。

在实用新型实施例的另一种实现方式中，所述甲烷气体浓度检测装置还包括：第一准直透镜和第二准直透镜中的至少一个，所述第一准直透镜设置在所述信号解调器与所述反射镜之间的光路上且所述第一准直透镜和所述反射镜分别位于所述气体检测区域的两侧；所述第二准直透镜设置在所述探测光栅和所述反射镜之间的光路上且所述第二准直透镜和所述反射镜分别位于所述气体检测区域的两侧。

在实用新型实施例的另一种实现方式中，所述甲烷气体浓度检测装置还包括扩束器，所述扩束器位于所述第一准直透镜和所述反射镜之间的光路上且所述扩束器和所述第一准直透镜位于所述气体检测区域的同一侧。

在实用新型实施例的另一种实现方式中，所述甲烷气体浓度检测装置还包括吸收池组件，所述吸收池组件包括吸收池和吸收泵，所述吸收池具有第二入光口和第二出光口，所述气体检测区域设置在所述吸收池内，所述第二入光口通过光缆与所述信号解调器连接，所述第二出光口通过光缆与所述探测光栅连接，所述吸收池还具有进气口和出气口，所述进气口和所述出气口设于所述吸收池的两端，所述吸收泵靠近所述进气口安装在所述吸收池上。

在实用新型实施例的又一种实现方式中，所述吸收池具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第二入光口设置在所述第一侧壁上，所述第一侧壁和所述第二侧壁相对的侧面上相对设有反射镜。

在实用新型实施例的又一种实现方式中，所述吸收池的内壁上还设有聚焦镜，所述聚焦镜设置在所述第二出光口处。

在实用新型实施例的又一种实现方式中，所述参考光栅和所述探测光栅均为光纤光栅，所述光纤光栅的中心波长为1563.7256nm。

在实用新型实施例的又一种实现方式中，所述信号解调器包括：用于产生光信号的光源模块；用于将所述光源模块产生的光信号分为n路并发送至所述探测光栅和所述参考光栅的1分n耦合器，其中，n≥2且n为整数；用于接收所述参考光栅输出的参考光和所述探测光栅输出的信号光、并将所述参考光和所述信号光转换成电信号输出的光电探测模块；用于根据所述光电探测模块输出的电信号确定甲烷气体浓度的控制模块；所述控制模块分别与所述光源模块和所述光电探测模块电连接。

在实用新型实施例的又一种实现方式中，所述甲烷气体浓度检测装置还包括用于显示所述气体检测区域内甲烷气体浓度的数据显示器，所述数据显示器与所述信号解调器电连接。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例使用信号解调器提供光信号，并将光信号输送至参考光栅，得到参考光，同时还设置探测光栅，探测光栅接收经过气体检测区域的光信号并透射出信号光，信号解调器则接收参考光和信号光后，可以检测两者的光强，通过光强差别，计算出气体检测区域内的甲烷气体浓度。本实用新型采用参考光栅和探测光栅检测经过气体检测区域内光信号的方式来检测甲烷气体浓度，检测装置在检测过程中不会产生损耗，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种甲烷气体浓度检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种甲烷气体浓度检测装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种信号解调器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1是本实用新型实施例提供的一种甲烷气体浓度检测装置的结构示意图，如图1所示，该甲烷气体浓度检测装置包括：信号解调器(图未示)、参考光栅21和探测光栅24，信号解调器包括至少两个第一出光口11和至少两个第一入光口12，参考光栅21的一端通过光缆与一个第一出光口11连接，用于接收该第一出光口11输出的光信号，参考光栅21的另一端通过光缆与一个第一入光口12连接，用于通过该第一入光口12输出参考光至信号解调器；探测光栅24的一端通过光缆接收由另一个第一出光口11输出并经过气体检测区域的光信号，探测光栅24的另一端通过光缆与另一个第一入光口12连接，用于通过该第一入光口12输出信号光至信号解调器；信号解调器用于根据接收到的信号光和参考光确定甲烷气体的浓度。

本实用新型实施例使用信号解调器提供光信号，并将光信号输送至参考光栅，得到参考光，同时还设置探测光栅，探测光栅接收经过气体检测区域的光信号并透射出信号光，信号解调器则接收参考光和信号光后，可以检测两者的光强，通过光强差别，计算出气体检测区域内的甲烷气体浓度。本实用新型采用参考光栅和探测光栅检测经过气体检测区域内光信号的方式来检测甲烷气体浓度，检测装置在检测过程中不会产生损耗，成本较低。

如图1所示，甲烷气体浓度检测装置还包括用于将经过气体检测区域的光信号反射至探测光栅24的反射镜23。在本实用新型实施例中，反射镜23和探测光栅24可以分别位于气体检测区域的两侧，反射镜23用于将从第一出光口11发射出的光信号反射至探测光栅24。将反射镜23和探测光栅24设于气体检测区域的两侧可增加光程，即让光信号在气体检测区域内的与气体接触的时间更长，从而保证检测到的甲烷气体浓度的精确度。

在本实施例中，该甲烷气体浓度检测装置还包括：第一准直透镜22和第二准直透镜26，第一准直透镜22设置在信号解调器与反射镜23之间的光路上且第一准直透镜22和反射镜23分别位于气体检测区域的两侧；第二准直透镜26设置在探测光栅24和反射镜23之间的光路上且第二准直透镜26和反射镜23分别位于气体检测区域的两侧。

在本实用新型实施例中，甲烷气体浓度检测装置上设有第一准直透镜22和第二准直透镜26，第一准直透镜22用于对信号解调器提供的光信号进行准直，并输出至反射镜23；第二准直透镜26用于将反射镜23反射的光信号进行准直，并输出至探测光栅24。其中，准直透镜的作用在于对接收到的光信号进行准直，然后将准直后的平行光信号发射至气体检测区域，因此设置准直透镜后使得光路更为稳定，甲烷气体浓度检测装置的可靠性。

需要说明的是，若检测甲烷气体浓度的准确度要求较高时，可同时设置第一准直透镜22和第二准直透镜26，若检测甲烷气体浓度的准确度要求较低时，甲烷气体浓度检测装置也可以仅设置第一准直透镜22和第二准直透镜26的其中一个，以使得检测装置更加轻量化。

具体地，甲烷气体浓度检测装置还可以包括扩束器25，扩束器25位于第一准直透镜22和反射镜23之间的光路上且扩束器25和第一准直透镜22位于气体检测区域的同一侧。在本实用新型实施例中，为保证光信号与甲烷气体充分接触程度，可使用扩束器25增大光信号在气体检测区域中传输时光束的宽度，以提高光信号与甲烷气体接触程度，保证甲烷气体浓度检测装置检测的精确度。

具体地，参考光栅21和探测光栅24均为光纤光栅，光纤光栅可透射特定波长的光信号。其中，参考光栅21和探测光栅24的中心波长与甲烷的吸收谱线波长相同，由于甲烷气体的吸收谱线波长为1563.7256nm，因此，本实用新型实施例中，选用中心波长为1563.7256nm的光纤光栅。

采用上述甲烷气体浓度检测装置具体检测甲烷气体浓度时，首先，信号解调器输出的两路光信号，其中一路光信号输送至参考光栅21，参考光栅21将接收到的光信号进行滤波处理并透射波长为1563.7256nm的参考光，参考光则沿着光缆输送至信号解调器，以待信号解调器处理；与此同时，另一路光信号将发射至气体检测区域，经过反射镜23的反射后进入探测光栅24内，类似地，探测光栅24将接收到的光信号进行滤波处理并透射波长为1563.7256nm的信号光，信号光则沿着光缆输送至信号解调器以待信号解调器处理。由于经过气体检测区域的光信号中波长为1563.7256nm的光会被气体检测区域内存在的甲烷气体吸收，因此经过参考光栅21和经过探测光栅24输送至信号解调器的信号光和参考光的光的强度会不同，而信号解调器则可以通过光的强度的差别计算出气体检测区域内甲烷气体的浓度，具体计算可由公式(1)实现：

其中，I₀为探测光栅24透射特定波长的信号光的强度值，I为参考光栅21透射特定波长的参考光的强度值，S(T)为特征谱线强度，g(v)为线型函数，L代表激光穿过待测气体的光程，L可根据反射镜23、探测光栅24以及光信号发射源点(即信号解调器)的位置确定，S(T)和g(v)是甲烷气体的特定值，P为现场的大气压力。

图2是本实用新型实施例提供的另一种甲烷气体浓度检测装置的结构示意图。如图2所示，该甲烷气体浓度检测装置包括：信号解调器(图未示)、参考光栅21和探测光栅24，信号解调器包括至少两个第一出光口11和至少两个第一入光口12，参考光栅21的一端通过光缆与一个第一出光口11连接，用于接收该第一出光口11输出的光信号，参考光栅21的另一端通过光缆与一个第一入光口12连接，用于通过该第一入光口12输出参考光至信号解调器；探测光栅24的一端通过光缆接收由另一个第一出光口11输出并经过气体检测区域的光信号，探测光栅24的另一端通过光缆与另一个第一入光口12连接，用于通过该第一入光口12输出信号光至信号解调器；信号解调器用于根据接收到的信号光和参考光确定甲烷气体的浓度。

在图2所示实施例中，甲烷气体浓度检测装置还包括吸收池组件，吸收池组件包括：吸收池34和吸收泵27，吸收池34具有第二入光口和第二出光口，气体检测区域设置在吸收池34内，第二入光口通过光缆与信号解调器连接，第二出光口通过光缆与探测光栅24连接，吸收池34还具有进气口28和出气口29，进气口28和出气口29设于吸收池34的两端，吸收泵27靠近进气口28安装在吸收池34上。在本实用新型实施例中，通过在设置用于将管道阀门附近的气体吸入吸收池34的吸收池组件，可有效地监测到甲烷气体浓度检测装置安装位置一定范围内的甲烷气体的浓度，因此，吸收池组件可针对小范围内甲烷气体浓度的精确检测，提高了关键设备泄漏监测的时效性，防止出现安全隐患。

具体地，吸收池34具有相对设置的第一侧壁32和第二侧壁33，第二入光口设置在第一侧壁32上，第一侧壁32和第二侧壁33相对的侧面上相对设有反射镜30。本实用新型在两个相对的侧壁上设置反射镜30，通过在两个反射镜30之间来回反射光信号，增加光程，也提高了光信号与吸收池34内待检测气体间的接触程度，进一步提高了检测甲烷气体泄漏状况的精确性和检测甲烷气体浓度的准确性。

具体地，吸收池34的内壁上还设有聚焦镜31，聚焦镜31设置在第二出光口处。其中，第二出光口为与第二入光口相似的连接光缆并输送光信号的导通口，在本实用新型实施例中，第二出光口可以根据安装要求可选地设置在第一侧壁32或第二侧壁33上，相应地，聚焦镜31也可设置在第一侧壁32或在第二侧壁33上，设置时可根据探测光栅24安装位置决定，使得本实用新型具备一定的灵活性。另外，光信号在吸收池34内经过多次反射被甲烷气体充分吸收后可从出光口射出，并通过光缆输送至探测光栅24，相应地，由于光信号经过多次反射后光强会有所降低，本实用新型为了保证检测准确性，在第二出光口设置聚焦镜31以增强经过多次反射后的光信号的光强，保证良好的光信号传输至探测光栅24，提高甲烷气体浓度检测装置检测的准确性。

采用上述甲烷气体浓度检测装置具体检测甲烷气体浓度时，首先，信号解调器输出的两路光信号，其中一路光信号输送至参考光栅21，参考光栅21将接收到的光信号进行滤波处理并透射波长为1563.7256nm的参考光，参考光则沿着光缆输送至信号解调器，以待信号解调器处理；与此同时，探测组件中的吸收池34的入光口将接收信号解调器输出第二路光信号，该光信号经过设置在吸收池34内的两个反射镜30的多次反射后，通过聚焦镜31的增强从出光口输送至探测光栅24，类似地，探测光栅24将接收到的光信号进行滤波处理并透射波长为1563.7256nm的信号光，信号光则沿着光缆输送至信号解调器以待信号解调器处理；由于经过气体检测区域的光信号中波长为1563.7256nm的光会被气体检测区域内存在的甲烷气体吸收，因此经过参考光栅21和经过探测光栅24输送至信号解调器的信号光和参考光各自对应的波长为1563.7256nm的光的强度会不同，而信号解调器则可以通过光的强度的差别计算出气体检测区域内甲烷气体的浓度，具体计算可由公式(2)实现：

其中，I₀为探测光栅24透射特定波长的信号光的强度值，I为参考光栅21透射特定波长的参考光的强度值，S(T)为特征谱线强度，g(v)为线型函数，L代表两个反射镜30之间的直线距离，N代表反射次数，S(T)和g(v)是甲烷气体的特定值，P为现场的大气压力。

图3是本实用新型实施例提供的一种信号解调器的结构示意图，如图3所示，信号解调器1包括：用于产生光信号的光源模块5；用于将光源模块5产生的光信号分为n路并发送至探测光栅和参考光栅的1分n耦合器6，其中，n≥2且n为整数；用于接收参考光栅21输出的参考光和探测光栅24输出的信号光、并将参考光和信号光转换成电信号输出的光电探测模块7；用于根据光电探测模块7输出的电信号确定甲烷气体浓度的控制模块4；控制模块4分别与光源模块5和光电探测模块7电连接。在本实用新型实施例中多个光纤光栅可以通过多芯光缆和信号调制器连接。

在本实用新型实施例中，光源模块5可以为激光器。激光器发射的光的线宽较窄，覆盖的气体的吸收谱线少，可减少对光纤光栅的干扰，提高检测准确度。示例性地，激光器的发射的光的光谱的波长范围可以为1550nm-1570nm。

其中，控制模块4负责对激光器、1分n耦合器6和光电探测模块7的控制及对信号数据的分析处理，控制模块4发出指令，激光器开始工作，通过1分n耦合器，将光信号发射至光纤光栅(如参考光栅和探测光栅)，当光纤光栅获取到参考光或信号光后，将获取到的参考光或信号光通过多芯光缆传输至光电探测模块7，由光电探测模块实现光电信号的转化，最后由控制模块4实现数据的分析处理。

可选地，在图1或图2所示的实施例中，甲烷气体浓度检测装置还可以包括用于显示气体检测区域内甲烷气体浓度的数据显示器，数据显示器与信号解调器电连接。设置数据显示器显示甲烷气体浓度检测装置检测到的气体浓度，便于使用者及时了解到甲烷气体的浓度信息，提高了便利度。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述甲烷气体浓度检测装置包括：信号解调器、参考光栅和探测光栅，所述信号解调器包括至少两个第一出光口和至少两个第一入光口，

所述参考光栅的一端通过光缆与一个所述第一出光口连接，用于接收所述一个第一出光口输出的光信号，所述参考光栅的另一端通过光缆与一个所述第一入光口连接，用于通过所述一个第一入光口输出参考光至所述信号解调器；

所述探测光栅的一端通过光缆接收由另一个所述第一出光口输出并经过气体检测区域的所述光信号，所述探测光栅的另一端通过光缆与另一个所述第一入光口连接，用于通过所述另一个所述第一入光口输出信号光至所述信号解调器；

所述信号解调器用于根据接收到的所述信号光和所述参考光确定甲烷气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述甲烷气体浓度检测装置还包括用于将经过所述气体检测区域的光信号反射至所述探测光栅的反射镜。

3.根据权利要求2所述的甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述甲烷气体浓度检测装置还包括：第一准直透镜和第二准直透镜中的至少一个，所述第一准直透镜设置在所述信号解调器与所述反射镜之间的光路上且所述第一准直透镜和所述反射镜分别位于所述气体检测区域的两侧；所述第二准直透镜设置在所述探测光栅和所述反射镜之间的光路上且所述第二准直透镜和所述反射镜分别位于所述气体检测区域的两侧。

4.根据权利要求3所述的甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述甲烷气体浓度检测装置还包括扩束器，所述扩束器位于所述第一准直透镜和所述反射镜之间的光路上且所述扩束器和所述第一准直透镜位于所述气体检测区域的同一侧。

5.根据权利要求1所述的甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述甲烷气体浓度检测装置还包括吸收池组件，所述吸收池组件包括吸收池和吸收泵，所述吸收池具有第二入光口和第二出光口，所述气体检测区域设置在所述吸收池内，所述第二入光口通过光缆与所述信号解调器连接，所述第二出光口通过光缆与所述探测光栅连接，所述吸收池还具有进气口和出气口，所述进气口和所述出气口设于所述吸收池的两端，所述吸收泵靠近所述进气口安装在所述吸收池上。

6.根据权利要求5所述的甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述吸收池具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述第二入光口设置在所述第一侧壁上，所述第一侧壁和所述第二侧壁相对的侧面上相对设有反射镜。

7.根据权利要求6所述的甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述吸收池的内壁上还设有聚焦镜，所述聚焦镜设置在所述第二出光口处。

8.根据权利要求1-7任一项所述的甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述参考光栅和所述探测光栅均为光纤光栅，所述光纤光栅的中心波长为1563.7256nm。

9.根据权利要求1-7任一项所述的甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述信号解调器包括：

用于产生光信号的光源模块；

用于将所述光源模块产生的光信号分为n路并发送至所述探测光栅和所述参考光栅的1分n耦合器，其中，n≥2且n为整数；

用于接收所述参考光栅输出的参考光和所述探测光栅输出的信号光、并将所述参考光和所述信号光转换成电信号输出的光电探测模块；

用于根据所述光电探测模块输出的电信号确定甲烷气体浓度的控制模块；

所述控制模块分别与所述光源模块和所述光电探测模块电连接。

10.根据权利要求1-7任一项所述的甲烷气体浓度检测装置，其特征在于，所述甲烷气体浓度检测装置还包括用于显示所述气体检测区域内甲烷气体浓度的数据显示器，所述数据显示器与所述信号解调器电连接。