CN211263181U - 一种检测ch4与h2s的开路式激光气体分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪，包括：光电探测器、锁相放大器、数据采集卡、信号发生器、控制模块、激光驱动器、激光选择器和激光器，所述信号发生器与所述激光驱动器相连，所述激光驱动器与所述激光器选择器相连，所述激光器选择器与所述激光器相连，其特征在于，还包括由两只激光器、波分复用器、准直器组成的光学发射单元及由反射镜和离轴抛物镜组成光学接收单元。本实用新型解决现有技术中可测量气体种类单一，测量精度低的问题，不仅可以快速、实时、动态、省时省力地监测大范围的气体泄漏，也可对有毒性气体的区域或无法采集气体的区域进行两种气体的分时顺序检测。
Description
技术领域
本实用新型属于气体检测领域，具体涉及一种检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪。
背景技术
可燃气体（甲烷是主要成分）与硫化氢伴随石油勘探生产的全过程，无论是在钻井过程、修井过程、还是采油生产过程，都有可能出现。而这些气体的泄漏将会严重影响大气环境和人民生命财产安全。在生产过程中，如果不能实时掌握甲烷和硫化氢的浓度，将会产生严重的后果。因此，为了保证石油生产的顺利进行，必须对甲烷和硫化氢的浓度进行实时监测。
目前，单一气体的监测仪器较为常见，如激光甲烷遥测仪，用标准碘量法、快速测定管法、醋酸铅试纸法等硫化氢检测仪，或用电化学传感器的方法满足同时检测两种气体。但碘量法、醋酸铅试纸法、电化学传感器等测定方法操作繁琐，影响因素多，测定误差偏大。且因为硫化氢对设备有很强的腐蚀性，故开发一种能够克服催化类元件容易中毒老化等缺点，又能够同时对两种气体进行检测的气体检测仪器有着重大的研究意义。
现有的使用气室的多组分气体检测方式必须先人为将矿井内的气体采集到采气袋内，再将采气袋连接到气室上，对采气袋内的气体进行检测，无法实时检测大范围内的气体浓度。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种监测范围广、速度快及非接触，且便于进行长期的动态监测的检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪。
本实用新型的一种检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪，包括：光电探测器、锁相放大器、数据采集卡、信号发生器、控制模块、激光驱动器、激光选择器和激光器，所述信号发生器与所述激光驱动器相连，所述激光驱动器与所述激光器选择器相连，所述激光器选择器与所述激光器相连，其特征在于，还包括由两只激光器、波分复用器、准直器组成的光学发射单元及由反射镜和离轴抛物镜组成光学接收单元；
所述光学发射单元的两只激光器分别安装在各自激光器底座上，两只激光器的输出尾纤连接波分复用器，波分复用器又与准直器通过光纤相连，准直器安装在离轴抛物镜中心的孔中，出射光经准直器准直后形成的准直光斑，经过待测气体区域，到达反射镜；
所述光学接收单元的光电探测器固定在离轴抛物镜的焦点处，所述反射镜分别与准直器和离轴抛物镜对应设置在待测气体区域，激光经通过准直器射入待测气体区域，通过反射镜作用，将包含气体浓度信息的光反射到离轴抛物镜上，再由离轴抛物镜将光聚焦到光电探测器上进行接收，并将接收到的信号传递至所述锁相放大器和数据采集卡；
所述光电探测器，用于将离轴抛物镜接收的气体吸收的透射光信号转化为电调制信号；
所述锁相放大器，用于对调制信号进行解调；
所述控制模块与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡用于由锁相放大器放大电路放大后，经锁相放大电路解调出的含有浓度信息的二次谐波信号传递至所述控制模块；
所述控制模块，用于控制所述信号发生器产生不同的信号；
所述控制模块，还用于对所述数据采集卡采集到的含有浓度信息的二次谐波信号进行处理，得到待检测气体的浓度值。
进一步地，所述数据采集卡还用于采集所述温度信号、所述压力信号，并将所述温度信号、所述压力信号传递至所述控制模块；
所述控制模块，还用于根据所述温度信号、所述压力信号对所述待检测气体的浓度值进行修正。
进一步地，所述激光驱动器，用于控制所述激光器产生不同波长的激光束；
进一步地，所述准直器用于将光纤内的传输光转变成平行光。
进一步地，所述反射镜与所述光电探测器相连，所述反射镜，用于将待测气体反射到离轴抛物镜，再由离轴抛物镜将光聚焦到光电探测器上进行接收聚焦到光电探测器上。
本实用新型依据的测量原理是朗伯-比尔定律，TDLAS技术本质上是一种吸收光谱技术，通过分析光被气体的选择吸收来获得气体浓度。但与传统红外光谱技术不同，它采用的半导体激光光源的光谱宽度远小于气体吸收谱线的展宽。TDLAS技术是一种高分辨率吸收光谱技术。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：不仅可以快速、实时、动态、省时省力地监测大范围的气体泄漏，也可对有毒性气体的区域或无法采集气体的区域进行浓度检测。
本实用新型开路式激光气体分析仪采用时分多路技术，实现对甲烷和硫化氢两种气体的分时顺序检测。它的优势在于可以探测到视线范围内的微量可燃气体含量或者有害气体泄漏，更适合大气环境下长距离测量。而且由于气体分布不均匀，点采样技术并不能够做到准确监测，而开路式检测可以解决这个问题。可以给各级生产、管理及相关部门提供准确的数据以进行监督管理和综合决策，避免重大安全事故的发生。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
图1给根据本实用新型的一种检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪的整体配置图，包括：光电探测器、锁相放大器、数据采集卡、信号发生器、控制模块、激光驱动器、激光选择器和激光器，所述信号发生器与所述激光驱动器相连，所述激光驱动器与所述激光器选择器相连，所述激光器选择器与所述激光器相连，其特征在于，还包括由两只激光器、波分复用器、准直器组成的光学发射单元及由反射镜和离轴抛物镜组成光学接收单元；
所述光学发射单元的两只激光器分别安装在各自激光器底座上，两只激光器的输出尾纤连接波分复用器，波分复用器又与准直器通过光纤相连，准直器安装在离轴抛物镜中心的孔中，出射光经准直器准直后形成的准直光斑，经过待测气体区域，到达反射镜；
所述光学接收单元的光电探测器固定在离轴抛物镜的焦点处，所述反射镜分别与准直器和离轴抛物镜对应设置在待测气体区域，激光经通过准直器射入待测气体区域，通过反射镜作用，将包含气体浓度信息的光反射到离轴抛物镜上，再由离轴抛物镜将光聚焦到光电探测器上进行接收，并将接收到的信号传递至所述锁相放大器和数据采集卡；
所述光电探测器，用于将离轴抛物镜接收的气体吸收的透射光信号转化为电调制信号；
所述锁相放大器，用于对调制信号进行解调；
所述控制模块与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡用于由锁相放大器放大电路放大后，经锁相放大电路解调出的含有浓度信息的二次谐波信号传递至所述控制模块；所述数据采集卡还用于采集所述温度信号、所述压力信号，并将所述温度信号、所述压力信号传递至所述控制模块；
所述控制模块，用于控制所述信号发生器产生不同的信号；还用于根据所述温度信号、所述压力信号对所述待检测气体的浓度值进行修正；
所述控制模块，还用于对所述数据采集卡采集到的含有浓度信息的二次谐波信号进行处理，得到待检测气体的浓度值。
本实用新型所述激光驱动器，用于控制所述激光器产生不同波长的激光束；
所述准直器用于将光纤内的传输光转变成平行光；所述反射镜与所述光电探测器相连，所述反射镜，用于将待测气体反射到离轴抛物镜，再由离轴抛物镜将光聚焦到光电探测器上进行接收聚焦到光电探测器上。
本实用新型的激光器根据气体的吸收波长选取，可以但不限于nanoplus公司的DFB蝶形半导体激光器。
准直器可以但不限于渐变折射率(GRIN)光纤准直器，光纤可选FC接头、APC接头或无接头的版本。GRIN透镜准直器的通光孔径是Ø1.8 mm，并且镀有增透膜以减少进入光纤的背向反射光，用于耦合到标准的单模光纤或渐变折射率多模光纤。
反射镜可以但不限于后向棱镜反射镜，后向棱镜反射镜由两块紫外熔融石英直角棱镜反射镜构成，斜边上可以镀有、超快增强型银膜。这两个镀反射膜的表面所成的二面角为90º±10 arcsec。
离轴抛物镜可以但不限于带小孔的离轴抛物面镜（OAP），它的基板含有中央小孔，该小孔使通过小孔行进的光束与被抛物面反射和准直的光束相交，Ø0.13英寸（Ø3.2 mm）的小孔足够大来接收激光准直光束。
Claims (5)
1.一种检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪，包括：光电探测器、锁相放大器、数据采集卡、信号发生器、控制模块、激光驱动器、激光选择器和激光器，所述信号发生器与所述激光驱动器相连，所述激光驱动器与所述激光选择器相连，所述激光选择器与所述激光器相连，其特征在于，还包括由两只激光器、波分复用器、准直器组成的光学发射单元及由反射镜和离轴抛物镜组成光学接收单元；
所述光学发射单元的两只激光器分别安装在各自激光器底座上，两只激光器的输出尾纤连接波分复用器，波分复用器又与准直器通过光纤相连，准直器安装在离轴抛物镜中心的孔中，出射光经准直器准直后形成的准直光斑，经过待测气体区域，到达反射镜；
所述光学接收单元的光电探测器固定在离轴抛物镜的焦点处，所述反射镜分别与准直器和离轴抛物镜对应设置在待测气体区域，激光经通过准直器射入待测气体区域，通过反射镜作用，将包含气体浓度信息的光反射到离轴抛物镜上，再由离轴抛物镜将光聚焦到光电探测器上进行接收，并将接收到的信号传递至所述锁相放大器和数据采集卡；
所述光电探测器，用于将离轴抛物镜接收的气体吸收的透射光信号转化为电调制信号；
所述锁相放大器，用于对调制信号进行解调；
所述控制模块与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡用于由锁相放大器放大电路放大后，经锁相放大电路解调出的含有浓度信息的二次谐波信号传递至所述控制模块；
所述控制模块，用于控制所述信号发生器产生不同的信号；
所述控制模块，还用于对所述数据采集卡采集到的含有浓度信息的二次谐波信号进行处理，得到待检测气体的浓度值。
2.根据权利要求1所述的检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪，其特征在于，所述数据采集卡还用于采集温度信号和压力信号，并将所述温度信号和压力信号传递至所述控制模块；
所述控制模块，还用于根据所述温度信号和压力信号对所述待检测气体的浓度值进行修正。
3.根据权利要求1所述的检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪，其特征在于，所述激光驱动器，用于控制所述激光器产生不同波长的激光束。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪，其特征在于，所述准直器用于将光纤内的传输光转变成平行光。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的检测CH4与H2S的开路式激光气体分析仪，其特征在于，所述反射镜与所述光电探测器相连，所述反射镜，用于将待测气体反射到离轴抛物镜，再由离轴抛物镜将光聚焦到光电探测器上进行接收聚焦到光电探测器上。
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| CN112782126A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-05-11 | 安徽泽众安全科技有限公司 | 遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置及在线解调方法 |
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2019
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