RU172412U1 - METHANE CONCENTRATION METER MULTI-CHANNEL FIBER OPTIC - Google Patents
METHANE CONCENTRATION METER MULTI-CHANNEL FIBER OPTIC Download PDFInfo
- Publication number
- RU172412U1 RU172412U1 RU2016143793U RU2016143793U RU172412U1 RU 172412 U1 RU172412 U1 RU 172412U1 RU 2016143793 U RU2016143793 U RU 2016143793U RU 2016143793 U RU2016143793 U RU 2016143793U RU 172412 U1 RU172412 U1 RU 172412U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- methane
- radiation
- fiber
- methane concentration
- fiber optic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
- G01N2021/0112—Apparatus in one mechanical, optical or electronic block
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к оптическим диагностическим приборам. Измеритель концентрации метана многоканальный оптоволоконный определяет концентрацию метана в воздухе в подключенных по независимым волоконно-оптическим линиям к нему оптических сенсорах посредством пропускания через них монохроматического оптического лазерного излучения, длина волны которого изменяется по задаваемому периодическому закону. При этом параметры лазера устанавливаются через обратную связь, организованную путем отвода части излучения посредством оптоволоконного разветвителя и пропусканием его через герметично запаянную юстировочную кювету с метаном, находящуюся в составе головного блока устройства. Кроме того, прием излучения от независимых сенсоров производится посредством последовательного опроса и анализа сигналов, получаемых от массива фотоприемников, количество которых соответствует количеству измерительных каналов с учетом канала опорного сигнала и канала калиброванной кюветы с метаном. Технический результат заключается в увеличении чувствительности измерений, минимизации количества элементов системы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to optical diagnostic devices. A multichannel fiber-optic methane concentration meter determines the concentration of methane in air in optical sensors connected via independent fiber-optic lines by transmitting monochromatic optical laser radiation through them, whose wavelength varies according to a given periodic law. In this case, the laser parameters are set through feedback, organized by removing part of the radiation through a fiber optic splitter and passing it through a hermetically sealed adjustment cell with methane, which is part of the head unit of the device. In addition, radiation from independent sensors is received through sequential polling and analysis of signals received from an array of photodetectors, the number of which corresponds to the number of measuring channels, taking into account the channel of the reference signal and the channel of a calibrated cell with methane. The technical result consists in increasing the sensitivity of measurements, minimizing the number of system elements. 2 s.p. f-ly, 3 ill.
Description
Полезная модель относится к оптическим диагностическим приборам, предназначенным для измерения концентрации метана в воздухе. Полезная модель может быть использована для обеспечения пожарной безопасности в условиях жилых и производственных помещений, а также для контроля степени взрывоопасности объектов.The utility model relates to optical diagnostic instruments for measuring methane concentration in air. The utility model can be used to ensure fire safety in residential and industrial premises, as well as to control the degree of explosion hazard of objects.
Уровень техникиState of the art
Из существующего уровня техники известен ряд оптоволоконных систем удаленного измерения концентрации метана. Например, система, состоящая из источника света, механического модулятора, оптоволоконной линии, газовой ячейки и оптоэлектронной системы приема сигнала [«Remote Fiber-Optic Methane Monitor», Т.Н. Dubaniewicz, J.Ε. Chilton, «Report of investigations №9407», 1992].A number of fiber optic systems for remotely measuring methane concentration are known in the art. For example, a system consisting of a light source, a mechanical modulator, an optical fiber line, a gas cell, and an optoelectronic signal reception system [“Remote Fiber-Optic Methane Monitor”, T.N. Dubaniewicz, J.Ε. Chilton, "Report of investigations No. 9407", 1992].
Также известны оптоволоконные системы мониторинга подземных угольных шахт, состоящие из головного многофункционального блока и разветвленной сети оптоволоконных пассивных сенсоров, а также оптоволоконной кабельной инфраструктуры [«Development and utilisation of fibre optic-based monitoring systems for underground coal mines», S.M. Aminossadati, M. Amanzadeh, M.S. Kizil, T. Liu, «Coal Operators Conference», 2014].Also known are fiber-optic monitoring systems for underground coal mines, consisting of a head multifunctional unit and an extensive network of fiber optic passive sensors, as well as fiber-optic cable infrastructure ["Development and utilization of fiber optic-based monitoring systems for underground coal mines", S.M. Aminossadati, M. Amanzadeh, M.S. Kizil, T. Liu, “Coal Operators Conference”, 2014].
Также известен экспериментальный образец оптоволоконного детектора метана на основе фотонно-кристаллических волокон (Mettler-Toledo International Inc), состоящий из источника излучения, газовой камеры, измерителя давления и системы подачи метана, оптоволоконной линии, чувствительного фотонно-кристаллического волокна, оптического детектора и устройства обработки.Also known is an experimental sample of a fiber optic methane detector based on photonic crystal fibers (Mettler-Toledo International Inc), consisting of a radiation source, a gas chamber, a pressure meter and a methane supply system, an optical fiber line, a sensitive photonic crystal fiber, an optical detector and a processing device .
Также известна система, описанная в [«Fiber optic methane gas detection system», Hitachi cable review №25, august 2006], принятая за прототип. Система удаленного измерения концентрации метана в воздухе выполнена в виде раздельных блоков оптоволоконного детектора и оптоволоконного сумматора. Недостаток данного технического решения-прототипа заключается в отсутствии прецизионной подстройки и удержания длины волны лазера вблизи пика поглощения метана.Also known is the system described in ["Fiber optic methane gas detection system", Hitachi cable review No. 25, august 2006], adopted as a prototype. The system for remote measurement of methane concentration in air is made in the form of separate blocks of an optical fiber detector and an optical fiber adder. The disadvantage of this technical solution of the prototype is the lack of precision tuning and retention of the laser wavelength near the peak absorption of methane.
Общими недостатками всех перечисленных известных систем являются ограниченная применимость в условиях жилых застроек и производственных помещений, сопровождающаяся высокой стоимостью и сложностью в эксплуатации.The common disadvantages of all of these known systems are the limited applicability in residential buildings and industrial premises, accompanied by high cost and complexity in operation.
Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является волоконно-оптический газоанализатор [заявка на изобретение 94030252/25 от 16.08.1994], который содержит последовательно установленные и оптически связанные излучатель, входное оптическое волокно, многоходовую кювету, состоящую из трех сферических зеркал, выходное оптическое волокно, блок регистрации и обработки информации. Недостатком данной системы является наличие большого количества зеркал и дополнительных элементов, что значительно усложняет юстировку системы и ее стоимость.The closest analogue of the proposed technical solution is a fiber-optic gas analyzer [patent application 94030252/25 of 08.16.1994], which contains sequentially mounted and optically coupled emitters, an input optical fiber, a multi-pass cell consisting of three spherical mirrors, an output optical fiber, a block registration and processing of information. The disadvantage of this system is the presence of a large number of mirrors and additional elements, which greatly complicates the alignment of the system and its cost.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, направленной на создание коммерчески доступного высокочувствительного измерителя концентрации метана оптоволоконного, обеспечивающего контроль концентрации метана в жилых и производственных помещениях.The present utility model is based on the solution of the problem aimed at creating a commercially available high-sensitivity fiber methane concentration meter that provides control of methane concentration in residential and industrial premises.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, заключается в значительном уменьшении размеров системы, минимизации количества элементов системы, отсутствии необходимости поддержания постоянной температуры элементов схемы, увеличении чувствительности измерений и расширении модельного ряда оборудования, представленного на рынке.The technical result obtained by using the proposed technical solution is to significantly reduce the size of the system, minimize the number of system elements, there is no need to maintain a constant temperature of circuit elements, increase the sensitivity of measurements and expand the range of equipment on the market.
Для решения поставленной задачи предложен измеритель концентрации метана многоканальный оптоволоконный, измеряющий концентрации метана в воздухе в подключенных по независимым волоконно-оптическим линиям к нему оптических сенсорах посредством пропускания через них монохроматического оптического лазерного излучения, длина волны которого изменяется по задаваемому периодическому закону; при этом параметры лазера устанавливаются через обратную связь, организованную путем отвода части излучения посредством оптоволоконного разветвителя и пропускания его через герметично запаянную юстировочную кювету с метаном в составе головного блока устройства; кроме того, прием излучения от независимых сенсоров производится посредством последовательного опроса и анализа сигналов, получаемых от массива фотоприемников, количество которых соответствует количеству измерительных каналов с учетом канала опорного сигнала и канала калиброванной кюветы с метаном. Головной блок может устанавливаться в телекоммуникационную стойку.To solve this problem, a multichannel fiber-optic methane concentration meter is proposed that measures methane concentrations in air in optical sensors connected via independent fiber-optic lines to it by transmitting monochromatic optical laser radiation through them, the wavelength of which varies according to a specified periodic law; in this case, the laser parameters are set via feedback, organized by removing part of the radiation through a fiber optic splitter and passing it through a hermetically sealed adjustment cell with methane in the head unit of the device; in addition, radiation from independent sensors is received by means of sequential polling and analysis of signals received from an array of photodetectors, the number of which corresponds to the number of measuring channels, taking into account the channel of the reference signal and the channel of a calibrated cell with methane. The head unit can be installed in a telecommunication rack.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность предлагаемого технического решения поясняется фигурами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by figures.
На Фиг. 1 представлена принципиальная схема измерителя концентрации метана многоканального оптоволоконного.In FIG. 1 is a schematic diagram of a multi-channel fiber optic methane concentration meter.
На Фиг. 2 представлены зависимости токов лазера (верхний), опорного фотоприемника (средний) и сигнального фотоприемника (нижний) от времени при наличии метана.In FIG. Figure 2 shows the time dependences of the laser currents (upper), reference photodetector (middle), and signal photodetector (lower) in the presence of methane.
На Фиг. 3 представлена зависимость глубины провала графика тока сигнального фотоприемника от разных концентраций метана, находящегося в измерительном объеме пассивного оптического сенсора (график тока юстировочной кюветы аналогичен).In FIG. Figure 3 shows the dependence of the depth of the dip of the current curve of the signal photodetector on different concentrations of methane located in the measuring volume of the passive optical sensor (the current graph of the alignment cell is similar).
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Измеритель концентрации метана многоканальный оптоволоконный на фиг. 1 содержит полупроводниковый лазер с распределенной обратной связью с оптоволоконным выходом 1 и размещенный под ним блок управления и термостабилизации 2, оптический разветвитель 3, соединенный с фотоприемником опорного сигнала 4 и с оптическим разветвителем 5, который, в свою очередь, соединен с котировочными компонентами: кюветой с метаном 6 и фотоприемником 7, а оптоволоконные линии 8 соединены с пассивными оптическими сенсороми метана 9, которые соединены с сигнальными фотоприемниками 10, установленными на плату фотоприемников 11, обработка сигналов с которой осуществляется платой ПЛИС 12; все компоненты устройства, кроме 8 и 9, размещены в корпусе 13.The methane concentration meter multichannel fiber optic in FIG. 1 contains a semiconductor laser with distributed feedback with an
Измеритель концентрации метана многоканальный оптоволоконный, принципиальная схема которого представлена на фиг. 1, работает следующим образом.A multi-channel fiber meter methane concentration meter, the circuit diagram of which is shown in FIG. 1, works as follows.
Полупроводниковый лазер с распределенной обратной связью с оптоволоконным выходом 1 с центральной длиной волны ~1654 нм, управляемый блоком управления и термостабилизации 2, излучает оптическое излучение, модулируемое по амплитуде и длине волны путем перестройки по току в заданном диапазоне при термостабилизации. Диапазон перестройки длины перекрывает пик спектрального поглощения метана (6055-6059 см-1). Излучение лазера проходит через оптоволоконный разветвитель 3, где часть его отводится на опорный фотоприемник 4, при этом большая часть излучения попадает на разветвитель 5, где разделяется на n каналов в равной пропорции. Один из каналов замыкается на юстировочную кювету с метаном 6, а излучение, проходящее через кювету, попадает на котировочный фотоприемник 7. По оптоволоконным линиям 8 излучение проходит через пассивные оптические сенсоры метана 9, сигнал поступает на сигнальные фотоприемники 10, поочередно опрашиваемые платой фотоприемников 11, обработка сигналов которой осуществляется ПЛИС 12. Алгоритм работы ПЛИС настроен таким образом, что пик поглощения метана в юстировочной кювете 6 всегда приходится на определенный временной интервал в пределах каждого периода модуляции лазера. В случае смещения этого пика обратная связь осуществляет прецизионную подстройку лазера по току и/или температуре посредством встроенного элемента Пельтье. Это обеспечивает постоянный контроль длины волны лазера и, как следствие, высокую точность измерений. Концентрация метана определяется по относительной глубине провала на графике тока сигнального фотоприемника от концентрации метана, находящегося в измерительном объеме пассивного оптического сенсора.A distributed feedback semiconductor laser with a fiber
Тарировка выходных значений может быть произведена путем измерений концентраций поверочных газовых смесей. Результаты измерений могут отображаться посредством встроенного жидкокристаллического дисплея и других средств индикации, а также через удаленный терминал оператора. Головной блок устройства может быть установлен в стандартную телекоммуникационную стойку размером 19'. Пассивный сенсор метана выполнен на основе оптической схемы с применением известных отражающих элементов (зеркало, рефлектор).The calibration of the output values can be done by measuring the concentration of calibration gas mixtures. The measurement results can be displayed through the built-in liquid crystal display and other means of indication, as well as through a remote operator terminal. The head unit of the device can be installed in a standard telecommunications rack size 19 '. The passive methane sensor is based on an optical circuit using known reflective elements (mirror, reflector).
Предложенное техническое решение обеспечивает заявленный технический результат, а именно значительное уменьшение размеров системы, минимизации количества элементов системы, отсутствие необходимости поддержания постоянной температуры элементов схемы, увеличение чувствительности измерений и расширение модельного ряда оборудования, представленного на рынке.The proposed technical solution provides the claimed technical result, namely, a significant reduction in the size of the system, minimizing the number of system elements, the lack of the need to maintain a constant temperature of circuit elements, increasing the sensitivity of measurements and expanding the range of equipment on the market.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016143793U RU172412U1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | METHANE CONCENTRATION METER MULTI-CHANNEL FIBER OPTIC |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016143793U RU172412U1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | METHANE CONCENTRATION METER MULTI-CHANNEL FIBER OPTIC |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU172412U1 true RU172412U1 (en) | 2017-07-07 |
Family
ID=59310254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016143793U RU172412U1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | METHANE CONCENTRATION METER MULTI-CHANNEL FIBER OPTIC |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU172412U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4567366A (en) * | 1982-09-25 | 1986-01-28 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring methane concentration in gas |
RU80576U1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-02-10 | Виктор Николаевич Баграташвили | FIBER OPTICAL DENSITY METER AND DENSITY GRADIENT |
RU89233U1 (en) * | 2009-04-10 | 2009-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СэнсМарк" | GAS ANALYZER |
RU2598694C2 (en) * | 2014-12-17 | 2016-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" (ООО "ПетроЛайт") | Device and method of measuring concentration of gaseous substances |
-
2016
- 2016-11-08 RU RU2016143793U patent/RU172412U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4567366A (en) * | 1982-09-25 | 1986-01-28 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for measuring methane concentration in gas |
RU80576U1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-02-10 | Виктор Николаевич Баграташвили | FIBER OPTICAL DENSITY METER AND DENSITY GRADIENT |
RU89233U1 (en) * | 2009-04-10 | 2009-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СэнсМарк" | GAS ANALYZER |
RU2598694C2 (en) * | 2014-12-17 | 2016-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" (ООО "ПетроЛайт") | Device and method of measuring concentration of gaseous substances |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100487396C (en) | Measurements of polarization-dependent loss (pdl) and degree of polarization (dop) using optical polarization controllers and method thereof | |
CN102116738B (en) | Methane gas sensing device based on fiber-loop ring-down cavity | |
CN101532951B (en) | Optical fiber mixed gas quantitative measurement system and measurement method | |
CN102735643B (en) | Device and method for measuring water vapor content by using self-calibrating optical cavity ring-down spectroscopy | |
CN103499545B (en) | Adopt the semiconductor laser gas detecting system of gas reference chamber feedback compensation | |
CN207866704U (en) | 2-d reconstruction system for TDLAS laser gas remote measurements | |
CN104807765B (en) | The Gas in Oil of Transformer detection means of high sensitivity spectral absorption damped oscillation chamber | |
Stupar et al. | Remote monitoring of water salinity by using side-polished fiber-optic U-shaped sensor | |
CN103698298A (en) | Device for measuring gas concentration based on short cavity enhanced correlation spectroscopy, and method for measuring gas concentration by adopting device | |
CN110411960B (en) | Optical cavity ring-down spectrometer system | |
CN106123933A (en) | A kind of chaos fiber optic loop declines and swings sensing device and method | |
CN109813679A (en) | CH_4 detection modularity and device based on vertical cavity surface emitting laser | |
CN207232005U (en) | Multiplexing fiber-optic gas sensing system based on weak optical fiber Bragg grating and optical time domain reflectometer | |
NO156306B (en) | INFRARED FIBEROPTIC GAS DETECTOR. | |
CN105806374A (en) | Fiber bragg grating wavelength demodulation method | |
CN103969217A (en) | Wavelength division multiplexing optical fiber hydrogen sensing system capable of achieving multi-point monitoring | |
EP1842046B1 (en) | An optical arrangement for determining the concentration of a substance in a fluid | |
CN203838058U (en) | Wavelength division multiplexing optical fiber hydrogen sensing system capable of achieving multi-point monitoring | |
RU172412U1 (en) | METHANE CONCENTRATION METER MULTI-CHANNEL FIBER OPTIC | |
CN211263181U (en) | Open-circuit laser gas analyzer for detecting CH4 and H2S | |
CN105675501A (en) | Fluid component analyzer and detection channel arrangement method thereof | |
US9244002B1 (en) | Optical method and system for measuring an environmental parameter | |
RU2608394C1 (en) | Device for measuring parameters of physical fields | |
CN208736433U (en) | A kind of multi-functional distributing optical fiber sensing teaching equipment | |
CN107478577A (en) | Multiplexing fiber-optic gas sensing system based on weak optical fiber Bragg grating and optical time domain reflectometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC92 | Official registration of non-contracted transfer of exclusive right of a utility model |
Effective date: 20190626 |
|
PD9K | Change of name of utility model owner | ||
QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20200313 Effective date: 20200313 |
|
TK9K | Obvious and technical errors in the register or in publications corrected via the gazette [utility model] |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -QB9K- IN JOURNAL 8-2020 |
|
QC91 | Licence termination (utility model) |
Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20200313 Effective date: 20211026 |