一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公布了一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，該裝置采用吸氣式方式，利用吸氣泵將泄露甲烷氣體抽入至檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)氣體濃度檢測(cè)。所述自標(biāo)定裝置利用分光片對(duì)單束激光進(jìn)行分束，透射光束經(jīng)過(guò)系統(tǒng)集成的標(biāo)氣池被探測(cè)器接收完成光電轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器中心波長(zhǎng)的鎖定。被第一分光片反射的光束經(jīng)過(guò)多次反射池，增加有效光程，最終被探測(cè)器接收，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷氣體低濃度檢測(cè)，多次反射池內(nèi)集成第二分光片，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷氣體高濃度檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】
一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及激光甲烷氣體檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置。【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源的大量開(kāi)發(fā)與利用，甲烷氣體對(duì)居民的工作和生活的影響越來(lái)越大。伴隨我國(guó)燃?xì)獾綉艄こ痰钠占?，因燃?xì)夤芫€中燃?xì)庑孤┰斐傻娜藛T、財(cái)產(chǎn)的損失事件日趨增多。政府，企業(yè)及社會(huì)對(duì)燃?xì)夤艿腊踩碍h(huán)保的日益重視，燃?xì)夤艿赖陌踩矙z，尤其是泄漏檢測(cè)越來(lái)越顯得重要。
[0003]當(dāng)然天然氣管道泄漏檢測(cè)用的氣體傳感器中，半導(dǎo)體傳感器居多，但其普遍具有響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、易中毒及易受其它氣體干擾等缺點(diǎn)。近年來(lái)，激光吸收光譜技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，激光器檢測(cè)甲烷氣體濃度已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。因此非常有必要開(kāi)發(fā)一種響應(yīng)時(shí)間短、不易中毒的高靈敏甲烷氣體檢測(cè)裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，解決目前激光吸收光譜技術(shù)氣體濃度檢測(cè)應(yīng)用中廣泛存在的溫漂現(xiàn)象導(dǎo)致的激光器中心波長(zhǎng)不夠穩(wěn)定，以及測(cè)量量程范圍與最低檢測(cè)限難以兼顧的矛盾等問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，包括一個(gè)集成有數(shù)據(jù)顯示LCD接口的數(shù)據(jù)采集與處理主板以及由激光器驅(qū)動(dòng)主板驅(qū)動(dòng)的激光器，激光器的出射光路上順次設(shè)有準(zhǔn)直器和第一分光片，第一分光片的透射光路上順次設(shè)有標(biāo)氣池和第三探測(cè)器;第一分光片的反射光路上設(shè)有多次反射池中，所述多次反射池設(shè)有進(jìn)氣接口以及出氣接口；進(jìn)氣接口通過(guò)進(jìn)氣軟管連接有吸氣栗，進(jìn)氣軟管串接有過(guò)濾器；多次反射池的出射光路上設(shè)有第二探測(cè)器;第二探測(cè)器和第三探測(cè)器的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集與處理主板的信號(hào)輸入端相連接;數(shù)據(jù)采集與處理主板的信號(hào)輸出端與激光器驅(qū)動(dòng)主板的電壓控制端口以及吸氣栗的控制端相連接。
[0006]多次反射池內(nèi)部設(shè)有位于第一分光片的反射光路上的第二分光片；多次反射池外側(cè)在第二分光片的反射光路上設(shè)有第一探測(cè)器，第一探測(cè)器的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集與處理主板的信號(hào)輸入端相連接。
[0007]第一探測(cè)器通過(guò)第一信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集與處理主板相連接;第二探測(cè)器通過(guò)第二信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集與處理主板相連接;第三探測(cè)器通過(guò)第三信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集與處理主板相連接。
[0008]數(shù)據(jù)采集與處理主板還集成有聲光報(bào)警裝置。多次反射池的出氣接口連接有出氣軟管，出氣軟管出口端靠近于數(shù)據(jù)采集與處理主板以及激光器驅(qū)動(dòng)主板。
[0009]激光器驅(qū)動(dòng)主板、激光器和準(zhǔn)直器組成激光器單元;吸氣軟管、吸氣栗、出氣軟管、 過(guò)濾器組成吸氣系統(tǒng);第一分光片、第三探測(cè)器和第三信號(hào)調(diào)理電路、標(biāo)氣池組成自標(biāo)定系統(tǒng)；反射池檢測(cè)單元包括多次反射池、過(guò)濾器、第一探測(cè)器、第一信號(hào)調(diào)理電路、第二探測(cè)器、第二信號(hào)調(diào)理電路;數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)包括集成有聲光報(bào)警裝置和數(shù)據(jù)顯示LCD接口的數(shù)據(jù)采集與處理主板;所述激光器單元主要由激光器驅(qū)動(dòng)主板保證激光器穩(wěn)定出光，通過(guò)前置準(zhǔn)直器準(zhǔn)直，入射到第一分光片上。吸氣系統(tǒng)通過(guò)吸氣栗和軟管將待測(cè)氣體抽入至反射池檢測(cè)單元，所述的過(guò)濾器作用是有效的阻止了灰塵，雜質(zhì)和水進(jìn)入多次反射池內(nèi)部， 防止污染鏡片。第一分光片透射的光束經(jīng)過(guò)標(biāo)氣池后被探測(cè)器接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路發(fā)送給系統(tǒng)主板完成數(shù)據(jù)采集處理。多次反射池內(nèi)集成一個(gè)小的第二分光片， 當(dāng)檢測(cè)低濃度時(shí)，利用第二分光片透射的光在反射池內(nèi)多次反射，增加有效光程，被第二探測(cè)器接收，再發(fā)送至數(shù)據(jù)采集與處理主板電路；當(dāng)檢測(cè)高濃度時(shí)，使用多次反射結(jié)構(gòu)易造成信號(hào)飽和，因此利用分光片的反射光進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)第一探測(cè)器接收反射光完成光電轉(zhuǎn)換， 再發(fā)送給數(shù)據(jù)采集處理，完成高濃度檢測(cè)。
[0010]多次反射池在其相對(duì)的兩個(gè)內(nèi)壁上設(shè)有兩個(gè)平面鏡:前平面鏡和后平面鏡，保證進(jìn)入多次反射池的激光經(jīng)多次反射后出射。
[0011]所述的自標(biāo)定系統(tǒng)，其理論依據(jù)在于:
[0012]在激光吸收光譜檢測(cè)技術(shù)中，需要使用半導(dǎo)體激光器作為光源，其性能指標(biāo)主要取決于溫度和電流參數(shù)。當(dāng)外界環(huán)境溫度變化較大時(shí)，激光器的中心波長(zhǎng)漂移會(huì)很嚴(yán)重，甚至離開(kāi)激光器的掃描范圍，導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)誤差。通過(guò)在系統(tǒng)內(nèi)部增加一個(gè)由固定濃度的標(biāo)氣池及相應(yīng)的探測(cè)處理部分，進(jìn)行激光器波長(zhǎng)的鎖線，保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定。
[0013]本實(shí)用新型所述的滿量程檢測(cè)技術(shù)，其理論依據(jù)在于:
[0014]為了提高氣體濃度檢測(cè)時(shí)的靈敏度，往往需要選擇較強(qiáng)的氣體吸收線，但是這就形成了最低檢測(cè)限和量程之間的矛盾。以甲烷氣體為例，利用氣體分子激光光譜吸收技術(shù)實(shí)現(xiàn)高濃度氣體檢測(cè)時(shí)，強(qiáng)烈的甲烷氣體吸收會(huì)使得吸收譜線信號(hào)飽和，造成測(cè)量值不能隨著濃度的增加繼續(xù)升高，量程受到限制。因此，結(jié)合所述反射池光機(jī)結(jié)構(gòu)，在算法中設(shè)置強(qiáng)吸收線峰值飽和門限值，針對(duì)不同高低濃度待測(cè)氣體，采用不同光路反射接收，實(shí)現(xiàn)高低濃度檢測(cè)自由切換，在保證測(cè)量精度的同時(shí)，提升測(cè)量量程范圍達(dá)到0-100%。
[0015]本實(shí)用新型解決了目前激光吸收光譜技術(shù)氣體濃度檢測(cè)應(yīng)用中廣泛存在的溫漂現(xiàn)象導(dǎo)致的激光器中心波長(zhǎng)不夠穩(wěn)定，以及測(cè)量量程范圍與最低檢測(cè)限難以兼顧的矛盾等問(wèn)題，確保了激光器中心波長(zhǎng)穩(wěn)定，提高了檢測(cè)準(zhǔn)確性，而且確保了激光甲烷濃度測(cè)量最低檢測(cè)限的同時(shí)提高了濃度測(cè)量范圍?！靖綀D說(shuō)明】

[0016]圖1為本實(shí)用新型所述一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。[0〇17]1-數(shù)據(jù)米集與處理主板，2-激光器驅(qū)動(dòng)主板，3-激光器，4-準(zhǔn)直器，5-第一分光片，6_多次反射池，7-前平面鏡，8-后平面鏡，9-標(biāo)氣池，10-第三信號(hào)調(diào)理電路，11-第一探測(cè)器，12-第一信號(hào)調(diào)理電路，13-第二探測(cè)器，14-第二信號(hào)調(diào)理電路，15-第二分光片，16-出氣軟管，17-吸氣栗，18-吸氣軟管，19-過(guò)濾器，20-進(jìn)氣接口，21-出氣接口，22-數(shù)據(jù)顯示LCD 接口，23-聲光報(bào)警裝置，24-光束，24A-第一反射光束，24B-第一透射光束，24C-第二透射光束，24D-第二反射光束，25-第三探測(cè)器?！揪唧w實(shí)施方式】
[0018]光束24經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器4準(zhǔn)直，入射到第一分光片5上第一分光片5反射的第一反射光束24A由前平面鏡7上方空隙進(jìn)入多次反射池6,又被第二分光片15分成第二透射光束24C和第二反射光束24D;第二透射光束24C在多次反射池6內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射后由前平面鏡7的下方空隙出射，被第二探測(cè)器13采集并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)后經(jīng)過(guò)第二信號(hào)調(diào)理電路14輸入至數(shù)據(jù)采集與處理主板1進(jìn)行處理，得到低濃度的檢測(cè)結(jié)果;第二反射光束24D被第一探測(cè)器采集并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)后經(jīng)過(guò)第一信號(hào)調(diào)理電路12輸入至數(shù)據(jù)采集與處理主板1進(jìn)行處理，得到高濃度的檢測(cè)結(jié)果;經(jīng)第一分光片5透射的第一透射光束24B經(jīng)過(guò)標(biāo)氣池9后被第三探測(cè)器25采集并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)后經(jīng)過(guò)第三信號(hào)調(diào)理電路10輸入至數(shù)據(jù)采集與處理主板1進(jìn)行處理。
[0019]所述的多次反射池6由兩個(gè)平面鏡構(gòu)成:前平面鏡7和后平面鏡8。通過(guò)兩個(gè)平面鏡實(shí)現(xiàn)光束的多次反射，增加系統(tǒng)有效光程。在多次反射池6上，預(yù)留了進(jìn)氣接口 20以及出氣接口 21，方便外接吸氣軟管18，出氣軟管16。
[0020]本實(shí)用新型所述的檢測(cè)裝置采用吸氣式方式，將甲烷泄漏氣體抽入至多次反射池 6中進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集與處理主板1控制吸氣栗17的開(kāi)啟，為了適應(yīng)不同的取樣速度要求和減少氣體被稀釋的可能，吸氣栗17由數(shù)據(jù)采集與處理主板1輸出調(diào)制信號(hào)控制兩種速度:速度1和速度2。泄漏氣體經(jīng)過(guò)吸氣軟管18到達(dá)過(guò)濾器19,其作用有效的阻止了灰塵， 雜質(zhì)和水進(jìn)入多次反射池6內(nèi)部，防止污染鏡片。被過(guò)濾后的氣體從進(jìn)氣接口 20進(jìn)入多次反射池內(nèi)，通過(guò)多次反射池后從出氣接口21，經(jīng)過(guò)出氣軟管16排出。[0021 ]為了提高系統(tǒng)散熱，排氣口靠近于數(shù)據(jù)采集與處理主板1以及激光器驅(qū)動(dòng)主板2， 利用氣流對(duì)發(fā)熱部件進(jìn)行散熱，提高系統(tǒng)散熱效率。
[0022]本實(shí)用新型所述的一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，解決了目前激光吸收光譜技術(shù)氣體濃度檢測(cè)應(yīng)用中廣泛存在的溫漂現(xiàn)象導(dǎo)致的激光器中心波長(zhǎng)不夠穩(wěn)定， 以及測(cè)量量程范圍與最低檢測(cè)限難以兼顧的矛盾等問(wèn)題，確保了激光器中心波長(zhǎng)穩(wěn)定，提高了檢測(cè)準(zhǔn)確性，而且確保了激光甲烷濃度測(cè)量最低檢測(cè)限的同時(shí)提高了濃度測(cè)量范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，其特征在于:包括一個(gè)集成有數(shù)據(jù)顯 示LCD接口(22)的數(shù)據(jù)采集與處理主板(1)以及由激光器驅(qū)動(dòng)主板(2)驅(qū)動(dòng)的激光器(3)，激 光器(3)的出射光路上順次設(shè)有準(zhǔn)直器(4)和第一分光片(5)，第一分光片(5)的透射光路上 順次設(shè)有標(biāo)氣池(9)和第三探測(cè)器(25);第一分光片(5)的反射光路上設(shè)有多次反射池(6)， 所述多次反射池(6)設(shè)有進(jìn)氣接口(20)以及出氣接口(21);進(jìn)氣接口(20)通過(guò)吸氣軟管 (18 )連接有吸氣栗(17 )，吸氣軟管(18 )串接有過(guò)濾器(19 );多次反射池(6 )的出射光路上設(shè) 有第二探測(cè)器(13);第二探測(cè)器(13)和第三探測(cè)器(25)的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集與處理主 板(1)的信號(hào)輸入端相連接;數(shù)據(jù)采集與處理主板(1)的信號(hào)輸出端與激光器驅(qū)動(dòng)主板(2) 的電壓控制端口以及吸氣栗(17)的控制端相連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，其特征在于:多次 反射池(6)內(nèi)部設(shè)有位于第一分光片(5)的反射光路上的第二分光片(15);多次反射池(6) 外側(cè)在第二分光片(15)的反射光路上設(shè)有第一探測(cè)器(11)，第一探測(cè)器(11)的信號(hào)輸出端 與數(shù)據(jù)采集與處理主板(1)的信號(hào)輸入端相連接。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，其特征在于: 多次反射池(6)在其相對(duì)的兩個(gè)內(nèi)壁上設(shè)有兩個(gè)平面鏡:前平面鏡(7)和后平面鏡(8)，保證 進(jìn)入多次反射池(6)的激光經(jīng)多次反射后出射。4.如權(quán)利要求2所述的一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，其特征在于:第一 探測(cè)器(11)通過(guò)第一信號(hào)調(diào)理電路(12)與數(shù)據(jù)采集與處理主板(1)相連接；第二探測(cè)器 (13)通過(guò)第二信號(hào)調(diào)理電路(14)與數(shù)據(jù)采集與處理主板(1)相連接;第三探測(cè)器(25)通過(guò) 第三信號(hào)調(diào)理電路(10)與數(shù)據(jù)采集與處理主板(1)相連接。5.如權(quán)利要求1或2所述的一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，其特征在于: 數(shù)據(jù)采集與處理主板(1)還集成有聲光報(bào)警裝置(23)。6.如權(quán)利要求3所述的一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，其特征在于:數(shù)據(jù) 采集與處理主板(1)還集成有聲光報(bào)警裝置(23)。7.如權(quán)利要求1或2所述的一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，其特征在于: 多次反射池(6 )的出氣接口( 21)連接有出氣軟管(16 )，出氣軟管(16 )出口端靠近數(shù)據(jù)采集 與處理主板(1)以及激光器驅(qū)動(dòng)主板(2)。8.如權(quán)利要求3所述的一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，其特征在于:多次 反射池(6 )的出氣接口( 21)連接有出氣軟管(16)，出氣軟管(16)出口端靠近數(shù)據(jù)采集與處 理主板(1)以及激光器驅(qū)動(dòng)主板(2)。9.如權(quán)利要求5所述的一種自標(biāo)定吸氣式激光甲烷滿量程檢測(cè)裝置，其特征在于:多次 反射池(6)的出氣接口(21)連接有出氣軟管(16)，出氣軟管(16)出口端靠近于數(shù)據(jù)采集與 處理主板(1)以及激光器驅(qū)動(dòng)主板(2)。
【文檔編號(hào)】G01N21/01GK205719923SQ201620567754
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】李明星, 袁松, 常代有
【申請(qǐng)人】山西中科華儀科技有限公司