一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公布了一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，该装置采用吸气式方式，利用吸气泵将泄露甲烷气体抽入至检测装置，实现气体浓度检测。所述自标定装置利用分光片对单束激光进行分束，透射光束经过系统集成的标气池被探测器接收完成光电转换，再经过信号调理电路和数据采集电路，实现对激光器中心波长的锁定。被第一分光片反射的光束经过多次反射池，增加有效光程，最终被探测器接收，实现对甲烷气体低浓度检测，多次反射池内集成第二分光片，实现对甲烷气体高浓度检测。
【专利说明】
一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及激光甲烷气体检测领域，特别涉及一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置。【背景技术】
[0002]随着能源的大量开发与利用，甲烷气体对居民的工作和生活的影响越来越大。伴随我国燃气到户工程的普及，因燃气管线中燃气泄漏造成的人员、财产的损失事件日趋增多。政府，企业及社会对燃气管道安全及环保的日益重视，燃气管道的安全巡检，尤其是泄漏检测越来越显得重要。
[0003]当然天然气管道泄漏检测用的气体传感器中，半导体传感器居多，但其普遍具有响应时间长、易中毒及易受其它气体干扰等缺点。近年来，激光吸收光谱技术得到广泛的应用，激光器检测甲烷气体浓度已经成为一种趋势。因此非常有必要开发一种响应时间短、不易中毒的高灵敏甲烷气体检测装置。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，解决目前激光吸收光谱技术气体浓度检测应用中广泛存在的温漂现象导致的激光器中心波长不够稳定，以及测量量程范围与最低检测限难以兼顾的矛盾等问题。
[0005]本实用新型是采用如下技术方案实现的:一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，包括一个集成有数据显示LCD接口的数据采集与处理主板以及由激光器驱动主板驱动的激光器，激光器的出射光路上顺次设有准直器和第一分光片，第一分光片的透射光路上顺次设有标气池和第三探测器;第一分光片的反射光路上设有多次反射池中，所述多次反射池设有进气接口以及出气接口；进气接口通过进气软管连接有吸气栗，进气软管串接有过滤器；多次反射池的出射光路上设有第二探测器;第二探测器和第三探测器的信号输出端与数据采集与处理主板的信号输入端相连接;数据采集与处理主板的信号输出端与激光器驱动主板的电压控制端口以及吸气栗的控制端相连接。
[0006]多次反射池内部设有位于第一分光片的反射光路上的第二分光片；多次反射池外侧在第二分光片的反射光路上设有第一探测器，第一探测器的信号输出端与数据采集与处理主板的信号输入端相连接。
[0007]第一探测器通过第一信号调理电路与数据采集与处理主板相连接;第二探测器通过第二信号调理电路与数据采集与处理主板相连接;第三探测器通过第三信号调理电路与数据采集与处理主板相连接。
[0008]数据采集与处理主板还集成有声光报警装置。多次反射池的出气接口连接有出气软管，出气软管出口端靠近于数据采集与处理主板以及激光器驱动主板。
[0009]激光器驱动主板、激光器和准直器组成激光器单元;吸气软管、吸气栗、出气软管、 过滤器组成吸气系统;第一分光片、第三探测器和第三信号调理电路、标气池组成自标定系统；反射池检测单元包括多次反射池、过滤器、第一探测器、第一信号调理电路、第二探测器、第二信号调理电路;数据采集及处理系统包括集成有声光报警装置和数据显示LCD接口的数据采集与处理主板;所述激光器单元主要由激光器驱动主板保证激光器稳定出光，通过前置准直器准直，入射到第一分光片上。吸气系统通过吸气栗和软管将待测气体抽入至反射池检测单元，所述的过滤器作用是有效的阻止了灰尘，杂质和水进入多次反射池内部， 防止污染镜片。第一分光片透射的光束经过标气池后被探测器接收，转换成电信号，经过信号调理电路发送给系统主板完成数据采集处理。多次反射池内集成一个小的第二分光片， 当检测低浓度时，利用第二分光片透射的光在反射池内多次反射，增加有效光程，被第二探测器接收，再发送至数据采集与处理主板电路；当检测高浓度时，使用多次反射结构易造成信号饱和，因此利用分光片的反射光进行检测，通过第一探测器接收反射光完成光电转换， 再发送给数据采集处理，完成高浓度检测。
[0010]多次反射池在其相对的两个内壁上设有两个平面镜:前平面镜和后平面镜，保证进入多次反射池的激光经多次反射后出射。
[0011]所述的自标定系统，其理论依据在于:
[0012]在激光吸收光谱检测技术中，需要使用半导体激光器作为光源，其性能指标主要取决于温度和电流参数。当外界环境温度变化较大时，激光器的中心波长漂移会很严重，甚至离开激光器的扫描范围，导致测量出现误差。通过在系统内部增加一个由固定浓度的标气池及相应的探测处理部分，进行激光器波长的锁线，保证系统运行可靠稳定。
[0013]本实用新型所述的满量程检测技术，其理论依据在于:
[0014]为了提高气体浓度检测时的灵敏度，往往需要选择较强的气体吸收线，但是这就形成了最低检测限和量程之间的矛盾。以甲烷气体为例，利用气体分子激光光谱吸收技术实现高浓度气体检测时，强烈的甲烷气体吸收会使得吸收谱线信号饱和，造成测量值不能随着浓度的增加继续升高，量程受到限制。因此，结合所述反射池光机结构，在算法中设置强吸收线峰值饱和门限值，针对不同高低浓度待测气体，采用不同光路反射接收，实现高低浓度检测自由切换，在保证测量精度的同时，提升测量量程范围达到0-100%。
[0015]本实用新型解决了目前激光吸收光谱技术气体浓度检测应用中广泛存在的温漂现象导致的激光器中心波长不够稳定，以及测量量程范围与最低检测限难以兼顾的矛盾等问题，确保了激光器中心波长稳定，提高了检测准确性，而且确保了激光甲烷浓度测量最低检测限的同时提高了浓度测量范围。【附图说明】
[0016]图1为本实用新型所述一种自标定吸气式激光甲烷检测装置结构示意图。[0〇17]1-数据米集与处理主板，2-激光器驱动主板，3-激光器，4-准直器，5-第一分光片，6_多次反射池，7-前平面镜，8-后平面镜，9-标气池，10-第三信号调理电路，11-第一探测器，12-第一信号调理电路，13-第二探测器，14-第二信号调理电路，15-第二分光片，16-出气软管，17-吸气栗，18-吸气软管，19-过滤器，20-进气接口，21-出气接口，22-数据显示LCD 接口，23-声光报警装置，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-第三探测器。【具体实施方式】
[0018]光束24经过准直器4准直，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由前平面镜7上方空隙进入多次反射池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内经过多次反射后由前平面镜7的下方空隙出射，被第二探测器13采集并转换成相应的电信号后经过第二信号调理电路14输入至数据采集与处理主板1进行处理，得到低浓度的检测结果;第二反射光束24D被第一探测器采集并转换成相应的电信号后经过第一信号调理电路12输入至数据采集与处理主板1进行处理，得到高浓度的检测结果;经第一分光片5透射的第一透射光束24B经过标气池9后被第三探测器25采集并转换成相应的电信号后经过第三信号调理电路10输入至数据采集与处理主板1进行处理。
[0019]所述的多次反射池6由两个平面镜构成:前平面镜7和后平面镜8。通过两个平面镜实现光束的多次反射，增加系统有效光程。在多次反射池6上，预留了进气接口 20以及出气接口 21，方便外接吸气软管18，出气软管16。
[0020]本实用新型所述的检测装置采用吸气式方式，将甲烷泄漏气体抽入至多次反射池 6中进行检测。通过数据采集与处理主板1控制吸气栗17的开启，为了适应不同的取样速度要求和减少气体被稀释的可能，吸气栗17由数据采集与处理主板1输出调制信号控制两种速度:速度1和速度2。泄漏气体经过吸气软管18到达过滤器19,其作用有效的阻止了灰尘， 杂质和水进入多次反射池6内部，防止污染镜片。被过滤后的气体从进气接口 20进入多次反射池内，通过多次反射池后从出气接口21，经过出气软管16排出。[0021 ]为了提高系统散热，排气口靠近于数据采集与处理主板1以及激光器驱动主板2， 利用气流对发热部件进行散热，提高系统散热效率。
[0022]本实用新型所述的一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，解决了目前激光吸收光谱技术气体浓度检测应用中广泛存在的温漂现象导致的激光器中心波长不够稳定， 以及测量量程范围与最低检测限难以兼顾的矛盾等问题，确保了激光器中心波长稳定，提高了检测准确性，而且确保了激光甲烷浓度测量最低检测限的同时提高了浓度测量范围。
【主权项】
1.一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，其特征在于:包括一个集成有数据显 示LCD接口(22)的数据采集与处理主板(1)以及由激光器驱动主板(2)驱动的激光器(3)，激 光器(3)的出射光路上顺次设有准直器(4)和第一分光片(5)，第一分光片(5)的透射光路上 顺次设有标气池(9)和第三探测器(25);第一分光片(5)的反射光路上设有多次反射池(6)， 所述多次反射池(6)设有进气接口(20)以及出气接口(21);进气接口(20)通过吸气软管 (18 )连接有吸气栗(17 )，吸气软管(18 )串接有过滤器(19 );多次反射池(6 )的出射光路上设 有第二探测器(13);第二探测器(13)和第三探测器(25)的信号输出端与数据采集与处理主 板(1)的信号输入端相连接;数据采集与处理主板(1)的信号输出端与激光器驱动主板(2) 的电压控制端口以及吸气栗(17)的控制端相连接。2.如权利要求1所述的一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，其特征在于:多次 反射池(6)内部设有位于第一分光片(5)的反射光路上的第二分光片(15);多次反射池(6) 外侧在第二分光片(15)的反射光路上设有第一探测器(11)，第一探测器(11)的信号输出端 与数据采集与处理主板(1)的信号输入端相连接。3.如权利要求1或2所述的一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，其特征在于: 多次反射池(6)在其相对的两个内壁上设有两个平面镜:前平面镜(7)和后平面镜(8)，保证 进入多次反射池(6)的激光经多次反射后出射。4.如权利要求2所述的一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，其特征在于:第一 探测器(11)通过第一信号调理电路(12)与数据采集与处理主板(1)相连接；第二探测器 (13)通过第二信号调理电路(14)与数据采集与处理主板(1)相连接;第三探测器(25)通过 第三信号调理电路(10)与数据采集与处理主板(1)相连接。5.如权利要求1或2所述的一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，其特征在于: 数据采集与处理主板(1)还集成有声光报警装置(23)。6.如权利要求3所述的一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，其特征在于:数据 采集与处理主板(1)还集成有声光报警装置(23)。7.如权利要求1或2所述的一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，其特征在于: 多次反射池(6 )的出气接口( 21)连接有出气软管(16 )，出气软管(16 )出口端靠近数据采集 与处理主板(1)以及激光器驱动主板(2)。8.如权利要求3所述的一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，其特征在于:多次 反射池(6 )的出气接口( 21)连接有出气软管(16)，出气软管(16)出口端靠近数据采集与处 理主板(1)以及激光器驱动主板(2)。9.如权利要求5所述的一种自标定吸气式激光甲烷满量程检测装置，其特征在于:多次 反射池(6)的出气接口(21)连接有出气软管(16)，出气软管(16)出口端靠近于数据采集与 处理主板(1)以及激光器驱动主板(2)。
【文档编号】G01N21/01GK205719923SQ201620567754
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】李明星, 袁松, 常代有
【申请人】山西中科华仪科技有限公司