一种同时监测一氧化碳和甲烷的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境气体检测领域，具体涉及一种同时监测一氧化碳和甲烷浓度的装置。
【背景技术】
[0002]天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料，具有燃烧效率高、燃烧产物更为清洁等优点，逐渐成为当前的重要能源之一，被用于生产、生活的各个领域。随着全球能源危机日益加剧，人们对燃料利用效率提出了更高的要求，甲烷作为天然气的最主要成分，对其在燃烧气体中的含量进行监控可有效反映天然气的燃烧效率。CO是主要由化石燃料燃烧产生的对人体有严重危害的污染物，随着人们对环境保护的逐渐重视，对CO排放的限制将更加严格。CO也是燃烧充分程度的重要指示剂。所以对CHjP CO同时进行探测可提供关于天然气燃烧利用效率更为详细的信息。除此之外，CH4是重要程度仅次于CO 2的温室气体，CO对人体有非常严重的危害，当两者在空气中的含量到达一定程度后多会引起爆炸，因此对于CHjP CO的探测在能源、环境、安全等方面都有非常重要的意义。
[0003]目前国内采用的气体检测方法主要分为化学方法和光学方法。相比于化学检测方法，光学方法特别是光谱学的方法具有非接触、高灵敏、测量范围广等特点，是目前大气检测技术发展的主流方向。光谱学方法中的可调谐二极管激光光谱技术(TDLAS)使用单模激光器，具有谱线窄的优点，可实现高分辨率、高灵敏度和快速测量。然而TDLAS技术的缺点是:(1)为实现对目标气体的高选择性，对光源单模输出要求高，中心波长随外界温度或机械特性的变化会发生偏移的缺点会影响到测量的准确性，因而在恶劣环境中应用时需要进行锁频或严格的温控，这也增加了系统的复杂性。(2)从产业化角度看，单模激光器的价格较高，不利于系统的商品化。以上缺点都制约了它的进一步广泛应用。
【发明内容】
[0004]发明目的:为解决现有光谱学气体探测装置中使用单模二极管激光器成本高，并且输出波长对工作温度变化敏感的问题，本发明提供一种采用可调谐多模二极管激光器的同时监测一氧化碳和甲烷浓度的装置。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案:一种同时监测一氧化碳和甲烷的装置，包括激光器装置、气体池和数据采集分析装置，所述激光器装置包括正弦波发生器、锯齿波发生器、加法器、激光控制器、可调谐二极管激光器、准直透镜、第一分光镜和第二分光镜，所述气体池包括第一气体吸收池、第二气体吸收池和长程吸收池，第一气体吸收池中充入已知浓度的甲烷气体，第二气体吸收池中充入已知浓度的一氧化碳气体，长程吸收池中充入待测的一氧化碳和甲烷的混合气体，所述数据采集分析装置包括第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、数据采集卡和计算机；
[0006]正弦波发生器和锯齿波发生器输出端均连接加法器和数据采集卡输入端，加法器输出端连接激光控制器输入端，激光控制器输出端与长程吸收池的进光口之间依次设置准直透镜、第一分光镜、第二分光镜，第一分光镜反射光路上依次设置第一气体吸收池和第一光电探测器，第二分光镜反射光路上依次设置第二气体吸收池和第二光电探测器，长程吸收池的出光口设置反光镜，反光镜反射光路上设置第三光电探测器，第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器输出端均连接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端连接计算机输入端。
[0007]进一步的，所述第一气体吸收池和第二气体吸收池均包括玻璃池体，玻璃池体两端设有进光窗片和出光窗片，进光窗片与经第一分光镜和第二分光镜反射的光线呈88.8°的夹角。
[0008]进一步的，所述玻璃池体长度为50cm至80cm。
[0009]进一步的，所述第一气体吸收池中充入甲烷和氮气的混合气体，甲烷占到混合气体体积的3%，所述第二气体吸收池中充入一氧化碳和氮气的混合气体，一氧化碳占到混合气体体积的3%。
[0010]进一步的，所述长程吸收池包括派热克斯玻璃或不锈钢材质的筒形腔体，筒形腔体端部设置进光口和出光口，筒形腔体侧面设有抽气口和进气口，进气口和抽气口均设有针阀，筒形腔体内靠近两端的位置分别设有一片离散凹面镜。
[0011]进一步的，所述筒形腔体体积为3.2L，两片离散凹面镜之间的距离为55cm，离散凹面镜反射率大于99%。
[0012]本发明的优点是:
[0013]1、本发明为复杂多变环境下一氧化碳和甲烷的同时、实时监测提供了低成本解决方法，并具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好、可靠性高、维护简单的优点。
[0014]2、通过将工艺简单的红外室温延长波段多模二极管激光器代替价格昂贵的单模激光器，同时使用无需液氮冷却的室温延伸波段InGaAs探测器，使得测量装置成本降低。应用可调谐多模二极管激光光谱技术同关联光谱技术相结合，实现了由单台多模二极管激光器同时测量两种气体，简化了系统，提高了测量效率。
[0015]3、通过应用多模二极管激光关联光谱波长调制技术对气体进行监测时，无需对二极管激光器的波长进行准确的标定，对中心波长的漂移限制也是宽松的，提升了系统对环境的脱敏程度，提高了测量的稳定性和可靠性。长程吸收技术和波长调制技术的引入可大大提高系统的探测灵敏度，这些特性不仅提高了本系统的探测性能，而且有效降低了系统的测量成本。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的整体结构示意图；
[0017]图2是长程吸收池的结构示意图。
[0018]图中:I一正弦波发生器，2—锯齿波发生器，3—加法器，4一激光控制器，5—可调谐二极管激光器，6—准直透镜，7—第一分光镜，8—第一气体吸收池，9一第一光电探测器，10—第二分光镜，11 一第二气体吸收池，12—第二光电探测器，13—长程吸收池，14 一反光镜，15—第二光电探测器，16一数据米集卡，17—计算机，18—进光口，19一出光口，20 —尚散凹面镜一，21—离散凹面镜二，22—进气口，23—抽气口。【具体实施方式】:
[0019]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0020]实施例一
[0021]如图1和2所示，本发明的同时监测一氧化碳和甲烷的装置包括激光器装置、气体池和数据采集分析装置。
[0022]所述激光器装置包括正弦波发生器1、锯齿波发生器2、加法器3、激光控制器4、可调谐二极管激光器5、准直透镜6、第一分光镜7和第二分光镜10。正弦波波发生器I的技术参数为:正弦波的频率为12KHz，可选用型号为F05的函数信号发生器；锯齿波发生器2的技术参数为:锯齿波的频率为30Hz，可选用型号为F05的函数信号发生器；激光控制器5的技术参数为:温度调节范围为20-30°C，步长为0.5°C，精度为0.005°C,电流调谐范围为20-110mA，精度为0.001mA，可选用LDC-3724型控制器；可调谐多模二极管激光器4的技术参数:中心波长位于2.33 μ m，最大输出功率5mW。
[0023]所述气体池包括第一气体吸收池8、第二气体吸收池11和长程吸收池13，所述第一气体吸收池8和第二气体吸收池11均包括玻璃池体，玻璃池体长度为50cm，玻璃池体两端设有进光窗片和出光窗片，进光窗片与经第一分光镜7和第二分光镜10反射的光线呈88.8°的夹角，以减少光束在窗片上产生的干涉条纹噪声。第一气体吸收池8中充入已知浓度的甲烧气体，第二气体吸收池11中充入已知浓度的一氧化碳气体，本实施例中，第一气体吸收池8中充入甲烷和氮气的混合气体，甲烷占到混合气体体积的3%，通过甲烷所占体积比可以换算出甲烷浓度，第二气体吸收池11中充入一氧化碳和氮气的混合气体，一氧化碳占到混合气体体积的3 %，通过一氧化碳所占体积比可以换算出一氧化碳浓度，长程吸收池13中充入待测的一氧化碳和甲烷的混合气体。所述长程吸收池13包括派热克斯玻璃材质的筒形腔体，所述筒形腔体体积为3.2L，筒形腔体端部设置进光口 18和出光口 19，筒形腔体侧面设有抽气口 23和进气口 22，进气口 22和抽气口 23均设有针阀，筒形腔体内靠近两端的位置分别设有一片离散凹面镜，分别为离散凹面镜一 20和离散凹面镜二 21，两片离散凹面镜之间的距离为55cm，离散凹面镜反射率大于99%，光束经182次反射后光程可达 100m。
[0024]所述数据采集分析装置包括第一光电探测器9、第二光电探测器12、第