基于TDLAS技术的有毒有害气体在线监测系统的制作方法

本实用新型涉及环境其他检测技术领域，具体涉及基于TDLAS技术的有毒有害气体在线监测系统。

背景技术：

TDLAS技术利用可调谐半导体激光器窄线宽和波长可调谐特性，实现对气体分子单根吸收线在线监测，有待测气体选择性强、使用寿命长、标定简单、维护量小等优点，且随着半导体激光器的商业化，其系统成本也会降低。

基于TDLAS技术的有毒有害气体在线监测系统，实现对工业过程中的有毒有害气体浓度实时在线监测，监测的浓度数据上传至生产厂家和环保部门，对污染气体的排放监控起到积极作用，具有重大意义。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于TDALS技术的有毒有害气体在线监测系统，利用激光器待测气体的吸收，通过对气体分子的吸收光谱进行多参数拟合算法，实现对目标气体的定性或者定量分析的基于TDLAS技术的有毒有害气体在线监测系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于TDLAS技术的有毒有害气体在线监测系统，包括激光气体分析仪和管道在线式光机结构两部分，激光气体分析仪中激光器驱动板根据测量需求选择合适的半导体激光器，更改温度和电流控制的参数值，通过调节和控制温度值来实现激光器的波长锁定功能，保证激光器的工作稳定性；信号处理板可完成多路微弱探测信号的放大滤波，实现多通道分时测量的功能；主控制板采集探测信号，并根据拟合算法计算反演出激光气体的浓度，上传至LCD实现浓度显示和参数修改，同时实现数据的对外传输和通信。管道在线式光机结构分为对射式和反射式两种类型：对射式光机结构由准直透镜组、楔形窗片、二维调整架及外壳组成，调节发射端二维调整座进行光路的对准，激光经过准直透镜汇聚直射待测光路中，在接收端由准直透镜将激光汇聚到探测器中；反射式光机结构由准直透镜组、楔形窗片、二维调整架、离轴抛物面镜、空心角反射镜及外壳组成，调节发射端二维调整座进行光路的对准，激光经过准直透镜汇聚直射待测光路中，在反射端被角反射镜反射沿原光路返回到达离轴抛物面镜，汇聚后到达探测器。

优选的，所述激光气体分析仪中激光器的波长锁定功能，其原理为将激光器的输出用光纤分束器分为内、外两路激光，其中较弱的光路为内光路，用来检测固定高浓度的气体样品池，根据激光器手册设定激光器的扫描波形(电流参数)和温度范围，通过改变温度值来微调激光器的波长，在设定温度范围内程控改变激光器的温度值，得到最大吸收光谱时的温度值即为波长锁定点，且在工作过程中实时进行波长锁定，使得激光器在长期工作中不会出现波长漂移的现象，保证了测量的精度和可靠性。

优选的，所述激光气体分析仪中多通道分时测量的功能，其原理为根据现场需求，将外光路用光纤分束器均分为几路接入到光机结构中，探测信号用同轴电缆线接入到分析仪中的信号处理板，各路微弱的探测信号首先经过I/V转换放大滤波，通过程控多路选通模拟开关，分时输出每路信号，再经过程控放大后送入到主控制板采集和浓度反演，实现了用一台激光气体分析仪测量多个位置的目的，降低了客户的应用成本。

优选的，所述管道在线式光机结构中对射式光机结构，由准直透镜组、楔形窗片、二维调整架及外壳组成，调节发射端二维调整座进行光路的对准，激光经过准直透镜汇聚直射待测光路中，楔形窗片安装在反射端机箱的尾部窗口上，楔形窗片安装在接收端准直透镜前，在接收端由准直透镜将激光汇聚到探测器中接收光谱信号，调节探测器的位置使之对准，用同轴电缆线将探测信号传输到分析仪中，此种光机结构应用于工业现场烟道较长、烟道中粉尘较大的场合，此场合下对激光的衰减很大，对射式结构单光程，降低了激光衰减严重造成的影响，也利于现场的安装调试。

优选的，所述管道在线式光机结构中反射式光机结构，由准直透镜组、楔形窗片、二维调整架、离轴抛物面镜、空心角反射镜及外壳组成，调节发射端二维调整座进行光路的对准，激光经过准直透镜汇聚直射待测光路中，楔形窗片安装在发射端机箱的尾部窗口上，楔形窗片安装在角反射镜前，在反射端被角反射镜反射沿原光路返回到达离轴抛物面镜，汇聚后到达探测器，调节探测器的位置使之对准，用同轴电缆线将探测信号传输到分析仪中，此种光机结构应用于工业现场烟道较短、烟道中粉尘较少的场合，反射式双倍光程，精度更高。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：

1)采用激光器波长锁定技术，使得激光器在长期工作中不会出现波长漂移的现象，保证了系统工作的稳定性和可靠性；

2)采用多通道分时测量技术，实现了一台激光气体分析仪测量多个位置的目的，降低了客户的应用成本；

3)通过选择合适波段的激光器和探测器，修改激光器温度和电流参数即可实现另一种待测气体的监测，通用性强；

4)采用对射式和反射式两种管道在线式光机结构，针对不同的现场环境条件，选择合适的类型，适应性强。

附图说明

图1是本实用新型中波长锁定功能原理框图；

图2是本实用新型中多通道分时测量信号调理原理框图；

图3是本实用新型中对射式光机结构原理框图；

图4是本实用新型中反射式光机结构原理框图。

具体实施方式

下面结合附图描述本实用新型的优选实施方式。

如图1所示，主控制板根据激光器手册设定激光器的扫描波形(电流参数)和温度范围，驱动激光器的工作，激光输出用光纤分束器分为内、外两路激光，其中较弱的光路为内光路，内光路经准直后通过固定高浓度的气体样品池，到达探测器，并将探测信号送入到主控制板中，主控制板检测内光路探测信号获取当前温度值的吸收光谱，在设定温度范围内程控改变激光器的温度值，得到最大吸收光谱时的温度值即为波长锁定点，且在工作过程中实时进行波长锁定，使得激光器在长期工作中不会出现波长漂移的现象，保证了测量的精度和可靠性。

如图2所示，将同轴电缆线传输过来的探测信号接入到分析仪中的信号处理板中，各路微弱的探测信号首先分别经过I/V转换放大滤波，通过程控多路选通模拟开关，由主控制板来控制选择待测通道，分时输出探测信号，再经过程控放大，确保信号的光强满足测试需求，最后将信号送入到主控制板采集和浓度反演，实现了用一台激光气体分析仪测量多个位置的目的。

如图3所示，对射式光机结构由准直透镜、楔形窗片、二维调整架及外壳组成，其原理为调节发射端二维调整座进行光路的对准，激光经过准直透镜汇聚直射待测光路中，楔形窗片安装在反射端机箱的尾部窗口上，楔形窗片安装在接收端准直透镜前，在接收端由准直透镜将激光汇聚到探测器中接收光谱信号，调节探测器的位置使之对准，用同轴电缆线将探测信号传输到分析仪中。

如图4所示，反射式光机结构由准直透镜组、楔形窗片、二维调整架、离轴抛物面镜、空心角反射镜及外壳组成，调节发射端二维调整座进行光路的对准，激光经过准直透镜汇聚直射待测光路中，楔形窗片3安装在发射端机箱的尾部窗口上，楔形窗片安装在角反射镜前，在反射端被角反射镜反射沿原光路返回到达离轴抛物面镜，汇聚后到达探测器，调节探测器的位置使之对准，用同轴电缆线将探测信号传输到分析仪中。

以上所述仅为实用新型创造的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。