基于可调谐激光吸收光谱技术的采样式沼气在线检测装置的制作方法

本实用新型涉及气体分析，特别涉及基于可调谐激光吸收光谱技术的采样式沼气在线检测装置。

背景技术：

沼气作为一种特殊的清洁能源，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体，属于二次能源。沼气是节能减排的重要组成部分和关键环节，在应对气候变化和发展低碳经济、促进建设方面发挥巨大的作用。沼气的主要成分含有ch4、co2、h2s和o2等气体，目前沼气在线分析常用方法为非分散红外(ndir)技术测量ch4、co2，电化学检测器测量h2s和o2。非分散红外(ndir)技术采用宽光谱光源，测量易受背景气体交叉干扰，电化学检测器技术采用直接测量，容易中毒和损坏。

技术实现要素：

为解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种检测精度高、耗时短、功耗低、安全性好的基于可调谐激光吸收光谱技术的采样式沼气在线检测装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

基于可调谐激光吸收光谱技术的采样式沼气在线检测装置，所述沼气在线检测装置包括箱体和气体池，所述气体池具有气体进口、气体出口及光学窗口；所述沼气在线检测装置还包括：

激光器，所述激光器发出的检测光包括沼气中多种气体成分的吸收谱线对应的波长，所述检测光透过所述光学窗口；

探测器，所述探测器接收与气体池内多种气体成分作用后的检测光；

电源滤波器，所述电源滤波器的输入端适于连通市电，输出端连接变压器；

变压器，所述变压器输出端连接所述激光器和探测器；

进气接头和排气接头，所述进气接头和排气接头设置在所述箱体的侧壁；

进气管道和排气管道，所述进气管道用于连通所述进气接头和所述气体进口，所述排气管道用于连通所述排气接头和所述气体出口；

所述激光器、探测器、电源滤波器、变压器、进气管道和排气管道设置在所述箱体内。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：

1.检测精度高、耗时短和功耗低；

使用可调谐半导体激光吸收光谱技术同时测量沼气中ch4、co2、h2s和o2等气体成分，采用“单线光谱”吸收仅扫描到被测气体吸收谱线以及非接触式测量模式，具有测量精度高、耗时短、功耗低、稳定性好、可靠性高和寿命长等优点；

2.无需人工采样；

针对沼气检测现场的特点，设计了采样式检测，无需人工采样，可实时监测；

3.安全性能好；

箱体内正压气体(惰性气体，如氮气、氦气等)的充入，并通过压力传感器实时反馈箱体内压力，实现了正压防爆，提高了安全性能。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本实用新型实施例的沼气在线检测装置的结构简图；

图2是根据本实用新型实施例的检测单元的结构简图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本实用新型实施例的基于可调谐激光吸收光谱技术的采样式沼气在线检测装置的结构简图，如图1所示，所述沼气在线检测装置包括：

箱体11，所述箱体11内部用于容纳各种设备；

电源滤波器1，所述电源滤波器1的输入端适于连通市电，输出端连接变压器2；

变压器2，所述变压器2输出端连接激光器和探测器；

进气接头41和排气接头42，所述进气接头41和排气接头42设置在所述箱体11的侧壁；

检测单元6，图2示意性地给出了本实用新型实施例的检测单元的结构简图，如图2所示，所述检测单元包括：

气体池60，所述气体池60具有气体进口、气体出口及光学窗口；采样的气体通过气体进口进入气体池60内，后从所述气体出口排出；

激光器61-64，如多个输出波长不同的激光器或单个具有宽谱波长输出的激光器，所述激光器发出的检测光包括沼气中多种气体成分(如沼气中的ch4、co2、h2s和o2)的吸收谱线对应的波长，所述检测光透过所述光学窗口；

探测器66-69，所述探测器66-69接收与气体池60内多种气体成分作用后的检测光，也即被多种气体成分选择性吸收后的检测光，与激光器61-64的出射光强相比，被探测器66-69接收到的光强在所述吸收谱线对应的波长处有衰减；

进气管道31和排气管道32，所述进气管道31用于连通所述进气接头41和所述气体进口，所述排气管道32用于连通所述排气接头42和所述气体出口；

分析单元7，分析单元7是本领域的现有技术。

为了降低激光器的成本，进一步地，所述激光器包括4个可调谐半导体激光器，分别对应ch4、co2、h2s和o2的检测，与此对应地，所述气体池的第一侧壁具有与所述多种气体成分数量相同的光学窗口，适于激光器发出的不同波长的检测光分别穿过。

为了实现对穿式光路结构，进一步地，所述第二侧壁具有与所述多种气体成分数量相同的光学窗口，适于气体池内与多种气体成分作用后的不同波长的检测光分别穿过而射出气体池；所述第一侧壁和第二侧壁相对设置。

为了实时、直观地显示获得的沼气中多种气体成分的含量，进一步地，所述沼气在线检测装置还包括：

显示模块8，所述显示模块设置在所述箱体上，用于显示获得的所述多种气体成分的信息。

为了提高安全性，进一步地，所述沼气在线检测装置还包括：

气体接头51，所述气体接头51设置所述箱体11的侧壁，适于向所述箱体11内通入气体，如高于大气压的惰性气体，如氮气、氦气等，从而实现了正压防爆；

压力传感器52，所述压力传感器52检测所述箱体11内的压力，从而根据获得的压力值开展相应措施，如获得压力值低于大气压，需向箱体内充气，使得箱体内压力高于大气压；如获得压力值高于大气压，无需充气。

实施例2：

根据本实用新型实施例1的基于采样的沼气在线检测装置的应用例。

在该应用例中，如图1-2所示，激光器61-64采用四个vecsel半导体激光器，输出的波长分别对应ch4、co2、h2s和o2的吸收谱线；电源滤波器1连接市电，用于屏蔽干扰信号；变压器2降低电压值，为激光器61-64、探测器66-69、分析单元7等提供24v直流电压；气体池60的第一侧壁具有四个光学窗口，适于分别透过对应ch4、co2、h2s和o2的激光器的输出波长，相对应地，第二侧壁具有四个光学窗口，适于分别透过对应ch4、co2、h2s和o2的激光器的输出波长，使得激光器60-64发出的检测光透过第一侧壁的光学窗口后，被气体池内的气体选择性吸收，之后透过第二侧壁的光学窗口，被探测器66-69接收；

进气接头41和排气接头42设置在所述箱体11的侧壁，适于方便地接入采样气体，并排出检测后的采样气体；进气管道31用于连通所述进气接头41和所述气体进口，排气管道32用于连通所述排气接头42和所述气体出口；

气体接头51，所述气体接头51设置所述箱体11的侧壁，适于向所述箱体11内通入气体，本实施例是压力高于大气压的纯净氮气，箱体11无甲烷等易燃易爆气体，从而实现了正压防爆；

压力传感器52，所述压力传感器52检测所述箱体11内的压力，从而根据获得的压力值开展相应措施：如获得压力值低于大气压，需向箱体内充气，使得箱体内压力高于大气压；如获得压力值高于大气压，无需充气。

实施例3：

根据本实用新型实施例1的基于采样的沼气在线检测装置的应用例，与实施例2不同的是：

第二侧壁上不再设置光学窗口，而是在第二侧壁的内壁设置反射镜，使得从第一侧壁上光学窗口进入气体池的检测光被反射镜反射后，再次穿过第一侧壁上的光学窗口，也即采用了回返式光路结构。