一种基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网

一种基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网
【技术领域】
1.本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网。


背景技术：

2.在现代社会中，基于健康居住、安全生产等需求，在很多场景中都需要对特定的气体进行检测，例如居室中的甲醛、煤矿中的瓦斯与天然气中的甲烷等。以甲烷举例来说，现有的检测传感器有催化燃烧式、半导体电阻式、电化学、红外气体传感器等，而这些产品都需要在现场进行供电，有潜在的产生静电以及电火花的可能。由于甲烷属于易燃气体，因此在封闭场景进行气体检测时可能会因产生的电火花与静电产生爆炸，造成安全事故。
3.由于每种气体的光吸收峰具有指纹特征，所以这种方法对气体的检测具有很好的选择性，不用电源，也没有电信号，是一种本质安全的方法。然而，现有方法多采用发送调谐激光和接收信号激光是采用点对点，一一对应方法，导致需求的调制激光器模块数量较多，同时光纤的使用数量需求也较大。另外，现有的气体检测方法只能测量整个空间内的气体浓度，无法显示具体的气体泄漏点。
4.鉴于此，实有必要提供一种基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网以克服上述缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网，旨在解决现有的光纤激光气体检测装置需求的调制激光器模块数量较多，同时光纤的使用数量需求也较大的问题，检测出具体的气体泄漏点。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网，包括：光纤、用于可输出波长为待检测气体吸收峰相邻区间的激光器、用于产生三角波电信号并控制注入所述激光器的电流以改变所述激光器输出光波长的控制电路模块、若干个光功率分配器；若干个与所述光功率分配器的输出口一一对应连接的气体吸收池以及若干个与气体吸收池一一对应连接的光信号检测模块；所述激光器在所述控制电路模块的控制下输出预设波长范围的激光，经过若干个所述光功率分配器进行功率分配后通过所述光纤传输到对应的所述气体吸收池中，然后经所述光信号检测模块对对应的所述气体吸收池的传出的激光进行检测，得到包含气体吸收信息的光信号信息。
7.在一个优选实施方式中，还包括用于轮询所述光信号检测模块输出的光信号信息的轮询对比模块以及根据所述轮询对比模块的输出结果进行报警的声/光报警器；当所述轮询对比模块轮询所述光信号检测模块输出的光信号信息超出预设的阈值时，所述声/光报警器发出警报。
8.在一个优选实施方式中，还包括监控中心；所述光纤的长度与所述气体吸收池位置离所述监控中心或离所述光功率分配器的距离相适配，范围为10m-100km；每个所述气体
吸收池分别设有两条所述光纤；其中一条所述光纤用于传输所述激光器产生的受控制电路调谐的激光到所述气体吸收池，另一条所述光纤用于回传经过所述气体吸收池后携带气体浓度信息的激光至所述光信号检测模块。
9.在一个优选实施方式中，还包括用于控制所述激光器温度的温控器；所述温控器用于控制激光器的温度使激光器的输出波长位于待检测气体吸收峰预设的相邻波长区间。
10.在一个优选实施方式中，所述控制电路模块向所述激光器注入电流的大小与待检测气体吸收峰对应的激光波长对应，并以三角波形式改变，使所述激光器的输出波长以待检测气体吸收峰对应的波长为中心，幅值为0.5nm-3nm来回扫描。
11.在一个优选实施方式中，所述一级光功率分配器的输入端口与所述激光器的输出口连接，一级光功率分配器的输出口向对应的所述气体吸收池或下一级一级光功率分配器的输入端口广播分配调谐激光功率；其中，所述光功率分配器包括一个输入端口与若干个输出端口，每个所述输出端口的功率分配比根据所述气体吸收池连接的光纤长度呈正相关。
12.在一个优选实施方式中，所述光功率分配器的数量为多个，定义直接连接所述激光器的输出口的所述光功率分配器为一级分配器，并在相同路径上一级分配器为基础设置二级、三级乃至多级所述光功率分配器。
13.在一个优选实施方式中，所述光信号检测模块采用取样积分或锁相放大技术检测气体浓度信息。
14.在一个优选实施方式中，当所述声/光报警器产生报警时，所述轮询对比模块显示出超出预设阈值的所述气体吸收池的名称和/或编号。
15.本发明提供的基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网，具有以下有益效果：
16.本发明属于光纤激光气体监测技术领域，是一种不受电磁场干扰，对易燃易爆气体，例如甲烷等本质安全的气体测量技术，也可以用于对有毒有害气体如硫化氢、氨气等气体的检测，涉及光纤激光气体检测法中的光纤网的构建。
17.激光器在可调谐电流激励下，波长围绕待测气体吸收峰扫描，激光功率通过光功率分配器分出多路不同大小的功率，分配光功率的比例根据光纤长度确定。气体探测点安装气体吸收池，通过光纤传输的调谐激光进入气体吸收池。气体吸收池中的待测气体对激光进行吸收，光强减弱，经回传光纤传输回后台进行信号解析。每条回传光纤分别接入一个光信号检测模块。光信号检测模块对携带气体浓度的激光信号进行光电转换、电信号放大、分析、解调出气体的浓度信息，构成了一种广播调谐激光和点对点检测信号光的光纤激光气体检测网。这种方式大大减少了占成本比例最大的激光调谐部分。每个气体吸收池对应设置一个光信号检测模块，可以分清各个气体吸收池中的气体浓度值，也可明确气体吸收池所在的位置，显示气体泄漏点。
【附图说明】
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本发明提供的基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网的结构示意图。
20.图中标号：100、基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网；10、光纤；20、激光器；30、控制电路模块；40、光功率分配器；50、气体吸收池；60、光信号检测模块；70、轮询对比模块；80、声/光报警器；90、温控器；101、监控中心。
【具体实施方式】
21.为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
22.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
23.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
24.在本发明的实施例中，提供一种基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网100，用于检测待检测环境(例如煤矿、地下管廊、天然气管网、燃气调压站、燃气锅炉、家用厨房、商业与中央厨房等)中待检测气体(例如甲烷、硫化氢等)的有无与含量大小，确定气体泄漏点。
25.如图1所示，基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网100包括：光纤10、用于输出波长为待检测气体吸收峰相邻区间的激光器20(在本实施例中，激光器20为半导体分布反馈式激光器)、用于产生三角波电信号并控制注入激光器20的电流以改变激光器输出光波长的控制电路模块30、若干个光功率分配器40；若干个与光功率分配器40一一对应连接的气体吸收池50以及若干个与气体吸收池50一一对应连接的光信号检测模块60。激光器20在控制电路模块30的控制下输出待测气体中心波长范围的激光，经过若干个光功率分配器40进行功率分配后通过光纤传输到对应的气体吸收池50中，然后经光信号检测模块60对对应的气体吸收池50的传出的激光进行检测，得到包含气体吸收信息的光信号信息。
26.其中，光信号检测模块60采用取样积分或锁相放大技术检测气体浓度信息。
27.具体的，气体吸收池50的两端均设有可导通的光纤10，用于放置到待检测环境中。即，气体吸收池50的两端均设有光纤端口，激光可从其中一个光纤端口进光，从而进入到气体吸收池50中，在经过气体吸收池50中的气体环境后通过另一个光纤端口进入到另一个光纤中出光。不同的气体由于特征吸收光谱的不同，当在激光波长范围内发现该气体的吸收线时，在光功率测试时的曲线中会有凹陷，光强会有减小，通过凹陷处的波长(与气体的特征吸收光谱有关)和深度(与气体在环境中的含量有关)，可以判断该气体的种类和强度，气体浓度越大，被吸收的光强越大。因此，从气体吸收池中出光的激光便已携带了气体池中的气体信息。在本实施例中，气体吸收池50采样待检测环境中的气体的方式可以有气体自然扩散式、流通式等，测量范围大于等于500ppm。
28.其中，光纤10的长度可以是10m、500m、1km或50km等，从而可以只将气体吸收池50放入到待检测环境中，其他需要供电的部件放置在远离待检测环境中的位置，通过光纤10来传导激光信号，确保检测现场不用电源。
29.需要说明的是，控制电路模块30向激光器20注入电流的大小与待检测气体吸收峰对应的激光波长对应，并以三角波形式改变，使激光器20的输出波长以待检测气体吸收峰对应的波长为中心，幅值为0.5nm-3nm来回扫描。
30.具体的，所有的光功率分配器40均与激光器20的输出口连接，并用于向对应的气体吸收池50广播分配调谐激光功率。其中，光功率分配器40包括一个输入端口与若干个输出端口，每个输出端口的功率分配比根据气体吸收池50与所实施光功率分配器40的距离呈正相关。光功率分配器40的数量为多个，定义直接连接激光器20的输出口的光功率分配器40为一级分配器，并在相同路径上一级分配器为基础设置二级、三级乃至多级光功率分配器40。
31.进一步的，在一个实施例中，基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网100还包括用于轮询光信号检测模块输出的光信号信息的轮询对比模块70以及根据轮询对比模块70的输出结果进行报警的声/光报警器80。当轮询对比模块70轮询光信号检测模块60输出的光信号信息超出预设的阈值时，声/光报警器80发出警报。进一步的，当声/光报警器80产生报警时，轮询对比模块70显示出超出预设阈值的气体吸收池50的名称和/或编号，从而显示气体泄漏地点。
32.进一步的，在一个实施例中，基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网100还包括监控中心101(即后台的信号处理中心)。光纤10的长度与气体吸收池50位置离监控中心或离光功率分配器40的距离相适配，范围为10m-100km。每个气体吸收池50分别设有两条光纤10。其中一条光纤10用于传输激光器20产生的受控制电路调谐的激光到气体吸收池50，另一条光纤10用于回传经过气体吸收池50后携带气体浓度信息的激光至光信号检测模块60。
33.进一步的，在一个实施例中，基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网100还包括用于控制激光器20温度的温控器90。温控器90用于控制激光器20的温度使激光器20的输出波长位于待检测气体吸收峰预设的相邻波长区间。即，温控器90用于维持激光器20保持恒定的温度，使得产生的激光波长更为稳定。
34.综上所述，本发明提供的基于广播调谐激光和点对点检测信号光的气体检测网100，具有以下有益效果：
35.本发明属于光纤激光气体监测技术领域，是一种不受电磁场干扰，对易燃易爆气体，例如甲烷等本质安全的气体测量技术，有可以用于对有毒有害气体如硫化氢、氨气的检测，涉及光纤激光气体检测法中的光纤网的构建。
36.激光器20在可调谐电流激励下，波长围绕待测气体吸收峰扫描，激光功率通过光功率分配器40分出多路不同大小的功率，分配光功率的比例根据光纤10长度确定。气体探测点安装气体吸收池50，通过光纤10传输的调谐激光进入气体吸收池50。气体吸收池50中的待测气体对激光进行吸收，光强减弱，经回传光纤传输回后台进行信号解析。每条回传光纤分别接入一个光信号检测模块60。光信号检测模块60对携带气体浓度的激光信号进行光电转换、电信号放大、分析、解调出气体的浓度信息，构成了一种广播调谐激光和点对点检
测信号光的光纤激光气体检测网。这种方式大大减少了占成本比例最大的激光调谐部分。每个气体吸收池50对应设置一个光信号检测模块60，可以分清各个气体吸收池50中的气体浓度值，也可明确气体吸收池50所在的位置，显示气体泄漏点。
37.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
38.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
39.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
40.本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。