一种纯光纤形式光学气体测量气室及检测系统结构的制作方法

1.本发明涉及光学气体检测技术领域，特别涉及一种纯光纤形式光学气体测量气室及检测系统结构。


背景技术：

2.目前利用tdlas技术结合赫里奥特光程池长光程的的优点实现高压设备hf与微水的无损测量。具备良好的灵敏度、较宽的检测范围和高速的数据获取功能，并同时具备交叉敏感度小、可靠性和稳定性高、使用寿命长等特点。
3.当前是通过分析开关结构，设置结构为对射式法兰盘结构，实现激光光源与准直器的中心在同一条水平线上，经过准直器的光线，投射到楔形镜上，光线经过楔形镜穿透高压开关内的气体上，经过棱锥的反射，使光线平行反射回来，经过离轴抛面镜聚焦反射到探测器上，探测器将待测光信号变成电信号，然后信号被采集进入信号及显示系统，进行处理、分析、存储和显示等操作。但由于高压设备形式多变，并非所有设备都适宜在法兰上开孔操作，且部分设备其中机械结构件会阻挡光路，光路无法实现穿透被测气体，这也造成了对穿方案难以在高压设备批量布置，难以实现在线测量。
4.考虑法兰盘式光程池测量过程需要气体扩散，可能有所滞后，虽然有通过改造法兰盘的形式实现测量光路结构，以实现对高压设备的在线测量，然而该种方式必须对高压设备本体进行改造才可进行测量。将检测主机直接设置于高压设备，检测主机中精密电子元器件及线路板上的弱信号容易受到高压设备电磁干扰，长期使用存在一定的安全隐患。受限于成本以及高压开关安装位置的特殊性，现有检测技术难以实现在线测量。
5.产品的小型化、分布式设置，简化现场测量结构，实现无电信号传输，同时在多测量点测量多种气体，为当前的发展趋势。在气室测量检测领域，可调谐半导体激光光谱吸收技术逐渐成熟，逐渐替代传统电化学，非分散红外等测量方法成为主流检测技术。目前基于可调谐半导体激光光谱技术的光学测量方法，其吸收原理基于比尔特定律，其检测精度与光程成正比，光程越长检测精度越高。当系统不需要较高检测能力，或者被测气体吸收较强时，不需要加长光程。激光可经过气体吸收后直接聚焦至光纤芯经内，通过光纤传输后，在设备主机端使用光电转换器将光信号转换为电信号。当系统需要较高检测能力，或者被测气体吸收较弱时，需要加长光程。激光经过长距离传输后光斑发散较大，难以聚焦至光纤芯经内，需要直接使用光电转换器将光信号转换为电信号，但现有的方案存在的问题在于需要长光程的情况下，准直后的光线在传播过程中会逐渐发散，需要在气室内设置探测器，将光信号转换为电信号传出。而电信号易受电磁干扰，高压设备内部存在高电压，不方便使用，而且不安全。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明提供了一种纯光纤形式光学气体测量气室及检测系统结构。
7.本发明提供了一种纯光纤形式光学气体测量气室结构，具体技术方案如下：
8.包括金属结构件、扩散部位结构件和端部结构件；
9.所述金属结构件和所述端部结构件分别套接在所述扩散部位结构件两端的外侧；
10.所述扩散部位结构件上均匀设有若干结构相同的扩散孔；
11.所述金属结构件和所述扩散部位结构件套接处设有准直器，所述准直器靠近所述金属结构件的一侧连接光纤，准直器及部分光纤设在结构件内部；
12.所述端部结构件在于所述扩散部位结构件套接处设有反射镜，所述准直器将光线穿过待检测气体射到所述反射镜上。
13.进一步的，所述金属结构件外侧设有固定螺纹。
14.本发明提供了一种纯光纤形式光学气体检测系统结构，具体技术方案如下：
15.包括检测主机和检测装置；
16.检测主机内设有至少一个激光器、至少一个探测器以及至少一个分束装置；
17.所述检测装置包括准直器、测量气室，所述测量气室两端分别设置有准直器和反射镜，检测主机连接至所述准直器；所述测量气室设置在高压设备上，并与高压设备的气室连通，所述测量气室为上述任一所述的测量气室结构；
18.所述检测主机与检测装置之间使用采用光纤连接。
19.进一步的，所述激光器设有两个，分别为第一激光器和第二激光器；
20.还设有光纤合束器，所述激光器分别通过光纤连接光纤合束器，所述光纤合束器通过光纤连接所述分束装置；
21.所述探测器通过光纤连接所述分束装置，所述分束装置的另一端通过光纤连接所述准直器，通过准直器形成检测光路。
22.进一步的，还设有光纤分束器通过光纤与所述光纤合束器连接，所述分束装置设有两个，通过光纤分别与所述光纤分束器另一端连接；
23.所述探测器设有两个，分别为第一探测器和第二探测器，所述探测器通过光纤分别连接两个分束装置，所述分束装置的另一端通过光纤分别连接两个检测装置。
24.进一步的，两个所述激光器设在同一个线路板上，所述线路板上包括控制单元、电流控制模块、温度控制模块、ad转换模块、前置放大器和温度及压力放大电路；
25.所述激光器均分别连接电流控制模块和温度控制模块，所述电流控制模块和所述温度控制模块分别与所述控制单元连接；
26.所述控制单元还通过ad转换模块连接有两个前置放大器和所述温度及压力放大电路，所述前置放大器分别连接探测器，所述探测器通过光纤与所述分束装置连接；
27.所述温度及压力放大电路分别连接两组温度传感器和压力传感器，两组温度传感器和压力传感器分别设置在所述检测装置处。
28.进一步的，所述分束装置采用环形器或分束器。
29.本发明的有益效果如下：
30.本发明根据高压设备结构特点与现场测量实际使用情况，采用单次直通式光路结构设计出纯光纤测量气室结构，测量气室设在法兰内部，与高压设备的气室连通，减小了测量气室自身的体积和气体与池壁的接触面积，降低了吸附与吹扫时间，检测装置与测量气室通过光纤连接，使得高压设备气室内不存在电信号，解决了现场施工问题以及电磁干扰
问题。
附图说明
31.图1是本发明的整体结构示意图；
32.图2是本发明的多激光器单气室测量不同组分结构原理示意图；
33.图3是本发明的多激光器多气室测量多个气室不同组分结构原理示意图；
34.图4是本发明的多激光器多气室的控制结构示意图；
35.图5是本发明的检测装置结构示意图。
36.附图标记说明：1-检测主机、2-检修法兰、11-激光器、12-探测器、13-分束装置、21-准直器、22-反射镜、3-第一激光器、4-第二激光器、5-光纤合束器、61-第一探测器、62-第二探测器、51-第一环形器、52-第二环形器、8-光纤分束器、9-金属结构件、10-端部结构件、14-扩散部位结构件、15-固定螺纹、16-扩散孔、17-前置放大器、18-控制单元、19-ad转换模块、20-温度及压力放大电路、23、温度控制模块、24-电流控制模块、25-检测装置、26-温度传感器、27-压力传感器。
具体实施方式
37.在下面的描述中对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1
39.本发明的实施例1公开了一种纯光纤形式光学气体测量气室结构，如图5所示，包括金属结构件9、扩散部位结构件14和端部结构件10；
40.所述金属结构件9和所述端部结构件10分别套接在所述扩散部位结构件14两端的外侧；
41.所述金属结构件9外侧设有固定螺纹15；
42.所述扩散部位结构件14上均匀设有若干结构相同的扩散孔16；
43.所述金属结构件9和所述扩散部位结构件14套接处设有准直器21，所述准直器21靠近所述金属结构件9的一侧连接光纤，准直器21及部分光纤设在结构件内部；
44.所述端部结构件10在于所述扩散部位结构件14套接处设有反射镜22，所述准直器21将光线穿过待检测气体射到所述反射镜22上。
45.实施例2
46.本发明的实施例2公开了一种纯光纤形式光学气体检测系统结构，如图1所示，包括检测主机1和检测装置25；
47.所述检测主机1内设有至少一个激光器11、至少一个探测器12以及至少一个分束装置13，所述分束装置13可采用环形器或者分束器；
48.所述检测装置25包括准直器21、测量气室，所述测量气室两端分别设置有准直器21和反射镜22，检测主机1连接至所述准直器21；所述检测装置25设在检测法兰上，所述检测法兰安装在高压设备上，检修法兰2上面设置有检测光路，测量气室设置在高压设备上，
并与高压设备的气室连通；
49.所述检测主机1与检测装置25之间使用采用光纤连接、其他无电信号连接。
50.所述测量气室的外壁采用低膨胀合金制成。
51.所述检测主机1和所述测量气室之间通过激光信号实现数据采集回传，实现无电信号传输，避免了电磁干扰，提高测量高压设备的安全性。
52.实施例3
53.本发明的实施例3基于上述实施例2公开了一种纯光纤形式光学气体检测系统结构，如图2所示，
54.本实施例中，设有两个激光器11，分别为第一激光器3和第二激光器4，所述激光器11分别通过光纤连接光纤合束器5，所述光纤合束器5通过光纤连接所述分束装置13，本实施例中，所述分束装置13采用环形器；
55.所述探测器12通过光纤连接所述环形器，所述环形器的另一端通过光纤连接所述准直器21，通过准直器21形成检测光路；
56.所述激光器11采用近红外半导体激光器11(nanoplus np-dfb-1368-to5)，能够输出中心波长在1368nm附近的光源，输出平均功率8mw；所述探测器12可采用ingaas pin光电二极管，例如滨松g12180-010a。
57.本实施例，通过合束器将多个激光器11发出的激光汇聚到一跟光纤，拓展成为能分时复用测量不同组分的测量系统。
58.第一激光器3与第二激光器4分别用于测量不同气体，两个激光器11可设置于同一个线路板上，线路板通过对应的软件控制第一激光器3与第二激光器4分别于不同时刻使用，通过设置多个激光器11可以达到使用同一个测量法兰气室测量两种及以上气体的功能。
59.实施例4
60.本发明的实施例4基于上述实施例2公开了一种纯光纤形式光学气体检测系统结构，如图3所示，
61.本实施例中，设有两个激光器11，分别为第一激光器3和第二激光器4，所述激光器11分别通过光纤连接光纤合束器5，所述光纤合束器5通过光纤连接有光纤分束器8，所述光纤分束器8通过光纤连接有两个所述分束装置13，本实施例中，所述分束装置13采用环形器，分别为第一环形器51和第二环形器52；
62.本实施例中，设有两个探测器12，分别为第一探测器61和第二探测器62，所述探测器12通过光纤分别连接所述第一环形器51和所述第二环形器52，所述第一环形器51和所述第二环形器52的另一端通过光纤分别连接两个检测装置25；
63.即所述第一环形器51和所述第二环形器52分别连接检测装置25中对应的所述准直器21，通过准直器21形成检测光路；
64.本实施例，通过合束器或者多路光开关将激光器11发出的激光均分至多路光纤，每一路光纤连接一个测量气室，拓展成为能同时测量多个测量点的测量系统。
65.结合图4所示，具体的，基于本实施例中的结构，两个激光器11设置于同一个线路板上，线路板上包括控制单元18、电流控制模块24、温度控制模块23、ad转换模块19、前置放大器17和温度及压力放大电路20；所述控制单元18采用stm32f407作为主控芯片；
66.所述激光器11均分别连接电流控制模块24和温度控制模块23，所述电流控制模块24和所述温度控制模块23分别连接stm32f407主控芯片对应的管脚上；
67.所述控制单元18还通过ad转换模块19连接有两个前置放大器17和所述温度及压力放大电路20，所述前置放大器17分别连接光电探测器12，所述光电探测器12通过光纤与所述第一环形器51和第二环形器52连接；
68.所述温度及压力放大电路20分别连接两组温度传感器26和压力传感器27，两组温度传感器26和压力传感器27分别设置在所述检测装置25处。
69.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。