一种激光甲烷传感器及燃气监测设备的制作方法

1.本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种激光甲烷传感器及燃气监测设备。


背景技术：

2.现有的激光甲烷传感器用于监测天然气的泄露，该激光甲烷传感器包括：激光器、固定角锥反射镜、检测器、光电探测器、放大器、吸收池、外壳等器件，通过探测激光的变化，确定出甲烷气体浓度值。
3.但是，该激光甲烷传感器的探测精度并不高，进而导致检测出的浓度与实际偏差较大。
4.因此，如何提高激光甲烷传感器的精度是目前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的激光甲烷传感器及燃气监测设备。
6.第一方面，本实用新型提供了一种激光甲烷传感器，包括：
7.顺次连接的主控模块、激光器驱动电路、可调谐激光器、光分路器；
8.至少一个第一激光测量气室，每个第一激光测量气室输出端连接第一光电探测器，所述每个第一激光测量气室输入端连接所述光分路器的第一输出端；
9.至少一个第二激光测量气室，每个第二激光测量气室输出端连接第二光电探测器，所述每个第二激光测量气室输入端连接所述光分路器的第二输出端，所述光分路器的分支数量与所述第一激光测量室的数量和第二激光测量室的数量总和相等；
10.模数转换模块，连接每个第一光电探测器输出端和每个第二光电探测器输出端，且所述模数转换模块连接至所述主控模块。
11.进一步地，还包括：滤波器，所述滤波器连接在所述第一光电探测器输出端、所述第二光电探测器输出端分别与所述模数转换模块之间。
12.进一步地，还包括：放大器，所述放大器连接在所述模数转换模块与所述滤波器之间。
13.进一步地，还包括：调制信号转换电路，所述调制信号转换电路连接在所述主控模块与所述激光器驱动电路之间。
14.进一步地，还包括：pid控制单元、以及连接至所述pid控制单元的温控电路和气压控制电路，pid控制单元连接所述主控模块。
15.进一步地，所述温控电路包括：温度测量模块和连接温度测量模块的半导体制冷器。
16.进一步地，所述温度测量模块具体为温度传感器或者温敏电阻。
17.进一步地，半导体制冷器包括：tec控制单元和tec探头，所述tec探头伸入所述可
调谐激光器内。
18.第二方面，本实用新型还提供了一种燃气监测设备，包括：第一方面所述的激光甲烷传感器。
19.本实用新型实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
20.本实用新型提供的一种激光甲烷传感器，包括顺次连接主控模块、激光器驱动电路、可调谐激光器、光分路器；至少一个第一激光测量气室，每个第一激光测量气室输出端连接第一光电探测器，每个第一激光测量气室输入端连接光分路器的第一输出端；至少一个第二激光测量气室，每个第二激光测量气室输出端连接第二光电探测器，每个第二激光测量气室输入端连接光分路器的第二输出端，该光分路器的分支数量与第一激光测量室的数量和第二激光测量室的数量总和相等；模数转换模块，连接第一光电探测器输出端和第二光电探测器输出端，且该模数转换模块连接至主控模块，通过采用至少一个第一激光探测气室和至少一个第二激光探测气室，能够在探测激光信号时，通过将其与初始发射的激光精确对比，从而得到更加精确的甲烷浓度，进而提高了激光甲烷传感器的探测精度。
附图说明
21.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：
22.图1示出了本实用新型实施例中激光甲烷传感器的结构示意图；
23.图2示出了本实用新型实施例中激光甲烷传感器的具体结构示意图。
具体实施方式
24.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.本实用新型实施例提供了一种激光甲烷传感器，如图1所示，包括：
27.顺次连接的主控模块101，激光器驱动电路102，可调谐激光器103、光分路器104；
28.至少一个第一激光测量气室105，每个第一激光测量气室105输出端连接第一光电探测器106，每个第一激光测量气室105输入端连接光分路器104的第一输出端；
29.至少一个第二激光测量气室107，每个第二激光测量气室105输出端连接第二光电探测器108每个第二激光测量气室105输入端连接光分路器104的第二输出端，光分路器的分支数量与第一激光测量室的数量和第二激光测量室的数量总和相等；
30.模数转换模块109，连接每个第一光电探测器106输出端和每个第二光电探测器108输出端，且模数转换模块109连接至主控模块101。
31.在具体的实施方式中，在有一个第一激光测量气室105和一个第二激光测量气室107时，在主控模块101接收到需要对甲烷浓度进行测量的信号之后，该主控模块101控制激光器驱动电路102产生驱动信号，驱动可调谐激光器103产生一束与甲烷气体吸收波长范围一致的光束，该光束经光分路器104分束之后，产生两束激光，其中一束激光进入第一激光测量气室105，另一束激光进入第二激光测量气室107，其中，在第一激光测量气室105内的甲烷对激光进行选择性吸收，则该束激光已改变，而另一束激光在第二激光测量气室107内没有改变，即在第二激光测量气室107内没有甲烷，将这两束激光均经各自对应的光探测器进行探测，接着到达模数转换模块109，该模数转换模块109对探测到的这两束激光进行比对，由此确定出甲烷的浓度。由于在本实用新型中增加了能够做对比的参考激光测量气室，即第二激光测量气室107，因此，使得所确定出的甲烷的浓度更准确。
32.在一种可选的实施方式中，若有两个第一激光测量气室105，两个第二激光测量气室107时，则将其中一个第一激光测量气室105与第二激光测量气室107分别探测到的激光进行比较，得到第一结果，将另一个第一激光测量气室105与第二激光测量气室107分别探测到的激光进行比较，得到第二结果，将第一结果与第二结果求平均，由此得到精度更高的甲烷浓度探测结果。当然，若采用更多第一激光测量气室105和更多第二激光测量气室107，得到的结果会更准确。
33.在一种可选的实施方式中，如图2所示，该激光甲烷传感器还包括：滤波器110，该滤波器110连接在第一光电探测器106输出端、第二光电探测器108输出端分别与模数转换模块109之间，用于对第一光电探测器106输出的第一激光信号和第二光电探测器108输出的第二激光信号进行滤波，以滤除高频率杂波。
34.在一种可选的实施方式中，该激光甲烷传感器还包括：放大器111，该放大器111连接在模数转换模块109与滤波器110之间，用于对滤波器110输出的激光信号进行放大。其中，具体是进行三级放大。
35.在一种可选的实施方式中，该激光甲烷传感器还包括：调制信号转换电路112，该调制信号转换电路连接在主控模块101与激光器驱动电路102之间，用于根据控制指令进行电压控制输出。
36.在一种可选的实施方式中，该激光甲烷传感器还包括：pid控制单元113以及连接pid控制单元113的温控电路114和气压控制电路115，该pid控制单元113连接主控模块101。
37.采用温控电路114和气压控制电路115，可对环境中的温度和气压进行修正，以避免温度和气压对甲烷浓度测量造成的影响。
38.在具体的实施方式中，该温控电路114包括：温度测量模块116和连接温度测量模块116的半导体制冷器117(tec)。
39.其中，该温度测量模块116具体可以是温度传感器或者温敏电阻，均可以对温度进行感测。
40.该半导体制冷器117包括：tec控制单元1171和tec探头1172，该tec探头1172伸入该可调谐激光器103内。在温度测量模块116检测到温度过高时，通过tec控制单元1171控制tec探头制冷，在温度测量模块116检测到温度过低时，通过tec控制单元1171控制tec探头加热，实现对环境温度的补偿。
41.当然，气压控制电路115可以通过传感器测量后补偿，也可以在程序上进行补偿，
程序里有自适应迭代的压强补偿算法，在数据算法处理的时候会根据气压温度等进行综合调节后输出，该压强补偿算法具体是分段插值法和重心插值算法，是经过标准条件环境下反复测量得出的一套补偿算法，在此并不作限定。
42.因此，本实用新型不仅可以通过增加参考激光测量气室的方式，提高对甲烷浓度测量的准确性，同时，还可以通过调整环境条件，避免恶劣的环境条件对甲烷浓度测量造成的影响。
43.本实用新型实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
44.本实用新型提供的一种激光甲烷传感器，包括顺次连接主控模块、激光器驱动电路、可调谐激光器、光分路器；至少一个第一激光测量气室，每个第一激光测量气室输出端连接第一光电探测器，每个第一激光测量气室输入端连接光分路器的第一输出端；至少一个第二激光测量气室，每个第二激光测量气室输出端连接第二光电探测器，每个第二激光测量气室输入端连接光分路器的第二输出端，该光分路器的分支数量与第一激光测量室的数量和第二激光测量室的数量总和相等；模数转换模块，连接第一光电探测器输出端和第二光电探测器输出端，且该模数转换模块连接至主控模块，通过采用至少一个第一激光探测气室和至少一个第二激光探测气室，能够在探测激光信号时，通过将其与初始发射的激光精确对比，从而得到更加精确的甲烷浓度，进而提高了激光甲烷传感器的探测精度。
45.实施例二
46.基于相同的发明构思，本实用新型实施例还提供了一种燃气监测设备，包括实施例一中所述的激光甲烷传感器。
47.采用本实用新型中的燃气监测设备，应用于地下井中，提高了地下井的安全性。
48.尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
49.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。