本实用新型专利技术公开了一种基于多模激光光谱技术的甲烷气体浓度检测装置，包括正弦波发生器和三角波发生器，正弦波发生器和三角波发生器输出端均连接加法器和数据采集卡输入端，加法器输出端通过激光控制器连接可调谐二极管激光器输入端，可调谐二极管激光器输通过光纤分束器连接参考池和样品池输入端，参考池输出端连接第一光电探测器输入端，样品池输出端连接第二光电探测器输入端，第一光电探测器和第二光电探测器输出端均连接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端连接计算机输入端。本实用新型专利技术利用多模激光光谱技术实现对甲烷气体浓度有效检测，用参考气体本身光谱信息实现对甲烷选择性探测，排除了中心波长波动带来的干扰，系统组成简单，成本低。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于气体检测领域，具体设及的是一种甲烧气体浓度检测装置。
技术介绍
环境保护是当今世界面临的重要问题，环境污染特别是大气污染给全球带来了巨 大的经济损失，并对人类健康和生态环境产生了巨大的威胁。研究表明，人类活动造成的 溫室效应约五分之一和甲烧排放有关，所W甲烧气体一直是大气监测中的关注重点。甲烧 (CH4)气体是天然气、沼气、及煤矿坑道气的主要成分。近些年来随着对天然气资源利用的 迅速增加，天然气泄漏已经成为环境大气中甲烧含量增加的一个主要人为排放源，高浓度 的甲烧气体可导致人窒息死亡，及时检测甲烧气体的来源、含量及泄漏情况对环境保护、工 矿安全运行及人身安全均具有重要的意义。 目前用于甲烧气体的检测装置有很多种，其中较常用的为基于可调谐二极管激光 吸收光谱技术（TDLA巧的甲烧检测仪，利用激光器的波长扫描和电流调谐特性，获得被测 气体的特征吸收光谱，从而对污染气体进行定性或定量分析。但是TDLAS技术的缺点是对 光源的单模输出具有很高的要求，通常的TDLAS系统必须使用单模二极管激光器，而单模 二极管激光器的工艺复杂性导致它的成本很高。此外，单模二极管激光器的中屯、波长随外 界溫度或机械特性的变化会发生偏移的缺点会影响到测量的准确性，因而在恶劣环境中应 用时需要进行锁频或严格的溫控，运提高了系统的复杂性，并且即使运样也难W保证仪器 在复杂多变的工业环境中实现长期稳定的测量，因此限制了基于TDLAS技术的甲烧检测仪 的广泛应用。
技术实现思路
专利技术目的：本技术的目的是提供了一种基于多模激光光谱技术的甲烧气体浓 度检测装置，解决现有基于光谱技术的甲烧检测仪使用单模二极管激光器成本高、输出波 长对溫度变化敏感W及稳定性差等问题。 阳〇化]为了实现上述目的，本技术采用了如下的技术方案：一种基于多模激光光谱 技术的甲烧气体浓度检测装置，包括激光器装置、气体池和数据采集分析装置，所述激光器 装置包括正弦波发生器、=角波发生器、加法器、激光控制器、可调谐二极管激光器和光纤 分束器，所述气体池包括参考池和样品池，参考池中充有已知浓度的甲烧和空气的混合气 体，样品池中充有待测的甲烧和空气的混合气体，所述数据采集分析装置包括第一光电探 测器、第二光电探测器、数据采集卡和计算机，正弦波发生器和=角波发生器输出端均连接 加法器和数据采集卡输入端，加法器输出端连接激光控制器输入端，激光控制器输出端连 接可调谐二极管激光器输入端，可调谐二极管激光器输出端连接光纤分束器输入端，光纤 分束器第一输出端连接参考池进光口，参考池出光口连接第一光电探测器输入端，光纤分 束器第二输出端连接样品池进光口，样品池出光口连接第二光电探测器输入端，第一光电 探测器和第二光电探测器输出端均连接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端连接计算机 输入端。 进一步的，所述可调谐二极管激光器的中屯、波长为1675nm。 进一步的，所述样品池包括派热克斯玻璃或不诱钢材质的筒形腔体，筒形腔体端 部设置进光口和出光口，筒形腔体内靠近两端的位置分别设有一片离散凹面镜。 有益效果：本技术利用多模激光光谱技术实现了对甲烧气体浓度的有效检 ，用参考气体本身的光谱信息实现了对甲烧的选择性探测，排除了中屯、波长波动带来的 干扰，并且系统组成简单，激光器成本较低；本技术可W达到测量灵敏度约为lOlppb， 充分满足了工业污染排放监测的要求。【附图说明】 图1是本技术的整体结构意图。 图中：1-正弦波发生器，2-S角波发生器，3-加法器，4-激光控制器，5-可调 谐二极管激光器，6-光纤分束器，7-参考池，8-第一光电探测器，9-样品池，10-第二光 电探测器，11-数据采集卡，12-计算机。【具体实施方式】： 下面结合附图对本技术做更进一步的解释。 阳〇1引 实施例一如图1所示，本技术的基于多模激光光谱技术的甲烧气体浓度检测装置包括 激光器装置、气体池和数据采集分析装置。所述激光器装置包括正弦波发生器1、=角波发 生器2、加法器3、激光控制器4、可调谐二极管激光器5和光纤分束器6 ;所述气体池包括参 考池7和样品池8,其中，所述样品池9包括派热克斯玻璃材质的筒形腔体，筒形腔体端部 设置进光口和出光口，筒形腔体内靠近两端的位置分别设有一片离散凹面镜。参考池7中 充有已知浓度的甲烧和空气的混合气体，样品池9中充有待测的甲烧和空气的混合气体； 所述数据采集分析装置包括第一光电探测器8、第二光电探测器9、数据采集卡11和计算机 12。正弦波发生器1和=角波发生器2输出端均连接加法器3和数据采集卡11输入端，加 法器3输出端连接激光控制器4输入端，激光控制器4输出端连接可调谐二极管激光器5 输入端，所述可调谐二极管激光器的中屯、波长为1675nm。可调谐二极管激光器5工作溫度 和电流通过激光控制器4控制，用W调谐激光的发射波长，正弦波发生器1发出正弦波，= 角波发生器2发出=角波，两路信号分别接入加法器3的输入端，加法器3输出端连接激光 控制器4的输入端，对可调谐二极管激光器5的波长进行快速调制。可调谐二极管激光器 5输出端连接光纤分束器6输入端，光纤分束器6第一输出端连接参考池7进光口，参考池 7出光口连接第一光电探测器8输入端，光纤分束器6第二输出端连接样品池9进光口，样 品池9出光口连接第二光电探测器10输入端。可调谐二极管激光器5的输出光进入光纤 分束器6后被分成参考光和测量光，参考光入射到参考池7、透射光被第一光电探测器8探 测，测量光入射到样品池9、透射光被第二光电探测器10探测。第一光电探测器8和第二光 电探测器10输出端均连接数据采集卡11输入端，数据采集卡11输出端通过PCI插槽连接 计算机12输入端，计算机12安装有基于UbView编写的数字软件，通过该数字软件可W实 时处理来自数据采集卡的数据，分别得到测量光信号振幅、参考光信号振幅、样品池的气体 信号的初始平均光强和参考池气体信号的初始平均光强。 本技术工作原理：可调谐二极管激光器5在激光控制器4的控制和正弦波、= 角波的调制下发出具有宽发射光谱的光束，经光纤分束器6分成两束，分别为参考光和测 量光，参考光经过气体参考池7被知浓度的甲烧和空气的混合气体吸收，测量光经样品池9 被待测的甲烧和空气的混合气体吸收，参考光和测量光的透射光分别被第一光电探测器8、 第二光电探测器10同时探测记录，从而可保持原始信号的相关状态。 第一光电探测器8、第二光电探测器10探测得到的参考光信号和测量光信号间存 在如下关系：Xm表示待测甲烧气体的浓度，XU表示参考池中甲烧气体的浓度，S2fM表示测量光信 号振幅，SzfK表不参考光信号振幅，Jw/表不样品池气体信号的初始平均光强，lag表不参考 池气体信号的初始平均光强，Lm表示样品池的光程长度，LK表示参考池的光程长度，该公式 表明，测量光和参考光光路中所测目标气体的含光程浓度比等于光强归一化后的谐波信号 幅值之比，利用该公式即可推演待测气体浓度。 阳018] 为了确定参考池的光程长度，可W先往参考池中充有已知浓度的气体，单独测 量该气体的直接吸收光谱信号，根据该已知浓度气体直接吸收光谱的积分吸收面积A= PXL(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于多模激光光谱技术的甲烷气体浓度检测装置，包括激光器装置、气体池和数据采集分析装置，其特征在于：所述激光器装置包括正弦波发生器(1)、三角波发生器(2)、加法器(3)、激光控制器(4)、可调谐二极管激光器(5)和光纤分束器(6)，所述气体池包括参考池(7)和样品池(9)，参考池(7)中充有已知浓度的甲烷和空气的混合气体，样品池(9)中充有待测的甲烷和空气的混合气体，所述数据采集分析装置包括第一光电探测器(8)、第二光电探测器(10)、数据采集卡(11)和计算机(12)，正弦波发生器(1)和三角波发生器(2)输出端均连接加法器(3)和数据采集卡(11)输入端，加法器(3)输出端连接激光控制器(4)输入端，激光控制器(4)输出端连接可调谐二极管激光器(5)输入端，可调谐二极管激光器(5)输出端连接光纤分束器(6)输入端，光纤分束器(6)第一输出端连接参考池(7)进光口，参考池(7)出光口连接第一光电探测器(8)输入端，光纤分束器(6)第二输出端连接样品池(9)进光口，样品池(9)出光口连接第二光电探测器(10)输入端，第一光电探测器(8)和第二光电探测器(10)输出端均连接数据采集卡(11)输入端，数据采集卡(11)输出端连接计算机(12)输入端。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高光珍，蔡廷栋，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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