一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置，其特征在于：包括温度控制器、激光器、电流驱动器、准直器、气室、光电探测器、跨导放大电路、对数运算电路、模数转换器，所述温度控制器和电流驱动器分别与激光器相连，所述激光器通过光纤与准直器相连，所述准直器与气室相连通，在气室内设有反射镜组，进入气室内的光信号通过反射镜组后传输到光电探测器，所述光电探测器与跨导放大电路相连，跨导放大电路与对数运算电路相连，所述对数运算电路与模数转换器相连。本实用新型专利技术结构简单，能够监测出甲烷气体的浓度，不会因为气体浓度过高引起中毒，其测量精度远高于比催化燃烧式的和红外式。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置。
技术介绍
矿井中瓦斯的主要成分是甲烷，现有的瓦斯浓度检测手段中，普遍采用的是基于催化原理的甲烷传感器，然而该传感器存在测量范围小、易发生“中毒”和校准困难等缺点，此外，也容易受到其他干扰气体的影响。催化原理的传感器探测范围总是局限在高浓度的探测，无法满足低浓度小量程范围的测量；若想满足不同量程的需求，就需多个不同量程的探测器，这样大大增加了成本，而且选择和使用都很麻烦。红外原理和现有的激光式传感器也由于Beer-Lambert定律描述的气体吸收强度和气体浓度之间的关系呈指数规律，存在高浓度气体范围的非线性问题。通常基于光谱吸收方式的传感器都是近似认为在低浓度范围满足线性关系，在全量程测量时会引入不可以避免的误差。因此，实时、准确并且全量程检测矿井中甲烷气体的浓度，对煤矿的安全生产和人民的生命财产安全有着重要的社会和经济意义。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高测量精度的基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置，该装置能够克服现有催化原理的检测中测量范围有限等缺点，实现矿用激光全量程甲烷气体的检测。本技术所采用的技术方案为：一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置，其特征在于：包括温度控制器、激光器、电流驱动器、准直器、气室、光电探测器、跨导放大电路、对数运算电路、模数转换器，所述温度控制器和电流驱动器分别与激光器相连，所述激光器通过光纤与准直器相连，所述准直器与气室相连通，在气室内设有反射镜组，进入气室内的光信号通过反射镜组后传输到光电探测器，所述光电探测器与跨导放大电路相连，跨导放大电路与对数运算电路相连，所述对数运算电路与模数转换器相连。按上述技术方案，还设有显示模块，所述模数转换器与显示模块相连。按上述技术方案，所述激光器为DFB激光器。按上述技术方案，所述DFB激光器选择中心波长1.65um的DFB激光器。按上述技术方案，所述跨导放大电路包括电阻R0、跨导放大器，所述跨导放大器的负向输入端与输入信号Vin1相连，输出端与输出信号Vout1相连，所述光电探测器的负极端与输入信号Vin1相连，正极端与跨导放大器的正向输入端相连，电阻R0的一端与输入信号Vin1相连，另一端与输出信号Vout1相连。按上述技术方案，所述对数运算电路包括电阻R1、电阻R2、运算放大器和三极管，输入信号Vin2一路通过三极管与输出信号Vout2相连，另一路通过电阻R1与运算放大器的负向输入端相连，所述运算放大器的正向输入端与电阻R2相连，输出端与三极管的发射极相连后与输出信号Vout2相连。激光发生模块发出特定中心波长的激光，激光穿透过有气体的气室后被探测器接收，在传输过程中，激光强度的变化遵循Beer-Lambert定律：I(υ)＝I0(υ)exp[-σ(υ)CL] (1)其中，I(υ)为透射光强，I0(υ)为入射光强，σ(υ)为吸收系数，C为气体浓度，L为光程。经过换算，可得： C = - l n ( I ( υ ) I 0 ( υ ) ) σ ( υ ) L = - k ln ( I ( υ ) I 0 ( υ ) ) - - - ( 2 ) ]]>其中，k为常数。由公式(2)可知，通过吸收后光强变化与浓度和光程呈线性关系。本技术所取得的有益效果为：1、本技术结构简单，能够监测出甲烷气体的浓度，不会因为气体浓度过高引起中毒，其测量精度远高于比催化燃烧式和红外式甲烷监测装置；2、本技术能够克服现有催化原理的检测中测量范围有限等缺点，实现矿用激光全量程甲烷气体的检测；3、通过引入对数运算电路，解决了Beer-Lambert定律本身存在的高浓度条件下的非线性问题，使检测结果更准确。附图说明图1为本技术的原理框图。图中：1—电流驱动器；2—DFB激光器；3—温度控制器；4—光纤；5—准直器；6—气室；7—反射镜组；8—光电探测器；9—跨导放大电路；10—对数运算电路；11—模数转换器，12、显示。图2为具体的跨导放大电路。图3为具体的对数运算电路。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明。如1图所示，本实施例提供了一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置，包括温度控制器1、DFB激光器2、电流驱动器3、准直器5、充满待测甲烷气体的气室6、光电探测器8、跨导放大电路9、对数运算电路10、模数转换器11，所述温度控制器1和电流驱动器3分别与DFB激光器2相连，所述激光器2通过光纤4与准直器5相连，所述准直器5与气室6相连通，在气室6内设有反射镜组7，进入气室内的光信号通过反射镜组后传输到光电探测器8上，所述光电探测器与跨导放大电路相连，跨导放大电路与对数运算电路相连，所述对数运算电路与模数转换器相连。其中，电流驱动器1发出稳定的电流信号，该电流信号用于驱动DFB激光器2；温度控制器3通过调节DFB激光器2的工作温度，使DFB激光器2的工作波长位于甲烷气体吸收线位置；DFB激光器2发出的激光经过光纤4射出，并由准直器5进入气室6，在反射镜组7反射后通过光电探测器8接收；光电探测器8输出的电流信号经过跨导放大电路9放大并经对数运算电路10转换成和浓度呈线性关系的电压，最后由模数转换器11进行采集，得到气室内甲烷气体的浓度信息。本实施例中，还设有显示模块12，所述模数转换器11与显示模块相连，用于显示最后监测到的甲烷气体浓度。本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置，其特征在于：包括温度控制器、激光器、电流驱动器、准直器、气室、光电探测器、跨导放大电路、对数运算电路、模数转换器，所述温度控制器和电流驱动器分别与激光器相连，所述激光器通过光纤与准直器相连，所述准直器与气室相连通，在气室内设有反射镜组，进入气室内的光信号通过反射镜组后传输到光电探测器，所述光电探测器与跨导放大电路相连，跨导放大电路与对数运算电路相连，所述对数运算电路与模数转换器相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置，其特征在于：包括温度控制器、激光器、电流驱动器、准直器、气室、光电探测器、跨导放大电路、对数运算电路、模数转换器，所述温度控制器和电流驱动器分别与激光器相连，所述激光器通过光纤与准直器相连，所述准直器与气室相连通，在气室内设有反射镜组，进入气室内的光信号通过反射镜组后传输到光电探测器，所述光电探测器与跨导放大电路相连，跨导放大电路与对数运算电路相连，所述对数运算电路与模数转换器相连。2.根据权利要求1所述的一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置，其特征在于：还设有显示模块，所述模数转换器与显示模块相连。3.根据权利要求1或2所述的一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置，其特征在于：所述激光器为DFB激光器。4.根据权利要求3所述的一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：何祥林，
申请(专利权)人：何祥林，
类型：新型
国别省市：湖北;42