光纤甲烷传感模块、光纤多点光电式甲烷传感器及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光纤甲烷传感模块、光纤多点光电式甲烷传感器及系统，该系统包括光纤多点光电式甲烷传感器，传感器包括VCSEL激光器、光纤甲烷传感模块、光纤分束器、用于信号发射和接收的信号处理装置。该系统为一个由光纤连接可以实施远距离，多通道(或多检测点)的甲烷传感系统，述光信号发射和接受的信号处理装置连接光纤分束装置，所述光信号发射和接受的信号处理装置发射的光信号经过所述光纤分束装置被分配到各个光纤通道并传输至相对应的设置于不同检测点的所述光纤甲烷传感模块。本发明专利技术不但增加了探测系统的集成度，也扩大了可以检测的覆盖范围，提高了该系统在不同场合下使用的适应性，同时也降低了生产加工成本。

Optical fiber methane sensor module, optical fiber multi-point photoelectric methane sensor and system

The invention relates to an optical fiber methane sensing module, a optical fiber multi point photoelectric methane sensor and a system. The system includes a optical fiber multi point photoelectric methane sensor. The sensor includes a VCSEL laser, a fiber optic methane sensing module, an optical fiber beam splitter, and a signal processing device for signal transmitting and receiving. The system is a methane sensing system with a long distance, multiple channels (or multiple detection points) which can be connected by a fiber connection. The signal processing device of the light signal transmitting and receiving is connected to the optical fiber beam splitter. The optical signal transmitted by the light signal transmitting and receiving signal processing device is allocated to each of the optical fiber beam splitter devices. The optical fiber channel is transmitted to the corresponding optical fiber methane sensing module set at different detection points. The invention not only increases the integration of the detection system, but also expands the coverage range that can be detected, improves the adaptability of the system in different situations, and also reduces the production and processing cost.

【技术实现步骤摘要】
光纤甲烷传感模块、光纤多点光电式甲烷传感器及系统
本专利技术属于激光光谱甲烷传感器的
，尤其是涉及一种光纤甲烷传感模块、光纤多点光电式甲烷传感器及系统。
技术介绍
近年，随着中国城市化进程的不断推进，人们对居住环境和生产安全的要求日益提高。因此，人们对各种潜在危险源监控的需求也不断增加。例如城市地下管廊，地下水道，大量煤堆场，垃圾堆场等地方均会有沼气和瓦斯的随机出现，构成潜在的危险源。能够对这些危险源进行大范围，有效和实时的检测已经成为日益增强的市场需求。在众多甲烷检测技术中，基于红外激光光谱吸收原理来测量甲烷成分和浓度的光电技术具有测量浓度范围大，测量精度高，不需要校正时间长等优良的特性，使激光光谱甲烷传感器能够广泛的应用到不同的生产过程和安全防范领域。光学光谱吸收甲烷传感器包括红外光谱吸收型和红外激光光谱吸收型。由于不同甲烷在红外区具有其不同的特征光谱吸收峰，当被测甲烷通过红外光或红外激光，其光强度在特征光谱吸收峰出将由被测甲烷调制，光强度调制的幅度和被测甲烷的浓度成正比，因此通过检测和分析红外吸收峰出的光强变化，可以对被测甲烷的浓度检测。相对而言，光学光谱吸收甲烷传感器具较有高的抗甲烷交叉干扰能力，特别是激光光谱甲烷传感器，具有良好的抗甲烷交叉干扰能力。结合现代的电子处理技术，这些传感器能够实现对被测甲烷的连续测试、自动运行的功能；具有自动校正，测量精度高，反应时间快的特性。这类传感器可以用于很多工业生产过程，如在石化、采矿、半导体工业等工矿生产检测和报警，例如硫化氢、氧气、一氧化碳、二氧化碳、氯气、甲烷和可燃的碳氢化合物等是主要检测甲烷。而检测磷、砷和硅烷等物品则时半导体工业中的主要应用。这些传感器也可以用于公共环境和家庭环境的安全检测和报警。家庭中主要用于检测煤气，天然气和液化气的泄漏和安全提示报警。然而，一般单点式甲烷传感器都是对放置传感器附近空间的甲烷进行探测，而对于大面积，长距离的实际测量场景，则要求将大量的点式光电式甲烷传感器组成一个准分布式的多通道或多点光电式甲烷传感器系统。这样就大大的提高了测量系统的复杂性，并增加了整个系统功耗，结果使系统的生产成本和维护成本增加。因此，即能满足气体检测和工业过程控制中多点多参量气体的监测和控制要求，又能降低整个系统的成本，简化系统光源以及信号检测处理系统，增强系统可靠性，是本
亟待解决的问题。综上所述，现有技术中如何对大面积长距离测量环境下的甲烷气体进行检测，同时满足低成本、高可靠性的问题，尚缺乏行之有效的解决方案。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，解决现有技术中存在的如何对大面积长距离测量环境下的甲烷气体进行检测，同时满足低成本、高可靠性的问题，本专利技术提供了一种光纤甲烷传感模块、光纤多点光电式甲烷传感器及系统，该多通道光纤甲烷传感系统不但增加了探测系统的集成度，也扩大了可以检测的覆盖范围，提高了该系统在不同场合下使用的适应性，同时降低了生产加工成本。本专利技术的第一目的是提供一种光纤甲烷传感模块。为了实现上述目的，本专利技术采用如下一种技术方案：一种光纤甲烷传感模块，包括：具有容纳空间的外壳，在外壳内部设有接入光纤和接出光纤，所述接入光纤和接出光纤之间至少两个相互平行的气体传感气室，所述气体传感气室间通过光纤连接，依照光信号传输方向，所述气体传感气室前后分别设置气室入射光转换单元和气室出射光转换单元；所述气室入射光转换单元将光纤的出射光束变成平行光束并射入所述气体传感气室，所述气室出射光转换单元将所述气体传感气室的出射光束耦合入连接所述气体传感气室的光纤或接出光纤。作为进一步的优选方案，所述气室入射光转换单元采用光纤平行光透镜。作为进一步的优选方案，所述气室出射光转换单元采用光纤聚焦透镜。作为进一步的优选方案，所述气体传感气室侧面设置若干通气孔，所述通气孔上设置金属滤网。作为进一步的优选方案，所述外壳包括壳体，所述壳体上下分别设置上盖和下盖，形成具有容纳空间的结构，所述上盖上设置通孔，所述接入光纤和接出光纤经由该通孔，所述下盖上设置带有通孔的标定嘴，所述标定嘴上方设置粉末冶金滤网，所述壳体与下盖之间设置堵头。作为进一步的优选方案，所述上盖内设置可以置换的金属滤网。作为进一步的优选方案，所述壳体内设置带有温度压力传感器的参考气室。本专利技术的第二目的是提供一种光纤多点光电式甲烷传感器，采用上述的光纤甲烷传感模块。为了实现上述目的，本专利技术采用如下一种技术方案：一种光纤多点光电式甲烷传感器，包括：若干个光纤甲烷传感模块、光纤分束装置以及光信号发射和接受的信号处理装置；所述光信号发射和接受的信号处理装置连接光纤分束装置，所述光信号发射和接受的信号处理装置发射的光信号经过所述光纤分束装置被分配到各个光纤通道并传输至相对应的设置于不同检测点的所述光纤甲烷传感模块。作为进一步的优选方案，所述光纤分束装置采用一个1XN光纤分光器、一个CWDM分光器或多个光纤耦合器。作为进一步的优选方案，所述光纤分束装置的分光比值均匀分布在各个通道之间；或根据与光纤甲烷传感模块所在检测点之间的距离调整分布在各个通道之间的分光比值，通道所分配的光信号光强与该通道长度成正比。作为进一步的优选方案，所述光信号发射和接受的信号处理装置包括微处理器模块，所述微处理器模块通过通信模块分别连接光源模块和光信号采集模块，所述微处理器模块、通信模块、光源模块和光信号采集模块分别和电源模块连接；所述微处理器模块用于调谐所述光源模块中的光源信号和处理所述光信号采集模块中的测量信号；所述通信模块用于传递所述微处理器模块的控制指令和所述光信号采集模块中的测量信号。作为进一步的优选方案，在所述光纤甲烷传感模块的环境条件和所述光信号发射和接受的信号处理装置的环境条件一样或接近的情况下，所述微处理器模块接收所述光源模块的温度压力信息，用于对被测气体的补偿。作为进一步的优选方案，所述光源模块采用VCSEL激光器。本专利技术的第三目的是提供一种光纤多点光电式甲烷传感器系统，采用上述的一种光纤多点光电式甲烷传感器。本专利技术的有益效果：1、本专利技术所述的一种光纤甲烷传感模块、光纤多点光电式甲烷传感器及系统，采用了不带电的甲烷传感器模块，使每一个模块可以放置在任何有潜在危险的区域，例如高电磁辐射区域，易燃易爆区域，对人体有潜在危害的区域等等。2、专利技术所述的一种光纤甲烷传感模块、光纤多点光电式甲烷传感器及系统，采用了无源光纤网络结构，每个甲烷传感器模块均由光纤连接，使每个测量点可以灵活设置，并根据测量点的远近不同任意放置。3、专利技术所述的一种光纤甲烷传感模块、光纤多点光电式甲烷传感器及系统，在甲烷传感器的光纤甲烷传感模块中采用了两个或多个气室的串联设计，不但减少了传感器的体积，而且也增加了吸收光程，有利于提高探测信噪比以及测量精度测量灵敏度。4、专利技术所述的一种光纤甲烷传感模块、光纤多点光电式甲烷传感器及系统，采用了VCSEL激光器，在不增加系统功耗的情况下，实现了纤多点光电式甲烷传感测量。附图说明图1为本专利技术的光纤甲烷传感模块的结构示意图；图2为本专利技术的光纤甲烷传感模块的外壳结构示意图；图3为本专利技术的光束分束装置的结构示意图；图4为本专利技术的光信号发射和接受的信号处理装置的示意图；图5为本专利技术的系统示意图。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤甲烷传感模块，其特征在于，包括：具有容纳空间的外壳，在外壳内部设有接入光纤和接出光纤，所述接入光纤和接出光纤之间至少两个相互平行的气体传感气室，所述气体传感气室间通过光纤连接，依照光信号传输方向，所述气体传感气室前后分别设置气室入射光转换单元和气室出射光转换单元；所述气室入射光转换单元将光纤的出射光束变成平行光束并射入所述气体传感气室，所述气室出射光转换单元将所述气体传感气室的出射光束耦合入连接所述气体传感气室的光纤或接出光纤。

【技术特征摘要】
1.一种光纤甲烷传感模块，其特征在于，包括：具有容纳空间的外壳，在外壳内部设有接入光纤和接出光纤，所述接入光纤和接出光纤之间至少两个相互平行的气体传感气室，所述气体传感气室间通过光纤连接，依照光信号传输方向，所述气体传感气室前后分别设置气室入射光转换单元和气室出射光转换单元；所述气室入射光转换单元将光纤的出射光束变成平行光束并射入所述气体传感气室，所述气室出射光转换单元将所述气体传感气室的出射光束耦合入连接所述气体传感气室的光纤或接出光纤。2.根据权利要求1所述的一种光纤甲烷传感模块，其特征在于，所述气室入射光转换单元采用光纤平行光透镜。或所述气室出射光转换单元采用光纤聚焦透镜。3.根据权利要求1所述的一种光纤甲烷传感模块，其特征在于，所述气体传感气室侧面设置若干通气孔，所述通气孔上设置金属滤网。作为进一步的优选方案，所述外壳包括壳体，所述壳体上下分别设置上盖和下盖，形成具有容纳空间的结构，所述上盖上设置通孔，所述接入光纤和接出光纤经由该通孔，所述下盖上设置带有通孔的标定嘴，所述标定嘴上方设置粉末冶金滤网，所述壳体与下盖之间设置堵头。4.根据权利要求1所述的一种光纤甲烷传感模块，其特征在于，所述上盖内设置可以置换的金属滤网。或，所述壳体内设置带有温度压力传感器的参考气室。5.一种光纤多点光电式甲烷传感器，基于权利要求1-4任一项所述的一种光纤甲烷传感模块，其特征在于，包括：若干个光纤甲烷传感模块、光纤分束装置以及光信号发射和接受的信号处理装置；所述光信号发射和接受的信号处理装置连接光纤分束装置，所述光信号发射和接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘统玉，宁雅农，金光贤，孟凡龙，张航，孟辉，王凤雪，
申请(专利权)人：山东微感光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37