基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置，涉及预警监控技术领域。包括激光器，激光器分别连接有信号发生模块和激光器驱动；激光器驱动传感器组，激光器与传感器组之间通过激光处理系统进行信号的转化解调；激光处理系统将传感器组检测的信号传输到光电探测器，经光电探测器转换为电信号，电信号经前置放大器放大传输到数据采集模块；数据采集模块采集到的数据信息传输到控制中心进行信号的处理。本发明专利技术通过采用一个激光器驱动多个传感，具有激光能量充足，可实现远距离测量，能够实现多点分时测量；传感器和传输信号均为光纤介质，无源，本质安全，全光纤组网，适合石油化工等易燃易爆场所。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置及方法
本专利技术属于预警监控
，特别是涉及一种基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置，及一种基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控方法。
技术介绍
目前用于天然气泄漏检测的传感器主要是包括半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器等，这类传感器普遍具有响应速度慢、容易受到其它气体成分的干扰及维护频繁、测量精度低等缺点，难以实现远程、实时、在线监测。这类传感器最大的缺点就是自身带电，在易燃易爆等特殊环境中应用时存在安全隐患。近几年来，国内外在这一领域的研究发展迅速，特别是以激光吸收光谱技术为基础的光学检测方法对天然气泄漏进行监测，包括非分散红外吸收法(NDIR)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪以及可调谐半导体激光器光谱技术(TDLAS)，具有响应速度快、检测效率高等优点。但是NDIR和FTIR是利用近红外波段的分子吸收光谱带来进行检测的，空气中CO2和H2O等气体的影响，使得测量信号背景大，精度低且不宜实现遥测。而可调谐半导体激光器光谱技术(TDLAS)具有高灵敏、高分辨、快速响应可实现远程、在线、原位监测的优点，已成为新型天然气泄漏监测仪器的主要技术。并且，在国外已有采用该技术的手持式甲烷气体遥测仪产品上市，灵敏度可以达到ppm量级，响应时间为0.1s，但测量距离不足10m。同时也有相关的车载和机载泄漏监测设备进行现场实验。一些抽取式可燃气体探测装置已经被一些公司开发，但是这种抽取式设备必须对现场气体进行抽取采样，检测的时间增长，不适合在隧道、天然气站场这种危险场合使用。本专利技术设计了一种光纤传输，远程测量的甲烷多点式测量装置，其成本低、结构简单、可大范围普及安装，有利于天然气站场长时间无人监测。可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术是根据物质对不同波长有不同的吸收特征，因此吸收谱线可作为识别不同气体分子的“指纹”，根据吸收谱线的位置和强度可以确定分子的成分和浓度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置及该预警监控方法，通过采用一个激光器驱动多个传感器，实现远距离测量，采用计算机实时监控的方式，通过显示界面可以直观地看到各个传感器位置的甲烷浓度变化曲线和实时浓度值，解决了现有的天然气泄漏检测难度，事故率高等问题。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术为基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置，包括激光器，所述激光器分别连接有信号发生模块和激光器驱动；传感器组，所述激光器驱动传感器组，所述传感器组位于被测量位置；激光处理系统，所述激光器与传感器组之间通过激光处理系统进行信号的转化解调；前置放大器，所述激光处理系统将传感器组检测的信号传输到光电探测器，经光电探测器转换为电信号，电信号经前置放大器放大传输到数据采集模块；控制中心，所述数据采集模块采集到的数据信息传输到控制中心进行信号的处理。进一步地，所述传感器组采用1～n的并列分布。进一步地，所述传感器组采用FP腔型探头传感器；所述FP腔型探头包括铠装光缆、第一镜面和第二镜面，第一镜面和第二镜面构成法珀干涉仪；所述铠装光缆包括一组光纤；所述一组光纤连接到第一镜面和/或第二镜面上；所述一组光纤分别为入射端和出射端。进一步地，所述激光处理系统包括分束器，所述分束器采用1×n的方式分成n条激光束，所述激光束与传感器组一一对应；所述分束器分成的n条激光束分别通过一环形器传输到传感器组，各个传感单元为并联关系，经传感器组反射后再通过环形器出射端口传输到光电探测器。进一步地，所述激光处理系统包括光开关；所述激光器通过一环形器将激光传输到光开关，所述光开关使激光分时地通过n个测量位置的传感器；所述传感器组反射回来的光均通过环形器传输到光电探测器进行信号的转化解调。基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控方法，包括如下过程：SS01激光发生：通过信号发生模块和激光器驱动控制激光器产生激光；SS02激光处理：通过光开关与环形器的组合、或分束器与环形器的组合将一个激光器产生的n个光信号一一对应驱动传感器组；SS03FP腔型探头：通过SS02激光处理传输到传感器的激光通过入射端一光纤从FP腔的一面镜子入射进入谐振腔，在FP腔内来回振荡后，通过另一根出射端一光纤耦合；SS04信号采集与监控：激光经过SS03FP腔型探头后，依次通过环形器、光电探测器、前置放大器放大传输到数据采集模块，最后传输到控制中心进行信号的处理与监控，完成n个传感器测量位置的浓度计算。进一步地，所述控制中心为计算机，在监测过程中，通过显示界面可以直观地看到各个传感器位置的甲烷浓度变化曲线和实时浓度值，并适时实时记录浓度变化数据，生成报表以历史数据形式保存，可以随时访问查询。可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术是根据物质对不同波长有不同的吸收特征，因此吸收谱线可作为识别不同气体分子的“指纹”，根据吸收谱线的位置和强度可以确定分子的成分和浓度。其的理论是以Beer-Lambert定理为基础，即：一束频率为的单色光通过混合气体吸收介质，透过光强It与入射光强Io的比率τ(υ)与该频率处吸收气体的线强S[cm-2atm-1]，摩尔分数C，吸收路径长度L[cm]，总的气体压强P[atm]，以及线型函数φ(υ)的乘积成指数关系：本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术通过采用一个激光器驱动多个传感器，具有激光能量充足，可实现远距离测量；所用器件较少，容易安装，能够实现多点分时测量。2、本专利技术通过采用FP腔型探头传感器，具有反应灵敏度高，检测效果准确度高；传感器和传输信号均为光纤介质，无源，本质安全，全光纤组网，适合石油化工等易燃易爆场所。3、本专利技术通过采用计算机实时监控的方式，通过显示界面可以直观地看到各个传感器位置的甲烷浓度变化曲线和实时浓度值，并适时实时记录浓度变化数据，生成报表以历史数据形式保存，可以随时访问查询。4、本专利技术通过采用光纤本身作为吸收池，不仅对天然气进行监测；还可以实现硫化氢，氧气，二氧化碳等气体的监测。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置系统图；图2为实施例二的天然气泄漏预警监控装置系统图；图3为实施例一的天然气泄漏预警监控装置系统图；图4为放气过程中的吸收信号的rownumbers-intensity图；图5为放气过程中浓度变化曲线time-concentration；图6为本专利技术的预警监控装置和现有商用可然气报警器的对比测试图；图7为现有商用可然气报警器和本专利技术光纤探头放气测试比较图；图8为光纤出射端与入射端在两个镜面上的示意图；图9为光纤出射端与入射端在同一镜面上的示意图；图10为铠装光缆的结构示意图；图11为铠装光缆的光纤FP腔的黑白照片图；图12为比尔朗伯定理示意图。具体实施方式下面将结合本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置，其特征在于，包括：激光器(3)，所述激光器(3)分别连接有信号发生模块(1)和激光器驱动(2)；传感器组(6)，所述激光器(3)驱动传感器组(6)，所述传感器组(6)位于被测量位置；激光处理系统，所述激光器(3)与传感器组(6)之间通过激光处理系统进行信号的转化解调；前置放大器(8)，所述激光处理系统将传感器组(6)检测的信号传输到光电探测器(7)，经光电探测器(7)转换为电信号，电信号经前置放大器(8)放大传输到数据采集模块(9)；控制中心(10)，所述数据采集模块(9)采集到的数据信息传输到控制中心(10)进行信号的处理。

【技术特征摘要】
1.基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置，其特征在于，包括：激光器(3)，所述激光器(3)分别连接有信号发生模块(1)和激光器驱动(2)；传感器组(6)，所述激光器(3)驱动传感器组(6)，所述传感器组(6)位于被测量位置；激光处理系统，所述激光器(3)与传感器组(6)之间通过激光处理系统进行信号的转化解调；前置放大器(8)，所述激光处理系统将传感器组(6)检测的信号传输到光电探测器(7)，经光电探测器(7)转换为电信号，电信号经前置放大器(8)放大传输到数据采集模块(9)；控制中心(10)，所述数据采集模块(9)采集到的数据信息传输到控制中心(10)进行信号的处理。2.根据权利要求1所述的基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置，其特征在于，所述传感器组(6)采用1～n的并列分布。3.根据权利要求1或2所述的基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置，其特征在于，所述传感器组(6)采用FP腔型探头传感器；所述FP腔型探头包括铠装光缆(604)、第一镜面(601)和第二镜面(602)；所述铠装光缆(604)包括一组光纤(603)；所述一组光纤(603)连接到第一镜面(601)和/或第二镜面(602)上；所述一组光纤(603)分别为入射端和出射端。4.根据权利要求1所述的基于光纤FP腔型探头的天然气泄漏预警监控装置，其特征在于，所述激光处理系统包括分束器(4)，所述分束器(4)采用1×n的方式分成n条激光束，所述激光束与传感器组(6)一一对应；所述分束器(4)分成的n条激...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘延强，任波，陈晨，蒋毅，高占胜，何东，
申请(专利权)人：西安捷亿达能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61