具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，包括用于发射激光光束的激光器、沿激光光路依次连接的光纤准直器Ⅰ、自校准气室、光纤准直器Ⅱ和光电探测器；所述自校准气室包括呈圆柱状的壳体Ⅰ和用于容纳自校准气体的校准气体密封皿；所述壳体Ⅰ内部同轴设置有用于容纳测量气体的容纳腔，所述校准气体密封皿呈圆柱状且同轴内嵌设置于容纳腔内，且校准气体密封皿的径向尺寸大于容纳腔的径向尺寸；本发明专利技术将用于进行校准的校准气体密封皿直接内置于探头装置内部，简化探头装置的结构，便于制造加工，节约成本，且方便了工作人员在各种应用场景中对探头装置进行校准，可实现精确校准功能。

Laser Spectrum Absorption Probe Device with Self-calibration Function and Its Measurement Method

The invention provides a laser spectrum absorption probe device with self-calibration function, which includes a laser for transmitting laser beams, a fiber optic collimator I, a self-calibration chamber, a fiber optic collimator II and a photoelectric detector connected sequentially along the laser path; the self-calibration chamber comprises a cylindrical shell I and a calibration gas sealing vessel for accommodating self-calibration gases. The inner coaxial of the shell I is provided with a holding chamber for measuring gas. The calibration gas sealing dish is cylindrical and coaxially embedded in the holding chamber, and the radial dimension of the calibration gas sealing dish is larger than the radial dimension of the holding chamber. The calibration gas sealing dish for calibration is directly embedded in the probe device to simplify the structure of the probe device and facilitate its manufacture. Manufacturing, cost saving, and convenient for staff in a variety of application scenarios to calibrate the probe device, can achieve accurate calibration function.

【技术实现步骤摘要】
具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置及其测量方法
本专利技术涉及甲烷监测
，具体涉及一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置及其测量方法。
技术介绍
随着社会经济的不断提高，城镇燃气化速度急剧发展，地下燃气管道在密闭环境中进行运输，具有运输成本低、燃气耗损量小、地下管道用地面积小、环境保护度高等特点，是城市地下综合管廊的重点建设内容之一。燃气泄漏遇到明火后容易燃烧、以致爆炸，保证燃气管道在安全的条件下运行管理已成为城市地下综合管廊相关设计中关注的最重要内容之一。目前燃气舱可燃气体探测器普遍采用催化燃烧可燃气体报警器，催化燃烧可燃气体报警器存在受恶劣现场环境影响，调校周期短，元件寿命短等确定。因此在城市地下综合管廊天然气管道舱实际应用中无法达到监测报警需求和使用。基于可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术和光分路技术的燃气管廊可燃气体泄露监测系统，能够实现现场非电、远程、长期在线和分布式气体浓度监测预警预报，具有技术先进性高和现场适应能力强的应用特点。自校准气室是燃气管廊可燃气体泄露监测系统的重要组成部分，配合相应的信号处理方法，可实现激光光源谱线与甲烷吸收谱线的匹配自校准功能，提高传感系统长期运行的稳定性。传统的自校准气室都是由无源光器件及配套机械结构组成，实现自己功能需配套系统其他功能部件参与，存在自校准功能匹配问题，在更换自校准气室时需再次标定调校，不适用于现场维修、更换。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置及其测量方法，结构简单、校准方便、方便携带。本专利技术提供一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，包括用于发射激光光束的激光器、沿激光光路依次连接的光纤准直器Ⅰ、自校准气室、光纤准直器Ⅱ和光电探测器；所述自校准气室包括呈圆柱状的壳体Ⅰ和用于容纳自校准气体的校准气体密封皿；所述壳体Ⅰ内部同轴设置有用于容纳测量气体的容纳腔，且壳体Ⅰ轴向方向两端对称设有用于固定光纤准直器Ⅰ的固定孔Ⅰ和用于固定光纤准直器Ⅱ的固定孔Ⅱ，固定在固定孔Ⅰ中的光纤准直器Ⅰ和固定在固定孔Ⅱ中的光纤准直器Ⅱ相互正对；所述固定孔Ⅰ和固定孔Ⅱ与容纳腔连通；所述校准气体密封皿呈圆柱状且同轴内嵌设置于容纳腔内，且校准气体密封皿的径向尺寸大于容纳腔的径向尺寸。进一步，所述自校准气室一侧开设有用于供被测气体流入容纳腔的开口，所述开口的长度方向平行于自校准气室的轴向方向。进一步，所述校准气体密封皿为透明玻璃气体密封皿；所述校准气体密封皿设置有用于注入自校准气体的注入管，所述注入管伸出容纳腔的开口，且注入管伸出容纳腔的开口一端设置有与注入管开口密封配合的顶盖。进一步，所述容纳腔内壁下沉形成与校准气体密封皿外壁匹配的卡槽，所述校准气体密封皿卡接在卡槽内。进一步，还包括控制模块；所述控制模块与激光器连接，用于控制和调整激光器发射的波长；所述控制模块与光电探测器连接，用于接收和处理测量到的气体浓度信号；所述激光器固定设置于控制模块上，所述激光器的尾纤通过连接法兰Ⅰ与自校准气室的光纤准直器Ⅰ的尾纤相连；所述光电探测器固定设置于控制模块上，所述光电探测器的尾纤通过连接法兰Ⅱ与自校准气室的光纤准直器Ⅱ的尾纤相连。进一步，所述自校准气室还包括用于将校准气体密封皿紧固在卡槽中的紧固件，所述紧固件沿壳体Ⅰ的径向穿过壳体Ⅰ并抵靠在校准气体密封皿外壁上；所述紧固件的长度方向平行于容纳腔的开口宽度方向；所述紧固件与壳体Ⅰ螺纹配合连接。进一步，所述自校准气体和被测气体均为甲烷气体。相应地，本专利技术还提供一种一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置的测量方法：包括步骤：S1：取下顶盖，通过注入管向校准气体密封皿注入用于自校准的甲烷气体，将密封胶均匀涂在顶盖与注入管扣合一侧，盖上顶盖；S2：利用气体浓度测定仪对校准气体密封皿重注入的甲烷气体浓度进行测定，得到用于自校准的甲烷气体浓度值为C1；S3：对具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置进行校准；S4：将具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置放置于被测甲烷气体环境中，控制模块控制激光器分别以第一波长模式参数值的设置和第二波长模式实时参数值的设置发射激光光束，光电探测器检测感应到激光光束，从而分别得到第一波长模式对应的甲烷气体浓度C4和第二波长模式对应的甲烷气体浓度C5；S5：根据测量得到的C1、C4和C5，计算得到被测甲烷气体浓度C6。进一步，所述步骤S3具体为：S31：设定激光器的两种波长模式，即第一波长模式和第二波长模式，其中，在第一波长模式下甲烷气体不对激光光束产生吸收作用，在第二波长模式下甲烷气体对激光光束产生吸收作用；将具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置置于无被测气体的空气环境中，将激光器驱动电流设置为默认值，调整激光器温控电流至激光器出射光束波长对准甲烷吸收谱线中心，将当前激光器驱动电流和温控电流记为第二波长模式的初始参数值，并记录当前测量的甲烷气体浓度为C3；调整激光器驱动电流至激光器出射光束波长偏离甲烷吸收谱线中心，将当前激光器驱动电流和温控电流记为第一波长模式的参数值，并记录当前测量的甲烷气体浓度为C2；S32：将激光器参数设定为第二波长模式的初始参数值，通过激光器温控调节使C3＝C2+C1，将前激光器驱动电流和温控电流记为第二波长模式的实时参数值，完成对具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置进行校准。进一步，所述被测甲烷气体浓度C6的计算公式为：C6＝C5-C4-C1(1)本专利技术的有益效果：本专利技术通过将用于进行校准的校准气体密封皿直接内置于探头装置内部，简化探头装置的结构，便于制造加工，节约成本，且方便了工作人员在各种应用场景中对探头装置进行校准，可实现精确校准功能。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的结构示意图；图2为自校准气室的结构示意图；图3为校准气体密封皿的结构示意图；图4为自校准气室的剖视示意图；图5为安装了校准气体密封皿的自校准气室的剖视示意图；图6为安装了紧固件和校准气体密封皿的自校准气室的剖视示意图；图7为本专利技术的方法流程图；图8为对具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置进行校准的方法流程图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供的一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，包括用于发射激光光束的激光器2、沿激光光路依次连接的光纤准直器Ⅰ6、自校准气室4、光纤准直器Ⅱ7和光电探测器5；如图2所示，所述自校准气室4包括呈圆柱状的壳体Ⅰ41和用于容纳自校准气体的校准气体密封皿42；所述壳体Ⅰ41为不锈钢壳体，所述壳体Ⅰ41内部同轴设置有用于容纳测量气体的容纳腔43，且壳体Ⅰ41轴向方向两端对称设有用于固定光纤准直器Ⅰ6的固定孔Ⅰ和用于固定光纤准直器Ⅱ7的固定孔Ⅱ，固定在固定孔Ⅰ中的光纤准直器Ⅰ6和固定在固定孔Ⅱ中的光纤准直器Ⅱ7相互正对；所述固定孔Ⅰ和固定孔Ⅱ与容纳腔43连通；所述校准气体密封皿42呈圆柱状且同轴内嵌设置于容纳腔43内，且校准气体密封皿42的径向尺寸大于容纳腔43的径向尺寸。光纤准直器Ⅰ6和光纤准直器Ⅱ7的结构相同，只是在使用时，激光光束由一侧的光纤准直器Ⅰ6入射，由另一侧的光纤准直器Ⅱ7出射；固定孔Ⅰ和固定孔Ⅱ也具有相同结构，以对称方式设置壳体Ⅰ41轴向两侧，固定孔Ⅰ和固定孔Ⅱ的结构适于光纤准直器的安装固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：包括用于发射激光光束的激光器、沿激光光路依次连接的光纤准直器Ⅰ、自校准气室、光纤准直器Ⅱ和光电探测器；所述自校准气室包括呈圆柱状的壳体Ⅰ和用于容纳自校准气体的校准气体密封皿；所述壳体Ⅰ内部同轴设置有用于容纳测量气体的容纳腔，且壳体Ⅰ轴向方向两端对称设有用于固定光纤准直器Ⅰ的固定孔Ⅰ和用于固定光纤准直器Ⅱ的固定孔Ⅱ，固定在固定孔Ⅰ中的光纤准直器Ⅰ和固定在固定孔Ⅱ中的光纤准直器Ⅱ相互正对；所述固定孔Ⅰ和固定孔Ⅱ与容纳腔连通；所述校准气体密封皿呈圆柱状且同轴内嵌设置于容纳腔内，且校准气体密封皿的径向尺寸大于容纳腔的径向尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：包括用于发射激光光束的激光器、沿激光光路依次连接的光纤准直器Ⅰ、自校准气室、光纤准直器Ⅱ和光电探测器；所述自校准气室包括呈圆柱状的壳体Ⅰ和用于容纳自校准气体的校准气体密封皿；所述壳体Ⅰ内部同轴设置有用于容纳测量气体的容纳腔，且壳体Ⅰ轴向方向两端对称设有用于固定光纤准直器Ⅰ的固定孔Ⅰ和用于固定光纤准直器Ⅱ的固定孔Ⅱ，固定在固定孔Ⅰ中的光纤准直器Ⅰ和固定在固定孔Ⅱ中的光纤准直器Ⅱ相互正对；所述固定孔Ⅰ和固定孔Ⅱ与容纳腔连通；所述校准气体密封皿呈圆柱状且同轴内嵌设置于容纳腔内，且校准气体密封皿的径向尺寸大于容纳腔的径向尺寸。2.根据权利要求1所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：所述自校准气室一侧开设有用于供被测气体流入容纳腔的开口，所述开口的长度方向平行于自校准气室的轴向方向。3.根据权利要求2所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：所述校准气体密封皿为透明玻璃气体密封皿；所述校准气体密封皿设置有用于注入自校准气体的注入管，所述注入管伸出容纳腔的开口，且注入管伸出容纳腔的开口一端设置有与注入管开口密封配合的顶盖。4.根据权利要求1所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：所述容纳腔内壁下沉形成与校准气体密封皿外壁匹配的卡槽，所述校准气体密封皿卡接在卡槽内。5.根据权利要求1所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：还包括控制模块；所述控制模块与激光器连接，用于控制和调整激光器发射的波长；所述控制模块与光电探测器连接，用于接收和处理测量到的气体浓度信号；所述激光器固定设置于控制模块上，所述激光器的尾纤通过连接法兰Ⅰ与自校准气室的光纤准直器Ⅰ的尾纤相连；所述光电探测器固定设置于控制模块上，所述光电探测器的尾纤通过连接法兰Ⅱ与自校准气室的光纤准直器Ⅱ的尾纤相连。6.根据权利要求4所述的具有自校准功能的激光光谱吸收探头装置，其特征在于：所述自校准气室还包括用于将校准气体密封皿紧固在卡槽中的紧固件，所述紧固件沿壳体Ⅰ的径向穿过壳体Ⅰ并抵靠在校准气体密封皿外壁上；所述紧固件的长度方向平行于容纳腔的开口宽度方向；所述紧固件与壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张书林，李军，龚仲强，孙世岭，李远清，王尧，于庆，樊荣，赵庆川，梁光清，张远征，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50