基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置及方法，用以解决传统可燃气体检测装置检测下限高、灵敏度低及易受其他气体成分交叉干扰的问题。装置包括发射端和接收端，发射端和接收端相对应，发射端包括量子级联激光器和可见光激光器，第一MCU通过第一控制电路驱动量子级联激光器和可见光激光器发射激光，量子级联激光器和可见光激光器均与光路耦合整形单元相连接；接收端包括光电探测器，光电探测器设置在光路耦合整形单元发射红外线的光路上，光电探测器通过第二控制电路与第二MCU相连接。本发明专利技术可以探测到可燃气体发生的微量泄漏，检测灵敏度高，并选择目标气体的“指纹”吸收峰作为检测波长，避免了其他气体成分的交叉干扰。气体成分的交叉干扰。气体成分的交叉干扰。

【技术实现步骤摘要】
基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及红外激光气体检测的
，尤其涉及一种基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置及方法。

技术介绍

[0002]可燃气体报警器广泛应用于冶金、燃气、化工、石油等行业，用于检测室内外危险场所可燃气体的泄漏情况，是保证人身安全和生产安全不可或缺的仪器。其中对射式可燃气体报警器是一种适用于大面积开放空间范围的检测仪器，在石油管道系统、大型油库、石油液化气站、采油平台等易发生可燃气体泄漏的场所有着广泛应用。
[0003]传统的对射式可燃气体报警器使用氙灯或近红外半导体激光器作为光源，虽然在系统成本上具有一定优势，但是普遍存在灵敏度低、检测下限高和水气等其他气体分子交叉干扰严重等问题，对气体微量泄漏和气体浓度微量变化的检测存在一定难度，难以满足安全生产的预警需求。为了及时有效地监测泄漏事故的发生，急需一种能够实时探测危险区域内可燃气体微泄漏的检测方法。
[0004]中红外波段覆盖气体分子的“指纹”光谱区，且分子吸收线的强度比近红外高2
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3个数量级，能够实现痕量气体的高灵敏、高精准探测。量子级联激光器（Quantum Cascade Laser，QCL）作为一种常用的中红外光源，具有调谐范围宽、线宽窄、输出功率大等优点。基于中红外QCL结合对射式红外检测技术的痕量可燃气体检测方案，具有检测灵敏度高，检测下限低，不受其他气体干扰等特点，可实现大面积开放空间内可燃气体泄漏的微量检测，弥补现有检测方法与技术上的缺陷。/>
技术实现思路

[0005]针对传统对射式可燃气体报警器的下限高，灵敏度低，易受其他气体干扰的技术问题。本专利技术提出一种基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置及方法，实现了微量可燃气体的高灵敏实时精准探测，对保证人身安全和生产安全具有重要意义。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置，包括发射端和接收端，发射端和接收端相对应，所述发射端包括量子级联激光器和可见光激光器，第一MCU通过第一控制电路与量子级联激光器和可见光激光器连接，量子级联激光器和可见光激光器的出光口均与光路耦合整形单元连接，所述接收端包括光电探测器及信号处理部分，光电探测器设置在光路耦合整形单元发射红外线的光路上，光电探测器通过第二控制电路与第二MCU相连接。
[0007]所述量子级联激光器的出射端设有准直单元，准直单元与光路耦合整形单元相匹配；所述光电探测器的前端设置有聚焦透镜，聚焦透镜设置在光路耦合整形单元和光电探测器之间的光路上。
[0008]所述光路耦合整形单元包括反射镜和二向色镜，反射镜与可见光激光器相对应，二向色镜与量子级联激光器和反射镜相适应。
[0009]所述反射镜和二向色镜上均设有镜片调节机构，可实现镜片空间位置的调节。
[0010]所述第一控制电路包含电流驱动电路和温度控制电路，电流驱动电路和温度控制电路均与量子级联激光器相连接。
[0011]所述电流驱动电路可以产生直流信号、锯齿波信号和正弦波信号，经加法器叠加后来驱动量子级联激光器发出调制信号。
[0012]所述第二控制电路包含信号放大电路和锁相解调电路，信号放大电路输入端与光电探测器输出端相连接，信号放大电路输出端与锁相解调电路输入端相连接，锁相解调电路输出端与第二MCU相连接。
[0013]所述第一MCU与第一电源相连接，第二MCU与第二电源相连接；所述第二MCU与报警显示单元相连接；所述量子级联激光器为中外红量子级联激光器；所述可见光激光器发出可见光的波段在390
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770 nm；所述光电探测器为碲镉汞中红外探测器。
[0014]所述量子级联激光器发射的红外激光和可见光激光器发射的可见光进入光路耦合整形单元进行耦合整形，耦合成一束同轴光射出，穿过监测区域到达接收端。当监测区域内出现目标气体的泄漏时，目标气体吸收同轴光中特定波长的红外光，导致光强发生变化。光电探测器接收到发生变化的光信号，并转换成电信号传输到第二控制电路，第二控制电路对该信号进行放大、解调得到一次谐波信号和二次谐波信号，第二MCU对两个谐波信号进行拟合计算，得出目标气体的浓度，当气体浓度达到预设阈值时，产生报警。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：将新兴的中红外激光技术与对射式红外气体检测技术融合起来，利用量子级联激光器连续可调谐、输出功率大、窄线宽等优点及中红外波段气体吸收线强、选择性高的特点，解决了传统对射式可燃气体检测装置检测下限高、灵敏度低、易受其他气体成分交叉干扰的缺点，且1）本专利技术使用量子级联激光器作为光源，其发射激光覆盖了气体分子振转能级的基频吸收区，分子吸收线强度比近红外大2
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3个数量级，因此具有极低的检测下限，可以探测到可燃气体发生的微量泄漏，以便及时做出应急处理。
[0015]2）本专利技术的发光光谱功率密度很高，可以获得更高的系统信噪比，比传统的对射式可燃气体检测报警器具有更高的检测灵敏度。
[0016]3）本专利技术的光谱线宽很窄，一般在2
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3MHz，且选择了目标气体的“指纹”吸收峰作为检测波长，避免了其他气体成分的交叉干扰。
[0017]4）本专利技术所用量子级联激光器的光源具有更高的功率，相比传统的对射式可燃气体检测报警器，本专利技术可以探测更远的距离，意味着在相同的监测范围内，安装更少数量的探测器可以达到更好的检测效果，有效降低了维护成本。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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。
[0019]图1为本专利技术的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术光路耦合整形单元的结构示意图。
[0021]图中，1为第一电源，2为第一MCU，3为第一控制电路，4为量子级联激光器，5为准直单元，6为可见光激光器，7为光路耦合整形单元，8为目标气体，9为聚焦透镜，10为光电探测器，11为第二控制电路，12为第二MCU，13为第二电源，14为报警显示单元。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例1如图1所示，一种基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置，包括发射端和接收端，发射端和接收端相对应，所述发射端包括量子级联激光器4和可见光激光器6，量子级联激光器4用于发射红外激光，可见光激光器6用于发射可见光，可见光的波段在390
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置，包括发射端和接收端，发射端和接收端相对应，其特征在于，所述发射端包括量子级联激光器（4）和可见光激光器（6），量子级联激光器（4）和可见光激光器（6）均与光路耦合整形单元（7）相连接，所述接收端包括光电探测器（10），光电探测器（10）设置在光路耦合整形单元（7）发射红外线的光路上。2.根据权利要求1所述的基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置，其特征在于，所述量子级联激光器（4）的出射端设有准直单元（5），准直单元（5）与光路耦合整形单元（7）相匹配；所述光电探测器（10）的前端设置有聚焦透镜（9），聚焦透镜（9）设置在光路耦合整形单元（7）和光电探测器（10）之间的光路上。3.根据权利要求1或2所述的基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置，其特征在于，所述光路耦合整形单元（7）包括反射镜（71）和二向色镜（72），反射镜（71）与可见光激光器（6）相适应，二向色镜（72）与量子级联激光器（4）和反射镜（71）相适应。4.根据权利要求3所述的基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置，其特征在于，所述反射镜（71）和二向色镜（72）上均设有镜片调节机构（73）。5.根据权利要求1、2、或4所述的基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置，其特征在于，所述量子级联激光器（4）和可见光激光器（6）均与第一控制电路（3）相连接，第一控制电路（3）与第一MCU（2）相连接。6.根据权利要求5所述的基于量子级联激光器的可燃气体微泄漏检测装置，其特征在于，所述第一控制电路（3）包含电流驱动电路和温度控制电路，电流驱动电路和温度控制电路均与量子级联激光器（4）相连接。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海永，孟庆逍，武传伟，杨清永，王海超，米洛锋，冉顺杰，
申请(专利权)人：汉威科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：