一种用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统技术方案

本发明专利技术公开一种用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统，包括：载波光信号发生器，用于产生载波光信号；气体吸收池群，用于分布放置于待测环境中；分光器，用于将载波光信号分成多路激光光束，并分别通过光纤送入各路气体吸收池中；多功能集成模块，用于将已调光信号分别转换为对应大小的电压信号输出；通道分配器，用于按照预设的通道选通频率，依次将电压信号输出发送到处理模块；处理模块，用于对电压信号进行A/D转换，然后发送至中央处理器进行采集及分析。本发明专利技术大大简化了设备，对于庞大的可燃气使用和传输监控网络的普及使用，大大减低成本和生产、维护成本，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统


[0001]本专利技术涉及气体检测
，尤其涉及一种用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统。

技术介绍

[0002]基于TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)的气体检测方法，是目前对于检测可燃可爆气体的泄漏最理想的方法，因为它是本质安全的。在检测时，只是一束激光通过光纤穿过置于远端待检测环境的探测头(例如气体吸收池)，不用电也不发热，便不会产生静电与电火花，且瞬间就可接收到信息。但是，目前这种检测方法没有普及，有以下诸多原因。
[0003]从技术层面上，基于TDLAS的气体检测方法技术比较复杂。其中，基于TDLAS的气体检测技术大致可分为三大部分：产生载波光信号、气体吸收池、信号处理。
[0004]首先，要用激光器产生准确、稳定的特定波长的光信号，激光器必须温度恒定和激励电流稳定。激励电流稳定比较容易实现，恒温不易实现，使用环境温度变化大，冬夏四季，昼夜温差，不过这种温度变化是缓慢的，容易处理，主要的问题还在于激光器是个热源，它和通过它的电流有平方的关系，目前是激光器加恒温控制器，用温度闭环负反馈，但是，必须感知到激光器有温升才会通过制冷器冷却，这很难保证好的恒温的效果，作为补救方法，采用扫描方法，通过周期变化的电流让激光波长在指定波长附近来回扫描(激励电流大小来回变化)，允许激光波长微幅偏移，这就带来一个问题，电流的周期变化导致激光器温度的周期性波动。<br/>[0005]其次，气体吸收池是放置在现场的，通常现场环境也比较恶劣，也不便维护人员进行维护，甚至是有危险的，所以，维护是一个难题。
[0006]最后，常规的信号的处理步骤是光电转换、高通滤波、锁相放大、再A/D转换送到CPU进行数据处理。这些环节不仅对器件要求高，各项参数严格，免不了带来附加的噪声和信号失真，增加了后续信号处理的难度。
[0007]从成本层面，如果一个监测点使用上述一套设备，显然是十分庞杂且昂贵的，其中激光器、光电转换器、高通滤波器、锁相放大器以及A/D转换器都是比较价高的器件，加上系统的高技术含量，需要高层次人才投入。因此，目前的基于TDLAS的气体检测方法并不适用于对于气体的大规模检测。
[0008]鉴于此，实有必要提供一种用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统以克服上述缺陷。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统，旨在改善目前的气体检测方法不适用于大规模检测的问题，降低检测成本，并且保证检测精确度。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统，包
括：
[0011]载波光信号发生器，用于产生稳定的覆盖待测气体吸收光谱的载波光信号；
[0012]气体吸收池群，包括多路气体吸收池，用于分布放置于待测环境中；其中，每个所述气体吸收池的两端连接光纤，所述激光光束经过气室后使得预设波长的光被待测气体部分吸收形成已调光信号；
[0013]分光器，用于将单个所述载波光信号发生器产生的载波光信号分成多路激光光束，并分别通过光纤送入各路所述气体吸收池中；
[0014]多功能集成模块，用于将所述多路气体吸收池的已调光信号分别转换为对应大小的电压信号输出；
[0015]通道分配器，与中央处理器连接，用于按照预设的通道选通频率，依次将所述多功能集成模块的电压信号输出发送到处理模块；
[0016]处理模块，包括A/D转换器；所述A/D转换器与所述通道分配器选通的所述多功能集成模块的输出端连接，用于对所述电压信号进行A/D转换，然后发送至所述中央处理器进行采集及分析，从而得到所述待测环境中的所述待测气体的含量信息。
[0017]在一个优选实施方式中，所述载波光信号发生器通过专用芯片产生加直流偏移的三角波，并转换为稳定电流信号激励激光器，从而使得产生的载波光信号覆盖所述待测气体的吸收光谱。
[0018]在一个优选实施方式中，所述激光器通过带激励电流补偿的温度闭环控制器来控制其温度。
[0019]在一个优选实施方式中，所述分光器可根据需求增加多级分光，每级分光后的载波光信号分别通过各自的光纤连接对应的所述气体吸收池。
[0020]在一个优选实施方式中，接入到所述气体吸收池的光纤端面设有表面自洁的透镜，从而对经过所述光纤的载波光信号进行聚焦。
[0021]在一个优选实施方式中，所述多功能集成模块包括运算放大器、相并联的光电二极管与电阻；所述光电二极管用于将所述已调光信号转换为相应的电压信号；所述运算放大器连接成同相加法放大器，用于将所述光电二极管转换得到的电压信号、所述载波光信号发生器转换得到的电压信号以及附加直流信号代数相加并放大，从而完成光电转换、解调与放大。
[0022]在一个优选实施方式中，所述通道分配器通过所述中央处理器自动控制或者接收人机互动发送的指令，按照确认的通道选通频率将所述多功能集成模块的电压信号输出发送到所述A/D转换器；其中，所述通道选通频率根据预定规则自动产生。
[0023]在一个优选实施方式中，所述处理模块包括一个处理器及分别与所述处理器连接的多个A/D转换器；每个所述A/D转换器通过所述通道分配器与多个所述多功能集成模块连接，从而通过预定规则实现多路信号的采集。
[0024]在一个优选实施方式中，信号采集的所述预定规则为根据采集的气体浓度信息来调整各路所述A/D转换器采集的优先次序和采样频率。
[0025]在一个优选实施方式中，还包括警报器；所述警报器用于根据各个所述气体吸收池的所述待测气体的含量来进行分级别报警以及远程信息上传。
[0026]本专利技术提供的用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统，通过多功能集成模块同
时完成光电转换、解调和放大，节省昂贵器件，又提高信噪比和信号保真度、使检测结果更精准；另外，通过通道分配器，实现主动监测和重点布控，提高系统使用效率，适合大规模应用；同时通过处理模块，分析电压输出数据，确认各路气体吸收池的监控频率，控制通道分配器，选通优先的通道，实现重点监控功能。因此，通过通道分配器的使用，简化了设备的复杂性，实现了智能监控，还节省传统检测方法大量的比较昂贵的模数转换芯片和中央处理器，从而大量共享同类器件，大大简化了设备，对于庞大的可燃气使用和传输监控网络的普及使用，大大减低成本和生产、维护成本，实用性强。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0028]图1为本专利技术提供的用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统的框架图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统，其特征在于，包括：载波光信号发生器，用于产生稳定的覆盖待测气体吸收光谱的载波光信号；气体吸收池群，包括多路气体吸收池，用于分布放置于待测环境中；其中，每个所述气体吸收池的两端连接光纤，所述激光光束经过气室后使得预设波长的光被待测气体部分吸收形成已调光信号；分光器，用于将单个所述载波光信号发生器产生的载波光信号分成多路激光光束，并分别通过光纤送入各路所述气体吸收池中；多功能集成模块，用于将所述多路气体吸收池的已调光信号分别转换为对应大小的电压信号输出；通道分配器，与中央处理器连接，用于按照预设的通道选通频率，依次将所述多功能集成模块的电压信号输出发送到处理模块；处理模块，包括A/D转换器；所述A/D转换器与所述通道分配器选通的所述多功能集成模块的输出端连接，用于对所述电压信号进行A/D转换，然后发送至所述中央处理器进行采集及分析，从而得到所述待测环境中的所述待测气体的含量信息。2.如权利要求1所述的用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统，其特征在于，所述载波光信号发生器通过专用芯片产生加直流偏移的三角波，并转换为稳定电流信号激励激光器，从而使得产生的载波光信号覆盖所述待测气体的吸收光谱。3.如权利要求2所述的用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统，其特征在于，所述激光器通过带激励电流补偿的温度闭环控制器来控制其温度。4.如权利要求1所述的用于单机多路气体泄漏巡检的TDLAS系统，其特征在于，所述分光器可根据需求增加多级分光，每级分光后的载波光信号分别通过各自的光纤连接对应的所述气体吸收池。5.如权利要求1所述的用于单机多路气...

【专利技术属性】
技术研发人员：董斌，颜玉崇，陈冲，黄衍堂，项小平，由倩倩，
申请(专利权)人：福建美营自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：