本发明专利技术公开了一种甲烷气体浓度在线检测装置，包括显示模块、声光报警模块、CPU模块、采样头和电源模块，所述采样头包括采样气室，所述采样气室的前端设有进气口，后端设有激光器、光电探测器、温度传感器、压力传感器和信号处理器，在激光器与光电探测器支间设有中空光纤，所述中空光纤的一端靠近激光器并与激光器的发射端正对，另一端靠近光电探测器并与光电探测器的接收端正对。本发明专利技术能够提供超高数量级的光程，减小光衰减对检测精度的影响，从而提高检测精度。提高检测精度。提高检测精度。
【技术实现步骤摘要】
一种甲烷气体浓度在线检测装置
[0001]本专利技术涉及气体检测
，尤其涉及一种甲烷气体浓度在线检测装置。
技术介绍
[0002]目前的居民生活、工业生产中都可能会产生较多的有毒有害气体，其中，瓦斯气体(主要成分甲烷)成为城市居民安全的重大安全隐患。目前，国内甲烷浓度传感器主要采用催化、热导原理、用红外原理等进行检测。但上述方式都存在着各种缺点，催化原理的测量范围窄(0～4％)、长期稳定性差、易受水及其他气体干扰、寿命短等缺。热导原理存在测量精度低、受水、水汽影响后长期稳定性差、寿命短等特点。红外原理受水汽影响较严重，监测所用传感器多是电化学的，用上一段时间会失效，稳定性不佳。
[0003]同时，现有的激光甲烷传感器，采样头大多为腔室结构，在腔室内安装激光发射器和探头，气体进入腔室后，启动激光发射器，光束在腔室内多次反射后到达探头，在甲烷浓度检测过程中，通常光程越长，激光与甲烷接触越充分，这样甲烷对激光的吸收效果越好，从而能够使激光检测的准确度更高。而目前的光束反射，主要是通过反射镜来实现，如果需要增加光路路程，就需要增加反射镜，这就造成采样头的结构、加工都价位复杂，并且，由于采样头的体积限制，光束的路程也受到较大限制，当光程达到一定长度后，目前基本为10cm，要进一步增加就非常困难。另外，由于甲烷检测中，受温度影响非常大，在光束反射过程中，还会造成光束能量的衰减，使得采样过程中的误差较大，这样在根据采样数据进行浓度解算过程中，都需要对温度造成的影响进行误差补偿，目前的解算模型对误差的补偿精确度较低，也会较大影响气体浓度的检测的准确性。
[0004]因此，如何提供一种结构简单，检测准确度高的在线检测装置，是本领域技术人员继续解决的技术问题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种甲烷气体浓度在线检测装置，能够提供超高数量级的光程，减小光衰减对检测精度的影响，从而提高检测精度，并通过全新的温度补偿模型，克服温度对检测精度的影响，进一步有效提高在线检测装置的检测精度。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种甲烷气体浓度在线检测装置，包括显示模块、声光报警模块、CPU模块、采样头和电源模块，所述显示模块、声光报警模块和采样头均与CPU模块相连，电源模块为各电气元件供电；其特征在于：所述采样头包括采样气室，所述采样气室的前端设有进气口，后端设有激光器、光电探测器、温度传感器、压力传感器和信号处理器，在激光器与光电探测器支间设有中空光纤，所述中空光纤的一端靠近激光器并与激光器的发射端正对，另一端靠近光电探测器并与光电探测器的接收端正对；所述光电探测器、温度传感器和压力传感器均与信号处理器相连，经该信号处理器后与CPU模块相连，CPU模块接收经信号处理器处理后的数据后，根据该数据进行解算，
得到甲烷浓度数据，并将甲烷数据发送至显示模块进行显示；同时，当甲烷数据超过安全阈值时，控制声光报警模块进行警示。
[0007]进一步地，所述CPU模块具有甲烷浓度解算模型和温度补偿模型，其中，甲烷浓度解算模型为：
[0008]I(ν)＝I0(ν)*exp[
‑
S(T)*g(ν
‑
ν0)*P*C*L]；
[0009]所述温度补偿模型的补偿过程如下：
[0010]1)在激光传感器的工作温度范围内均匀设置数个温度点，在检测装置的测量量程内间隔设置数个浓度特征点，对应每个温度点和浓度特征点标定出对应的吸光值；
[0011]2)通过温度传感器获取实际温度T
测
，然后通过解算模型得到气体初始浓度值C0；
[0012]3)判断C0，若超过设定安全阈值，则直接对外输出并报警；否则，判断C0所在的浓度特征点区间，分析C0与相邻两浓度特征点的偏离程度，选择偏离程度较小的浓度特征点为参考浓度特征点；
[0013]4)根据实际温度T
测
，判断T
测
所在的温度点区间，获取其上一个温度点T1和下一个温度点T2，确定参考浓度特征点的上一个温度点的吸光值A
吸上
和下一个温度点的吸光值A
吸下
；利用1/2插值法计算相邻两温度点的均值温度T
中1
对应吸光值A1：A1＝(A
吸上
+A
吸下
)/2；然后根据吸光值A1计算出对应的浓度C1；
[0014]5)计算C1和C0的绝对值差，如果小于设定误差阈值，结束补偿，输出C1；如果大于设定误差阈值，以T1、T
中1
、T2为参考区间，重新确定T
测
所在的温度区间，再次用1/2插入法确定均值温度T
中2
对应吸光值A2，然后根据吸光值A2计算出对应的浓度C2；
[0015]6)计算C2和C1的绝对值差，如果小于设定误差阈值，结束补偿，输出C2；如果大于设定误差阈值，重复步骤5)，继续在新的温度区间内，用1/2插入法确定均值温度T
中n
对应吸光值A
n
，然后根据A
n
计算出对应的浓度C
n
；
[0016]7)计算C
n
和C
n
‑1的绝对误差，判断该绝对误差是否小于设定误差阈值，若是，则结束补偿，输出最后一次补偿得到的浓度值为甲烷浓度值；否则，继续利用1/2插值法进行迭代，直至完成迭代时间或迭代次数后，将最后一次得到的浓度值输出为甲烷浓度值。
[0017]进一步地，温度和甲烷吸收系数对应拟合方程为：K(T)＝84.99148
‑
0.15036*T，其中，T＝273.15+t，t为环境温度。
[0018]进一步地，吸光值与甲烷吸收系数的关系为：A＝K(T)*C*L，其中，A为吸光值，K为吸收系数；C为气体浓度，摩尔分数；L为光程。
[0019]进一步地，所述激光器发射的激光的波长为1653.27
±
1nm。
[0020]进一步地，所述中空光纤呈S形绕设在采样气室内。
[0021]进一步地，在采样气室的进气口设置有过滤网。
[0022]进一步地，还包括信号输出模块和遥控接收模块。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0024]1)建立了一个不同的激光系统，选用1653.27
±
1nm激光，利用敏感的吸收光谱来监测甲烷，利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成高分辨率吸收光谱的原理来测量气体浓度，具有本质安全，测量范围宽、精度高、工作稳定性好、使用寿命长、响应时间快等突出优点。
[0025]2)气室内采用中空光纤，其长度可设置为100cm及以上，形成超高数量级的光程路
径，并且光程长度是确定的，能够准确获取，不受传统的依靠镜面反射测试受传感器头气内腔空间限制，降低原体积较大的劣势，并且光程呈数量级增加，能有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种甲烷气体浓度在线检测装置，包括显示模块、声光报警模块、CPU模块、采样头和电源模块，所述显示模块、声光报警模块和采样头均与CPU模块相连，电源模块为各电气元件供电；其特征在于：所述采样头包括采样气室，所述采样气室的前端设有进气口，后端设有激光器、光电探测器、温度传感器、压力传感器和信号处理器，在激光器与光电探测器支间设有中空光纤，所述中空光纤的一端靠近激光器并与激光器的发射端正对，另一端靠近光电探测器并与光电探测器的接收端正对；所述光电探测器、温度传感器和压力传感器均与信号处理器相连，经该信号处理器后与CPU模块相连，CPU模块接收经信号处理器处理后的数据后，根据该数据进行解算，得到甲烷浓度数据，并将甲烷数据发送至显示模块进行显示；同时，当甲烷数据超过安全阈值时，控制声光报警模块进行警示。2.根据权利要求1所述的一种甲烷气体浓度在线检测装置，其特征在于：所述CPU模块具有甲烷浓度解算模型和温度补偿模型，其中，甲烷浓度解算模型为：I(ν)＝I0(ν)*exp[
‑
S(T)*g(ν
‑
ν0)*P*C*L]；所述温度补偿模型的补偿过程如下：1)在激光传感器的工作温度范围内均匀设置数个温度点，在检测装置的测量量程内间隔设置数个浓度特征点，对应每个温度点和浓度特征点标定出对应的吸光值；2)通过温度传感器获取实际温度T
测
，然后通过解算模型得到气体初始浓度值C0；3)判断C0，若超过设定安全阈值，则直接对外输出并报警；否则，判断C0所在的浓度特征点区间，分析C0与相邻两浓度特征点的偏离程度，选择偏离程度较小的浓度特征点为参考浓度特征点；4)根据实际温度T
测
，判断T
测
所在的温度点区间，获取其上一个温度点T1和下一个温度点T2，确定参考浓度特征点的上一个温度点的吸光值A
吸上
和下一个温度点的吸光值A
吸下
；利用1/2插值法计算相邻两温度点的均值温度T
中1
对应吸光值A1：A1＝(A
吸上
+A
吸下
【专利技术属性】
技术研发人员：刁家久，
申请(专利权)人：重庆益成玖科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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