一种激光甲烷传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种激光甲烷传感器

【技术实现步骤摘要】
一种激光甲烷传感器、批量自动标定与测试系统及方法


[0001]本专利技术主要涉及甲烷检测
，具体涉及一种激光甲烷传感器
、
批量自动标定与测试系统及方法
。

技术介绍

[0002]由于煤炭需求量的逐年增加，对于煤炭资源的开采由浅部开采向着深部迈进，导致矿井开采强度也随之加大，矿井发生的灾害事故，瓦斯灾害是导致经济损失最严重
、
伤亡人数最多
、
社会影响最大的煤炭安全事故，是矿井生产的第一灾害
。
由于开采过程中地质构造的特殊性和复杂性，容易导致瓦斯爆炸和突出风险，影响了矿井安全高效的生产，也严重威胁了矿井生产人员的人身安全，因此研究矿井瓦斯气体的精准检测方法，具有重要的实际意义
。
[0003]甲烷
(CH4)
是矿井瓦斯气体的主要组成部分，占瓦斯气体的
70
％
‑
96
％
。CH4气体在煤矿
、
石油化工
、
气站等领域中是一种对人体和环境有严重危害的气体，也是温室气体主要成分之一，对甲烷气体的精准监测至关重要
。21
世纪以来，进入了人类科技的百家争鸣
、
蓬勃发展阶段，运用何种技术进行
CH4气体的精准检测也是科学家们研究的方向
。
[0004]传统气体传感器的种类有很多，包括电化学气体传感器
、
半导体气体传感器
、
催化燃烧气体传感器等
。
然而，传统气体传感器在环境温度
、
气体压强等变化的实际测量环境下，导致检测准确性和示值稳定度的劣化，需要不断对传感器进行校准
。
而光学气体传感器作为一种新型气体传感器，因其气敏机制和系统结构，能够弥补传统气体传感器某些方面的不足，具有重要的研究价值和应用前景
。
[0005]随着激光器行业的发展，可调谐半导体激光器应用到气体传感行业，由于其高波长分辨率
、
窄线宽
、
高功率稳定性等高性能，大大提升了光学气体传感器对气体组分分析的精确度和灵敏度
。
因此，基于可调激光器吸收光谱技术
(TDLAS)
的光纤气体传感器因其灵敏度高
、
抗电磁干扰
、
本质安全
、
网络复用和远程感知等优势应用已经越来越广泛
。
[0006]可协调半导体激光吸收光谱法
(TDLAS)
，是将激光应用在气体分子吸收光谱测量的一种光学与光谱学技术，是一种气体分析检测方法，该技术通过改变注入的电流和温度来调控可协调半导体激光器的线宽和波长，进而测量气体分子的吸收线，最后通过朗伯
‑
比尔
(Lambert
‑
Beer)
定律计算出所测量气体浓度
。TDLAS
技术经过多年的发展历程而日趋成熟，具有灵敏度高
、
可探测气体种类多
、
实时在线监测等优点，因此基于
TDLAS
技术的激光气体传感器克服了市场上现有传感器的缺点，使其塑造了气体检测领域包括矿井化工
、
燃气阀井
、
环境检测的主导地位
。
[0007]但是面对煤矿和阀井等恶劣的应用环境，激光甲烷传感器常常会优先保证高可靠的防水性能，煤矿用和阀井用激光甲烷传感器的防水性能依靠防水透气膜的选型，但防水透气膜的响应速度快则防水性能差，防水性能好则响应速度慢，因此依靠防水透气膜的选型很难满足激光甲烷传感器既保证防水性也能保证响应时间的高可靠性
。
因此激光甲烷传感器在标定测试过程中会出现等待响应时间过长未达国家标准的问题，以及等待响应时间
未充分出现误报的问题
。
[0008]同时，当前激光甲烷传感器中的激光器存在一致性差的问题，导致在标定测试过程中需要一对一的人为计算进行算法补偿，并且人工操作过程繁琐复杂导致激光甲烷传感器的标定和测试效率低，因此无法实现大批量自动标定和测试
。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种保证防水性也能保证响应时间的高可靠性的激光甲烷传感器
、
批量自动标定与测试系统及方法
。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0011]一种激光甲烷传感器，包括基座
、
壳体
、
光路模块和电路板，所述基座的一端设有进气口，所述基座的进气口处沿气体传输方向依次设置有滤网
、
金属烧结板和防水透气膜；所述光路模块安装于所述基座的另一端，所述进气口与所述光路模块的内侧之间形成气体传输空间；所述电路板则固定安装于所述光路模块的外侧；所述壳体的一端密封安装于所述基座的另一端；所述金属烧结板的密度为
90
μ
m
‑
100
μ
m。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进：
[0013]所述金属烧结板与所述防水透气膜之间设有压环，所述压环的高度范围为
1.8
‑
2.2mm。
[0014]所述基座的高度为
19
‑
21mm。
[0015]所述基座上设置有第一环形台阶和第二环形台阶，所述滤网安装在第一环形台阶上，所述金属烧结板安装在第二环形台阶上，所述金属烧结板与第二环形台阶之间设置有第一密封件
。
[0016]所述滤网与所述金属烧结板之间设置有第二密封件
。
[0017]所述防水透气膜为聚四氟乙烯膜
。
[0018]所述滤网为不锈钢滤网
。
[0019]本专利技术还公开了一种如上所述的激光甲烷传感器的批量自动标定与测试系统，包括高低温交变湿热试验箱
、
多路切换板
、
气体密封罐
、
压力控制模块和上位机；多个待测激光甲烷传感器均与多路切换板相连；多个待测激光甲烷传感器均位于气体密封罐内；所述压力控制模块与所述气体密封罐相连通，用于控制气体密封罐内气体的浓度
、
流速和压力；所述气体密封罐位于高低温交变湿热试验箱内，所述高低温交变湿热试验箱
、
多路切换板和压力控制模块均与上位机相连
。
[0020]本专利技术进一步公开了一种基于如上所述的激光甲烷传感器的批量自动标定与测试系统的批量自动标定与测试方法，包括步骤：
[0021]上位机控制高低温交变湿热试验箱的温度和湿度，使其处于标定环境下；
[0022]然后压力控制模块对气体密封罐抽真空；
[0023]气体密封罐抽真空完成后，压力控制模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种激光甲烷传感器，其特征在于，包括基座
(1)、
壳体
(5)、
光路模块
(6)
和电路板
(10)
，所述基座
(1)
的一端设有进气口，所述基座
(1)
的进气口处沿气体传输方向依次设置有滤网
(15)、
金属烧结片
(3)
和防水透气膜
(11)
；所述光路模块
(6)
安装于所述基座
(1)
的另一端，所述进气口与所述光路模块
(6)
的内侧之间形成气体传输空间；所述电路板
(10)
则固定安装于所述光路模块
(6)
的外侧；所述壳体
(5)
的一端密封安装于所述基座
(1)
的另一端；所述金属烧结片
(3)
的密度为
90
μ
m
‑
100
μ
m。2.
根据权利要求1所述的激光甲烷传感器，其特征在于，所述金属烧结片
(3)
与所述防水透气膜
(11)
之间设有压环
(13)
，所述压环
(13)
的高度范围为
1.8
‑
2.2mm。3.
根据权利要求1所述的激光甲烷传感器，其特征在于，所述基座
(1)
的高度为
19
‑
21mm。4.
根据权利要求1或2或3所述的激光甲烷传感器，其特征在于，所述基座
(1)
上设置有第一环形台阶和第二环形台阶，所述滤网
(15)
安装在第一环形台阶上，所述金属烧结片
(3)
安装在第二环形台阶上，所述金属烧结片
(3)
与第二环形台阶之间设置有第一密封件
(4)。5.
根据权利要求4所述的激光甲烷传感器，其特征在于，所述滤网
(15)
与所述金属烧结片
(3)
之间设置有第二密封件
(2)。6.
根据权利要求1或2或3所述的激光甲烷传感器，其特征在于，所述防水透气膜
(11)
为聚四氟乙烯膜
。7.
根据权利要求1或2或3所述的激光甲烷传感器，其特征在于，所述滤网
(15)
为不锈钢滤网
。8.
一种如权利要求1‑7中任意一项所述的激光甲烷传感器的批量自动标定与测试系统，其特征在于，包括高低温交变湿热试验箱
(16)、
多路通道切换板
(17)、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金玉轩，曾世，何峰，周蒙，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十八研究所，
类型：发明
国别省市：