一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及稻田甲烷气体浓度检测技术领域，具体涉及一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置及检测方法，该装置包括无盖壳体，在无盖壳体中由下而上依次设置的包括电源、数据采集模块、驱动电路和检波电路的电路控制室、包括激光器和光电探测器的激光收发室和半开放式的多孔陶瓷气室，数据采集模块通过驱动电路控制激光器产生被调制的第一激光信号，第一激光信号经多孔陶瓷气室得到携带有气体特征吸收光谱的第二激光信号，光电探测器将第二激光信号转换为电信号并经检波电路后发送给数据采集模块，数据采集模块的输出端与外部的计算机相连。本发明专利技术不仅体积小，方便携带，而且由于其气室为开放式的气室，因此可以直接进行现场在线检测。

A detection device and method of methane concentration based on TDLAS

【技术实现步骤摘要】
一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置及检测方法
本专利技术涉及稻田甲烷气体浓度检测
，具体涉及一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置及检测方法。
技术介绍
可调谐二极管激光吸收光谱(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)技术是上世纪80年代由美国科学家提出的，该技术是一种高灵敏、高分辨、快速、长时间动态在线监测的气体检测方法。通过采用窄带宽和波长可调的激光实现对气体分子的选择性吸收进行测量，精准地获取被测气体的浓度、温度和压力等参数。经过几十年的研究发展，TDLAS技术已经在环境大气及工业过程领域表现出了广泛的应用前景，实现了对CO2，CH4，CO等几十种常见气体浓度的高灵敏检测。在TDLAS系统中，尤其对于微量气体的弱吸收进行检测时，需要长光程气体吸收室来增强光程，提高探测最低检测限。目前常用的气室为赫里奥特吸收池，但是该吸收池价格较贵，而且体积较大，限制了TDLAS系统的小型化应用。另一方面，采用赫里奥特吸收池，在气体实际检测中，需要将待测气体抽样到吸收池中，无法满足在线检测的需求。因此，针对环境气体的高灵敏在线检测需求，TDLAS技术与开放式长光程技术结合发展出一种开放光程TDLAS方法。专利技术人在实践中，发现上述现有技术存在以下缺陷：上述基于TDLAS技术的开放式光程气体浓度检测装置受外界环境因素的影响较大，如大气颗粒物等，而且在应用于稻田甲烷气体检测时，该测量设备体积较大，不方便携带。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置及检测方法，所采用的技术方案具体如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置，该检测装置包括无盖壳体，该检测装置还包括在所述无盖壳体中由下而上依次设置的包括电源、数据采集模块、驱动电路和检波电路的电路控制室、包括激光器和光电探测器的激光收发室和半开放式的多孔陶瓷气室，所述数据采集模块通过所述驱动电路控制所述激光器产生被调制的第一激光信号，所述第一激光信号经过所述多孔陶瓷气室后得到携带有气体特征吸收光谱的第二激光信号，所述光电探测器将所接收的所述第二激光信号转换为电信号并经所述检波电路检波后发送给所述数据采集模块，所述数据采集模块的输出端与外部的计算机相连。第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测方法，其特征在于，该检测方法包括以下步骤：根据待测气体确定被调制的第一激光信号，将所述第一激光信号入射到多孔陶瓷气室，所述多孔陶瓷气室为半开放式气室；所述第一激光信号在所述多孔陶瓷气室中经过所述待测气体吸收后得到携带有气体特征吸收光谱的第二激光信号；将所述第二激光信号转换为电信号后进行检波，得到二次谐波信号；对所述二次谐波信号进行处理后得到待测气体的浓度。本专利技术具有如下有益效果：由于本专利技术实施例的气室采用半开放式的多孔陶瓷气室，并且将激光器和光电探测器同侧设置，采用后向散射式的方式对激光进行收集，不仅能够增强光程而且能够提高陶瓷气室的利用率。本专利技术实施例所提供的检测装置不仅体积小，方便携带，而且由于其气室为开放式的气室，因此可以直接进行现场在线检测。附图说明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和优点，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的介绍，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它附图。图1为本专利技术一个实施例所提供的一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置的框图；图2为本专利技术另一个实施例所提供的关于壳体的结构示意图；图3为关于厚度和孔隙率与等效平均光程的关系图；图4为关于激光器和探测器的相对位置与等效光程的关系图；图5为本专利技术另一个实施例所提供的待测气体检测过程框图；图6为本专利技术另一个实施例所提供的关于陶瓷气室的结构示意图。具体实施方式为了更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置及检测方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。需要说明的是，当元件被称为“设置”或者“连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的属于只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。下面结合附图具体的说明本专利技术所提供的一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测方法及检测系统的具体方案。请参阅图1和图2，其中，图1示出了本专利技术一个实施例提供的一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置的框图，图2示出了关于壳体的结构示意图，目前测量稻田中甲烷气体含量的气体检测装置的体积较大，不方便携带。为了解决该问题，本专利技术实施例所提供的一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置包括无盖壳体10，在该无盖壳体10中由下而上依次设置有电路控制室300、激光收发室200和多孔陶瓷气室100。具体的，无盖壳体10是指在该壳体的上端是开放的，不封闭的。在电路控制室300中安装有电源30、数据采集模块31、驱动电路32和检波电路33。电源30为各个模块进行供电，保证电路的正常运行。数据采集模块31用于控制驱动电路32的输出，同时采集数据。驱动电路32用于输出加载有所述调制信号的高频调制信号，并控制激光器21输出被调制的第一激光信号。检波电路33用于对光电探测器22所发送的电信号进行检波，获得二次谐波。该数据采集模块31的输出端与外部的计算机40相连，通过外部的计算机40的计算获得甲烷气体的浓度。在激光收发室200中安装有激光器21和光电探测器22，激光器21用于向多孔陶瓷气室100中入射携带有调制信号的第一激光信号；光电探测器22用于接收从多孔陶瓷气室100中散射出的第二激光信号，并将该第二激光信号转换为电信号。多孔陶瓷气室100为半开放式的气室，由于其为多孔散射介质，该多孔散射介质具有较强的光散射性，使得其具有明显的光程增强特性。在第一激光信号经过该多孔陶瓷气室100后得到携带有气体特征吸收光谱的第二激光信号。请参阅图5，具体到本实施例中，在进行探测时采用后向式探测，后向式探测相较于直接透射式探测，光走的路程更长，可以提高陶瓷的光程增强效果；并且相较于直接透射式探测，陶瓷气室的利用率更高，可以更快的储存待测气体。综上所述，本专利技术实施例公开了一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置，该检测装置包括无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置，该检测装置包括无盖壳体，其特征在于，该检测装置还包括在所述无盖壳体中由下而上依次设置的包括电源、数据采集模块、驱动电路和检波电路的电路控制室、包括激光器和光电探测器的激光收发室和半开放式的多孔陶瓷气室，所述数据采集模块通过所述驱动电路控制所述激光器产生被调制的第一激光信号，所述第一激光信号经过所述多孔陶瓷气室后得到携带有气体特征吸收光谱的第二激光信号，所述光电探测器将所接收的所述第二激光信号转换为电信号并经所述检波电路检波后发送给所述数据采集模块，所述数据采集模块的输出端与外部的计算机相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置，该检测装置包括无盖壳体，其特征在于，该检测装置还包括在所述无盖壳体中由下而上依次设置的包括电源、数据采集模块、驱动电路和检波电路的电路控制室、包括激光器和光电探测器的激光收发室和半开放式的多孔陶瓷气室，所述数据采集模块通过所述驱动电路控制所述激光器产生被调制的第一激光信号，所述第一激光信号经过所述多孔陶瓷气室后得到携带有气体特征吸收光谱的第二激光信号，所述光电探测器将所接收的所述第二激光信号转换为电信号并经所述检波电路检波后发送给所述数据采集模块，所述数据采集模块的输出端与外部的计算机相连。


2.根据权利要求1所述的一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置，其特征在于，所述无盖壳体贴合所述多孔陶瓷气室的周面上设有多个透气孔。


3.根据权利要求1或者2所述的一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置，其特征在于，所述驱动电路包括与所述数据采集模块相连的信号调制电路和跨接于所述信号调制电路和所述激光器之间的电流温度控制电路。


4.根据权利要求3所述的一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置，其特征在于，所述检波电路包括与所述光电探测器相连的电流放大电路和跨接于所述电流放大电路和所述数据采集模块之间的相位检波电路。


5.根据权利要求3所述的一种基于TDLAS的甲烷气体浓度的检测装置，其特征在于，所述多孔陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，王顺，李冬贤，张燕燕，苏睿，胡建东，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41