一种自动校准开路式激光气体探测装置及实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了气体探测技术领域中的一种自动校准开路式激光气体探测装置及实现方法，该气体探测装置中，电路控制处理系统驱动激光器发出工作波长激光，光纤耦合器用于将激光器发出的工作波长激光分光形成信号光和参考光，信号光经过开路环境后入射至第一光电探测器，参考光经过标准气室后入射至第二光电探测器；该实现方法包括发射激光信号、激光信号分别穿过开路环境和标准气室、对比探测结果并进行校准和标定等步骤。本发明专利技术克服了现有技术中开路环境的检测系统无法标定的缺陷，通过标准气室对开路环境的检测进行校准和标定，使得整个系统更加可靠和智能化。统更加可靠和智能化。统更加可靠和智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种自动校准开路式激光气体探测装置及实现方法


[0001]本专利技术涉及气体探测
，具体的说是涉及一种自动校准开路式激光气体探测装置及实现方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国经济实力日益增长，对能源需求不断提高，为了推动可持续发展和绿色发展，我国已经在逐步调整能源分布结构，从之前的煤炭能源转变成现在的天然气能源。2020年全年中国天然气累计产量超1888亿立方米，同比增长9.8％，连续四年增产超过100亿立方米，2020年全年中国天然气进口量累计达到10166万吨，同比增长5.3％。天然气主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，还有一些其他气体(如硫化氢、二氧化碳等)。在天然气的开采、运输和存储中，总是不可避免的存在各种泄漏问题，一旦这些气体泄漏没有及时发现和处理，会带来很严重的后果(包括造成环境污染和引发爆炸事故)，这不但会带来巨大的经济损失，还极大的危害到了人民的生命安全，造成不良的社会影响。因此，为了减少环境污染，保障社会安全，通过探测器及时检测气体泄漏问题是大势所趋。
[0003]目前常用的检测天然气的探测器有催化燃烧式探测器、半导体式探测器和电化学式探测器等，但是这些探测器具有灵敏度低、响应速度慢、抗干扰能力差、容易受到其他气体的干扰或中毒效应等缺陷。为了减少环境污染和保障社会稳定，需要一种能够及时、稳定、准确的检测甲烷等气体浓度的探测器，开路气体检测系统能够满足上述要求。
[0004]现有的开路检测系统主要由要由发射器、接收器、反光板三个部件组成，其中：发射器由分布式反馈光纤、准直器、单片机控制电路等部分组成；接收器由探测器、小信号放大电路、信号提取电路、单片机信号处理等部分构成。在检测过程中，光源准直后传输到有待测气体的开路环境中，入射光经待测气体吸收衰减后被光电探测器接收并把探测到的光信号转换成电信号，再通过电路对该微弱电信号进行放大，最后使用CPU对放大后的电信号进行处理分析。
[0005]现有的开路气体检测系统无法进行探测过程中的校准和标定，这是由于开路气体检测系统应用于开路环境中，无法将整个开路环境全部填充标准气体去做标定，全部填充气体的方式既难实现又会造成环境污染。而且为了保证系统的准确性和稳定性，往往需要比较频繁的去做标定，这会耗费大量的人力物力成本。
[0006]上述缺陷，需要解决。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术开路环境的检测系统无法自动校准、标定的缺陷，本专利技术提供一种自动校准开路式激光气体探测装置及实现方法，可以通过标准气室对开路环境的检测进行实时的校准和标定，使得整个系统更加可靠和智能化。
[0008]本专利技术技术方案如下所述：
[0009]一种自动校准开路式激光气体探测装置，包括光路系统和与所述光路系统连接的电路控制处理系统，其特征在于，
[0010]所述光路系统包括激光器、光纤耦合器、标准气室、与开路环境连接的第一光电探测器、与标准气室连接的第二光电探测器，所述标准气室内密封有标准气体，所述激光器发出的工作波长激光经所述光纤耦合器分光形成信号光和参考光，所述信号光经过所述开路环境后入射至所述第一光电探测器，所述参考光经过标准气室后入射至第二光电探测器；
[0011]所述电路处理系统连接所述激光器并驱动所述激光器发出工作波长激光，所述电路处理系统连接所述第一光电探测器、所述第二光电探测器，并通过标准气室内的气体浓度与长度的乘积值实现对开路环境中待测气体浓度与长度的乘积值的实时自动校准。
[0012]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述激光器与所述光纤耦合器之间光纤熔接连接。
[0013]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述光路系统还包括波分复用器、可见光光源，所述光纤耦合器、所述可见光光源均与所述波分复用器之间光纤熔接连接，所述光纤耦合器输出的信号光与波分复用器的一个输入端连接，所述可见光光源发出指示波长激光与所述波分复用器的另一输入端连接，所述波分复用器用于将所述信号光和所述指示波长激光复合并同光纤输出，复合后的光线照射至所述开路环境。
[0014]另一方面，所述开路环境的光线入射端设有抛物面反射镜，所述波分复用器同光纤输出的复合光线经由所述抛物面反射镜反射后准直射入所述开路环境。
[0015]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述开路环境的光线准直入射端和光线接收端均位于同一侧，所述开路环境的另一侧设有反光板，准直入射至所述开路环境的光线经由所述反光板反射后入射至接收端的所述第一光电探测器。
[0016]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述标准气体为纯待测气体，或所述标准气体为待测气体和惰性气体的混合物。
[0017]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述电路控制处理系统内设有调制电路，所述调制电路用于控制所述激光器产生的激光波长在待测气体吸收峰中心波长范围内自动扫描。
[0018]另一方面，一种自动校准开路式激光气体探测的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0019]S100、电路控制处理系统控制激光器发射激光信号；
[0020]S200、分别获取激光信号穿过开路环境的光信号、激光信号穿过标准气室后的光信号；
[0021]S300、对比两路光信号的探测结果，通过穿过标准气室后的光信号的检测结果对穿过开路环境的光信号的检测结果进行校准、标定。
[0022]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，在步骤S100中，电路控制处理系统内的调制电路控制激光器波长扫描，实现激光波长在待测气体吸收峰中心波长附近自动往复扫描；激光器发射的工作波长激光经过光纤耦合器分别发送至开路环境和标准气室，经过开路环境和标准气室的激光来源于相同激光光源，实现对两路气室气体的同步同频波长扫描。
[0023]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，在步骤S300中，通过两路光电探测器分别接收穿过开路环境的光信号和穿过标准气室后的光信号，并将对应的光信号转变为电信号，
实现两路光探测信号的同步同频采集；将电信号经过小信号放大电路放大后再提取电信号的相关特征信息进行比较计算，得到经过标准气室校准后的开路环境待测气体浓度与长度乘积值的信息。
[0024]根据上述方案的本专利技术，其有益效果在于，本专利技术的开路检测系统采用激光光源，具有检测距离长、检测精度高、响应速度快、不受外界环境干扰、不受其他气体成分干扰等优势，同时通过光纤耦合器进行分光，通过参考光与标准气室对信号光、开路环境进行校准和标定，保证系统检测过程的准确性和实时性，整个系统更加可靠和智能化。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的系统原理图；
[0026]图2为专利技术的结构示意图。
[0027]在图中，各个附图标号为：
[0028]1‑
电路控制处理系统；2
‑
激光器；3
‑
光纤耦合器；4
‑
可见光光源；5
‑
波分复用器；6
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动校准开路式激光气体探测装置，包括光路系统和与所述光路系统连接的电路控制处理系统，其特征在于，所述光路系统包括激光器、光纤耦合器、标准气室、与开路环境连接的第一光电探测器、与标准气室连接的第二光电探测器，所述标准气室内密封有标准气体，所述激光器发出的工作波长激光经所述光纤耦合器分光形成信号光和参考光，所述信号光经过所述开路环境后入射至所述第一光电探测器，所述参考光经过标准气室后入射至第二光电探测器；所述电路处理系统连接所述激光器并驱动所述激光器发出工作波长激光，所述电路处理系统连接所述第一光电探测器、所述第二光电探测器，并通过标准气室内的气体浓度与长度的乘积值实现对开路环境中待测气体浓度与长度的乘积值的实时自动校准。2.根据权利要求1所述的自动校准开路式激光气体探测装置，其特征在于，所述激光器与所述光纤耦合器之间光纤熔接连接。3.根据权利要求1所述的自动校准开路式激光气体探测装置，其特征在于，所述光路系统还包括波分复用器、可见光光源，所述光纤耦合器、所述可见光光源均与所述波分复用器之间光纤熔接连接，所述光纤耦合器输出的信号光与波分复用器的一个输入端连接，所述可见光光源发出指示波长激光与所述波分复用器的另一输入端连接，所述波分复用器用于将所述信号光和所述指示波长激光复合并同光纤输出，复合后的光线照射至所述开路环境。4.根据权利要求3所述的自动校准开路式激光气体探测装置，其特征在于，所述开路环境的光线入射端设有抛物面反射镜，所述波分复用器同光纤输出的复合光线经由所述抛物面反射镜反射后准直射入所述开路环境。5.根据权利要求1所述的自动校准开路式激光气体探测装置，其特征在于，所述开路环境的光线准直入射端和光线接收端均位于同一侧，所述开路环境的另一侧设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：卿笃安，卿添，高帅兵，罗诗文，
申请(专利权)人：深圳市诺安环境安全股份有限公司，
类型：发明
国别省市：