一种气体探测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种气体探测装置及方法，所述装置包括：红外光源

【技术实现步骤摘要】
一种气体探测装置与方法


[0001]本专利技术涉及气体探测
，特别是涉及一种气体探测装置与方法
。

技术介绍

[0002]在燃气泄露检测工作中，有效区分泄露气体是天然气还是生物气
(
沼气
)
是非常重要的
。
天然气和沼气的主要成分都是甲烷
(CH4)
，区别在于天然气的成分中除了甲烷
(CH4)
还会有乙烷
(C2H6)
，而沼气中不会存在乙烷
。
因此检测泄漏燃气样品中是否存在乙烷是分辨天然气泄露还是沼气的有效方法
。
当检测出的燃气样品中含有乙烷成分，可以肯定待测气体是输气管道中的天然气或其它可燃气，否则是地下沼气
。
[0003]传统的检测方法是采用气相色谱分离原理结合传感器技术，先用气相色谱分离技术将甲烷和乙烷从时间上分离开来，然后采用传感器检测甲烷和乙烷
。
这种方法存在如下缺点：
1)
分离气体成分的色谱柱材料不能受到污染，否则会影响分离效率；
2)
采样时间和气体流速必须严格控制以保证检测的准确性；
3)
传感器必须有足够的灵敏度且不会因为气体中毒；
4)
因为传感器的交叉干扰导致很难准确测量浓度；
5)
色谱分离需要较长的等待时间，因此响应时间较慢，无法实现实时检测
。
[0004]另一方面，
CN209264546U/>公开了一种气体吸收室，其为多次反射型气室，通过在通孔内设置平凸透镜可提高整个气室的相对孔径，使能量利用率更高；室内通过面对面设置的第一反射镜及第二反射镜，可实现多次反射使得气体吸收室具有光程长
、
容积小的特点
。
将该气体吸收室用于气体探测，有利于使整个装置体积小
、
使用方便
、
准确率高
。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种新的燃气识别技术，该方法可以在实际操作中准确快速的识别乙烷的存在，提升燃气泄漏检测的效率
。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种气体探测装置，其包括：红外光源
、
多次反射型气室及红外探测器，所述多次反射型气室的两端分别设有气室进气口和气室出气口，所述红外光源设置于所述多次反射型气室的邻近所述气室进气口的一端外，所述红外探测器设置于所述多次反射型气室的邻近所述气室出气口的一端外，且所述红外探测器具有双通道，其中，第一测量通道的的光谱范围在
3.2
～
3.5
μ
m
，第二测量通道的光谱范围在
7.5
～8μ
m。
该方法用于判断待测气体中是否存在乙烷
。
[0008]如图1和图2所示，甲烷在3～9μ
m
的红外光谱段存在两个光谱吸收带，一个在
3.2
～
3.5
μ
m
范围内，另一个在
7.3
～
8.2
μ
m
范围内
。
乙烷在3～9μ
m
的红外光谱段也有两个吸收带，一个也在
3.2
～
3.5
μ
m
范围内，另一个在
6.5
～
7.5
μ
m
范围内
。
甲烷和乙烷在3～5μ
m
范围内的吸收带有很大的重合区域，但是在6～9μ
m
范围内的重合区域很小，更多的是非重合区域
。
由于天然气和沼气中都存在甲烷，第一通道内甲烷和乙烷都有吸收，而第二通道内没有乙烷吸收，所以可以通过两个通道之间的光强比值来判定是否存在乙烷
。
由于天然气和沼气的
主要成分为甲烷，因此泄漏气体中甲烷的浓度总是远高于乙烷浓度
。
通过第一通道透过光强和第二通道透过光强的比值来判断：如果待测气体中只有甲烷而不含有乙烷，则即使不同的待测气体中的甲烷浓度不同，该不同的待测气体分别对应的所述比值也是相对稳定的，会处于一个较小的范围内；而如果待测气体中同时存在甲烷和乙烷，第一通道内增加了乙烷的吸收，导致第一通道的透过光强低于前述的只有甲烷的情况，从而导致所述比值较只有甲烷的情况小
。
因此，利用比值法可以不用准确检测气体的浓度，而是通过检测已知气体浓度建立查找表，设置判断阈值
。
基于本段所述原理，提出以下气体探测方法：
[0009]一种气体探测方法，基于上述的气体探测装置，包括：
[0010]将含有不同甲烷和乙烷浓度比的多种气体样本分别通入所述气体探测装置，通过公式
(1)
计算第一测量通道透过光强
I1和第二测量通道透过光强
I2的比值
T1，从而建立不同甲烷和乙烷浓度比对应的查找表；
[0011][0012]使用时，首先根据所在地区天然气中理论甲烷和乙烷浓度比，通过所述查找表查到对应的第一比值；然后将待测气体通入所述气体探测装置，通过公式
(1)
计算待测气体的第一测量通道透过光强和第二测量通道透过光强的第二比值；
[0013]判断所述第二比值是否小于通过查找表获得的第一比值，如判断结果为是，则判定所述待测气体为天然气泄漏气体，如判断结果为否，则判定所述待测气体非天然气泄漏气体
。
[0014]如果除了判断是否存在乙烷，还需要检测甲烷和乙烷存在的浓度，则增加一个参考光谱通道，根据比尔朗伯定律来计算甲烷和乙烷的浓度
。
所述参考光谱通道选择甲烷和乙烷都不吸收，并且环境空气中很少有吸收的光谱段，比如选择中心波长为
3.95
μ
m
的光谱段
。
技术方案如下：
[0015]一种气体探测装置，包括：一种气体探测装置，其包括：红外光源
、
多次反射型气室及红外探测器，所述多次反射型气室的两端分别设有气室进气口和气室出气口，所述红外光源设置于所述多次反射型气室的邻近所述气室进气口的一端外，所述红外探测器设置于所述多次反射型气室的邻近所述气室出气口的一端外，且所述红外探测器具有三通道，其中，第一测量通道的的光谱范围在
3.2
～
3.5
μ
m
，第二测量通道的光谱范围在
7.5
～8μ
m
，参考通道的中心波长为
3.95
μ
m。
[0016]优选的，所述红外探测器的第一测量通道的中心波长为
3.40
μ
m
，第二测量通道的中心波长为<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种气体探测装置，其特征在于，包括：红外光源
、
多次反射型气室及红外探测器，所述多次反射型气室的两端分别设有气室进气口和气室出气口，所述红外光源设置于所述多次反射型气室的邻近所述气室进气口的一端外，所述红外探测器设置于所述多次反射型气室的邻近所述气室出气口的一端外，且所述红外探测器具有双通道，其中，第一测量通道的的光谱范围在
3.2
～
3.5
μ
m
，第二测量通道的光谱范围在
7.5
～8μ
m。
该方法用于判断待测气体中是否存在乙烷
。2.
一种气体探测方法，基于上述的气体探测装置，包括：将含有不同甲烷和乙烷浓度比的多种气体样本分别通入所述气体探测装置，通过公式
(1)
计算第一测量通道透过光强
I1和第二测量通道透过光强
I2的比值
T1，从而建立不同甲烷和乙烷浓度比对应的查找表；使用时，首先根据所在地区天然气中理论甲烷和乙烷浓度比，通过所述查找表查到对应的第一比值；然后将待测气体通入所述气体探测装置，通过公式
(1)
计算待测气体的第一测量通道透过光强和第二测量通道透过光强的第二比值；判断所述第二比值是否小于通过查找表获得的第一比值，如判断结果为是，则判定所述待测气体为天然气泄漏气体，如判断结果为否，则判定所述待测气体非天然气泄漏气体
。3.
根据权利要求2所述的气体探测方法，其特征在于，在得到所述比值参考范围之后，上述方法还包括：将含有甲烷和不同浓度乙烷的多种气体样本分别通入述气体探测装置，计算第一测量通道透过光强和第二测量通道透过光强的第三比值，将多个所述第三比值与所述乙烷浓度和
/
或乙烷相对于甲烷浓度对应匹配，得到乙烷浓度和
/
或乙烷相对于甲烷浓度的查找表，检测时，将所述第二比值与所述查找表对比，得到待测气体的乙烷浓度和
/
或乙烷相对于甲烷浓度
。4.
一种气体探测装置，其特征在于，包括：红外光源
、
多次反射型气室及红外探测器，所述多次反射型气室的两端分别设有气室进气口和气室出气口，所述红外光源设置于所述多次反射型气室的邻近所述气室进气口的一端外，所述红外探测器设置于所述多次反射型气室的邻近所述气室出气口的一端外，且所述红外探测器具有三通道，其中，第一通道的光谱范围可以选择
3.2
～
3.5
μ
m
，第二通道的光谱范围可以选择
7.5
～8μ
m。5.
根据权利要求4所述的气体探测装置，其特征在于，所述第一测量通道的中心波长为
3.40
μ
m
，第二测量通道的中心波长为
7.85
μ
m
，参考通道的中心波长为
3.95

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光成，王新全，夏玮玮，武玉松，王向前，齐敏珺，
申请(专利权)人：青岛崂应海纳光电环保集团有限公司，
类型：发明
国别省市：