[发明专利]便携式光纤传感易燃易爆有毒有害气体浓度检测仪

说明书

技术领域：

本发明专利涉及光纤传感技术在煤矿矿井、非煤矿山开采冶炼、油库洞库油罐、石油炼化行业等作业环境存在的易燃易爆、有毒有害气体浓度安全检测监控领域的应用。

背景技术：

当前国内外，无论煤矿矿井甲烷(CH₄)、一氧化碳(CO)气体监测、非煤矿山开采冶炼一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)、二氧化硫气体(SO₂)、油库洞库油罐烃、烷类汽、柴油混合气体、石油炼化行业CH₄、CO、CO₂、H₂S、NO等作业环境存在的易燃易爆、有毒有害气体、浓度检测基本采取催化燃烧式传感器及红外式传感器。

催化燃烧式传感器通电工作、温度高(400～500℃)、受环境温度、湿度影响大、每周需调校、传感器中的催化元件易中毒失效、使用寿命不超过12个月；红外式传感器受环境温度、湿度影响大，工作不稳定、无法准确报警、通常做辅助定性监测使用。该两类传感器都需通电且耗电量大，受制于防火防爆要求，井下无法广泛应用，且油库洞库担心传感器及传输电缆漏电起火也限制广泛应用。

鉴于传统传感器的技术缺陷、应用限制、监控不到位，国内煤矿瓦斯爆炸、石油储存、炼化企业多有大型火灾发生，非煤矿山有毒有害气体毒害等恶性事故等，给生命及财产造成极大损失。

光纤传感是近十年发展起来的新兴技术。甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳、烃烷类汽油、柴油混合气体等不同有机、无机气体对不同特定波长激光具有吸收作用，且随浓度变化而呈线性曲线，这些在光纤传感实验室内已被认证。将光纤气体浓度传感技术可靠应用于实际环境监测、消除监测现场环境的温度、湿度、粉尘影响而精确、稳定、可靠监测报警，组成本质安全、维护方便、能广泛应用、性价比好的光纤气体传感器及其分析系统，是当今新技术应用的重要课题。

发明内容：

本发明针对不同气体采用不同波长激光发生、调制处理系统，将调制后的激光经光纤通入开放式检测气体气室，采取透镜反射器接送光信号、粉末冶金过滤器防止细小水珠、粉尘进入气室、以及方便的清理维护结构措施，将经被测气体吸收影响后的激光经由返回光纤传输到系统光路、电路模块进行分析处理，并输出检测电信号给便携式气体浓度检测仪主体，实现光纤传感对各类特定易燃易爆、有毒有害气体浓度的实时、准确监测、分析、报警。本发明将光纤气体传感器、激光光源、调制及信号分析系统、设定及报警的光路模块、电路模块嵌入到传统便携式气体浓度检测仪主体内，取代传统催化燃烧式或红外式传感器，形成新一代便携式光纤甲烷(或一氧化碳、或硫化氢、或二氧化硫、或一氧化氮、或二氧化碳、或柴、汽油混合)气体浓度检测仪。

光纤气体浓度传感器具有测量精度高、响应速度快、不受环境温度湿度影响、工作稳定，传感器本身全光非电、本质安全，低能耗、调校周期长、维护方便、使用寿命达3年以上、性价比好等优点，是替代传统催化燃烧式及红外式电传感器的本质安全、技术先进的新一代产品。其推出将可数倍增加煤矿瓦斯(主要成分甲烷、一氧化碳)及其他有毒有害气体监测点的设置密度、提高监测的可靠性、安全性，减轻非煤矿山有毒有害气体对人员的伤害，对油库洞库储油罐及管道、石油炼化环境油气泄漏监测、提前火灾报警，从而避免人员伤亡和重大灾害，保证安全生产。

本发明包括：光纤气体浓度传感器，光传感光源发生调制分析光路模块、和光传感电路模块。

其特征是：光纤气体传感器安装在便携式光纤检测仪外部，光纤气体传感器内有一个开放式气室；

针对不同气体的特定波长激光由激光器产生、经调制后通过光纤射入气室的透镜反射器系统，特定波长激光在若干个拉开一定距离的透镜反射器之间的气室空气中传输并被被测气体干涉后，再进入光纤传输到光纤气体浓度分析处理光路、电路模块进行检测分析处理、并将检测到的气体浓度参数转换为气体浓度检测仪主体可以识别的电信号发给气体浓度检测仪主体，再由气体浓度检测仪主体按预定模式进行被测气体浓度数据传输、报警、储存；

特定波长的激光可以是均匀发射的激光，也可以是经调制的脉冲发射激光；可以是波长调制激光、也可是光强调制激光；

外界环境气体包括被监测气体可在经专门设定孔隙通径的粉末冶金滤网中无压差地、方便地穿透传感器的开放式气室；

特定波长激光在气室里被检测气体干涉，光波长或光强度随被检气体浓度变化而线性变化；