[实用新型]基于多模激光光谱技术的甲烷气体浓度检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于气体检测领域，具体涉及的是一种甲烷气体浓度检测装置。

背景技术

环境保护是当今世界面临的重要问题，环境污染特别是大气污染给全球带来了巨大的经济损失，并对人类健康和生态环境产生了巨大的威胁。研究表明，人类活动造成的温室效应约五分之一和甲烷排放有关，所以甲烷气体一直是大气监测中的关注重点。甲烷(CH4)气体是天然气、沼气、及煤矿坑道气的主要成分。近些年来随着对天然气资源利用的迅速增加，天然气泄漏已经成为环境大气中甲烷含量增加的一个主要人为排放源，高浓度的甲烷气体可导致人窒息死亡，及时检测甲烷气体的来源、含量及泄漏情况对环境保护、工矿安全运行及人身安全均具有重要的意义。

目前用于甲烷气体的检测装置有很多种，其中较常用的为基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的甲烷检测仪，利用激光器的波长扫描和电流调谐特性，获得被测气体的特征吸收光谱，从而对污染气体进行定性或定量分析。但是TDLAS技术的缺点是对光源的单模输出具有很高的要求，通常的TDLAS系统必须使用单模二极管激光器，而单模二极管激光器的工艺复杂性导致它的成本很高。此外，单模二极管激光器的中心波长随外界温度或机械特性的变化会发生偏移的缺点会影响到测量的准确性，因而在恶劣环境中应用时需要进行锁频或严格的温控，这提高了系统的复杂性，并且即使这样也难以保证仪器在复杂多变的工业环境中实现长期稳定的测量，因此限制了基于TDLAS技术的甲烷检测仪的广泛应用。

发明内容

发明目的：本实用新型的目的是提供了一种基于多模激光光谱技术的甲烷气体浓度检测装置，解决现有基于光谱技术的甲烷检测仪使用单模二极管激光器成本高、输出波长对温度变化敏感以及稳定性差等问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：一种基于多模激光光谱技术的甲烷气体浓度检测装置，包括激光器装置、气体池和数据采集分析装置，所述激光器装置包括正弦波发生器、三角波发生器、加法器、激光控制器、可调谐二极管激光器和光纤分束器，所述气体池包括参考池和样品池，参考池中充有已知浓度的甲烷和空气的混合气体，样品池中充有待测的甲烷和空气的混合气体，所述数据采集分析装置包括第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集卡和计算机，正弦波发生器和三角波发生器输出端均连接加法器和数据采集卡输入端，加法器输出端连接激光控制器输入端，激光控制器输出端连接可调谐二极管激光器输入端，可调谐二极管激光器输出端连接光纤分束器输入端，光纤分束器第一输出端连接参考池进光口，参考池出光口连接第一光电探测器输入端，光纤分束器第二输出端连接样品池进光口，样品池出光口连接第二光电探测器输入端，第一光电探测器和第二光电探测器输出端均连接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端连接计算机输入端。

进一步的，所述可调谐二极管激光器的中心波长为1675nm。

进一步的，所述样品池包括派热克斯玻璃或不锈钢材质的筒形腔体，筒形腔体端部设置进光口和出光口，筒形腔体内靠近两端的位置分别设有一片离散凹面镜。

有益效果：本实用新型利用多模激光光谱技术实现了对甲烷气体浓度的有效检测，用参考气体本身的光谱信息实现了对甲烷的选择性探测，排除了中心波长波动带来的干扰，并且系统组成简单，激光器成本较低；本实用新型可以达到测量灵敏度约为101ppb，充分满足了工业污染排放监测的要求。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构意图。

图中：1—正弦波发生器，2—三角波发生器，3—加法器，4—激光控制器，5—可调谐二极管激光器，6—光纤分束器，7—参考池，8—第一光电探测器，9—样品池，10—第二光电探测器，11—数据采集卡，12—计算机。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

实施例一