[发明专利]基于啁啾色散光谱的可燃及有毒气体泄漏监测检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于可燃及有毒气体泄漏监测技术领域，特别是涉及一种基于啁啾色散光谱的可燃及有毒气体泄漏监测、检测装置，和一种基于啁啾色散光谱的可燃及有毒气体泄漏监测、检测方法。

背景技术

随着石油化工天然气等行业的高速发展，人们对石油化工天然气行业的认识也逐渐加深，对石油化工天然气行业所潜在的危险也有了进一步的认识。在石油化工天然气场所，存在着大量的可燃气体，这些可燃气体如果发生泄漏，与空气混合容易引发爆炸事故的发生，而这些爆炸事故及随之而来的火灾，极可能引发巨大的灾难，此类事故一旦发生就会给国家和人民生命财产造成巨大损失。此外，在石油化工天然气生产过程中，原油或其它原料中的硫化物因高温分解、加氢等作用均可产生高毒性硫化氢，特别是近年来随着石油资源逐渐紧缺，国内越来越多的炼油装置改炼进口高硫劣质原油，导致石化生产整个系统中硫化氢浓度大幅提高，硫化氢是剧毒的危险性气体,当空气中浓度超28mg/m³时,人就无法正常工作；超过100mg/m³时，就可引起急性中毒,造成人员死亡。

而随着我国城市的发展，居民生活水平不断提高，对石油天然气等的需求也越来越高。而目前国内可燃及有毒气体监测的技术手段主要是催化燃烧式和电化学的点式仪器。这些仪器虽然在灵敏度上能够达到检测要求，但由于传感器自身的“中毒”问题，需要经常进行标定校准，同时在高浓度的情况下使用会大大加速传感器的失效速度，普遍具有响应速度慢，容易受到其它气体成分的交叉灵敏，以及表面污染的不利影响。所以急需要更加有效的监测手段。当然现在也出现的基于激光吸收光谱的监测手段，但也有其自身的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供基于啁啾色散光谱的可燃及有毒气体泄漏监测检测装置及方法，通过K-K关系将传统的吸收(强度)监测转变为折射率(相位)监测，解决了现有的毒气体泄漏监测检测误差大、易干扰，传输范围受限等问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于啁啾色散光谱的可燃及有毒气体泄漏监测检测装置，包括激光器，所述激光器设置有温度控制模块和电流控制模块；所述电流控制模块设置有一信号发生器；调制器，所述信号发生器采集的电信号传输到激光器；所述激光器将发出的激光信号发送到调制器；卡塞格林系统探头，所述调制器将调制处理后的激光信号发送到卡塞格林系统探头；所述卡塞格林系统探头包括远端的反射装置、光电探测器、锁相放大器及数据处理模块、扫描云台装置、云台控制装置；所述扫描云台装置、锁相放大器及数据处理模块连接到卡塞格林系统探头；所述云台控制装置通过扫描云台装置控制卡塞格林系统探头的扫描路径；所述远端的反射装置位于卡塞格林系统探头扫描路径的扇形区域。

进一步地，所述调制器采用马赫曾德尔调制器；所述马赫曾德尔调制器设置有频率为Ω的调制源和偏振控制器。

进一步地，所述卡塞格林系统探头的扫描路径在0～360°的范围扫描式立体监测。

进一步地，所述卡塞格林系统探头的扫描路径固定在一个方向的对射式监测。

基于啁啾色散光谱的可燃及有毒气体泄漏监测检测方法，包括如下过程：

SS01通过给电流控制模块的控制电路输入三角波来调节DFB激光器，使其输出的激光来回扫描目标气体的特征吸收峰；

SS02激光器发出的光经光纤接入马赫曾德尔调制器,当输入光为ω₀时，经过调制后会出现频率为(ω₀-Ω)和(ω₀+Ω)的两个边带；

SS03频率为(ω₀-Ω)和(ω₀+Ω)的两束光由卡塞格林系统探头通过相同的路径到达远端的反射装置并返回；

SS04当光路中有目标气体时，由于两束光对应的折射率不同，将发生色散，也就是产生了相位差；

SS05通过锁相放大器测量出两束光的相位差，即得出目标气体的浓度；

SS06卡塞格林系统探头通过云台装置进行360度(或定制)立体扫描探测；

SS07输出气体浓度信息并报警的同时，也可以定位气体泄漏的大致位置

进一步地，所述SS04当光路中有目标气体时，由于两束光对应的折射率不同，将发生色散，也就是产生了相位差；

其中，基于k-k关系通过监测相位信息来进行传感；

其中，用来传感的相位信息来源于待测气体的啁啾激光色散光谱。