[发明专利]采样时延分布式多点激光甲烷检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种采样时延分布式多点激光甲烷检测系统及方法，其通过将特定光谱的激光光波转换成若干束光波，再利用光电探测单元探测波经各甲烷检测室中的甲烷吸收后的光信号并将其转换成电信号，然后通过处理器计算得到该电信号的采样系数X；当采样系数X大于等于0.98时，将采样得到的电信号进行甲烷浓度计算；当采样系数X小于0.98时，电信号波形自动延时一个采样点，直至修正后的电信号与驱动电流信号进行互相关处理得到的采样系数X大于等于0.98；最后对进行延时修正后的电信号进行计算处理，得到各通道采样的电信号波形对应的甲烷气体浓度。本发明可以实现长距离宽范围的多点检测，且具有测量准确度高，抗干扰能力强的特点。

技术领域

本发明涉及一种采样时延分布式多点激光甲烷检测系统及方法

背景技术

传统甲烷检测系统主要采用载体催化、热释电和红外原理。基于载体催化原理的甲烷检测系统存在易受其他气体影响、检测范围窄、稳定性差等问题；基于热释电原理的甲烷检测系统存在受环境温度影响大、检测精度低、稳定性差等问题；基于红外原理的甲烷检测系统存在易受烷烃气体干扰、受水气影响大、稳定性差等问题。与传统甲烷检测系统相比，基于激光原理的甲烷检测系统具有测量灵敏度高、稳定性好、抗干扰性强等优势，正逐步应用于煤矿、城市管廊等环境中的甲烷浓度检测。目前，国内外激光甲烷检测系统主要分为光纤、空间光和遥测三类，均为点式结构。由于激光器价格昂贵，很大程度上限制了激光甲烷检测系统的推广应用。

但目前的分布式多点激光甲烷检测系统均没有考虑长光缆传输过程中，光波延时、色散等造成的甲烷测量误差，造成激光甲烷检测系统在长距离光缆大于4km的条件时，会产生很大的测量偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种采样时延分布式多点激光甲烷检测系统及方法，以解决现有在长距离光缆大于4km的条件时，会产生很大的测量偏差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种采样时延分布式多点激光甲烷检测系统，包括

激光发射单元，用于提供特定光谱的激光光波；

光分束器，用于将激光发射模块发射出的激光光波转换成若干路光波后分别传输至不同的甲烷检测室；

光电探测单元，用于采集光波经各甲烷检测室中的甲烷吸收后的光信号，并将所述光信号转换成电信号；

处理器，用于同步采样光电探测单元得到的电信号和激光发射单元的驱动电流信号，并使光电探测单元得到的电信号与激光发射单元的驱动电流信号进行互相关处理得到采样波形的采样系数X；当采样系数X大于等于0.98时，将采样得到的电信号进行甲烷浓度计算；当采样系数X小于0.98时，电信号波形自动延时一个采样点，直至修正后的电信号与系统FPGA中保存的驱动电流信号进行互相关处理得到的相关系数X大于等于0.98；最后对进行延时修正后的电信号进行计算处理，即可得到各通道采样的电信号波形对应的甲烷气体浓度。

进一步地，所述激光发射单元包括用于提供激光的DFB激光器以及与所述DFB激光器连接的用于控制DFB激光器发射出特定光谱的激光光波的DFB激光器驱动和温控系统。

进一步地，所述特定光谱的激光光波的中心波长为1653.7nm，扫描范围为1653.6nm～1653.8nm。

进一步地，光分束器转换出的若干路光波通过导光光缆传输至甲烷检测室，光波经甲烷检测室中的甲烷吸收后的光波通过光纤准直器耦合进导光光缆后传输至光电探测单元。

进一步地，所述光电探测单元包括用于采集光波经甲烷检测室中的甲烷吸收后的光信号的光电检测模块和用于将光信号转换成电信号的信号处理模块。

进一步地，光电探测单元得到的电信号和激光发射单元的驱动电流信号由同步电路时钟控制，每通道同步采样2000个数据点，采样率为100KS/s。