[发明专利]基于可调谐半导体激光器的在线式原油挥发气体传感器

说明书

本发明公开了一种基于可调谐半导体激光器的在线式原油挥发气体传感器，包括：集成所述检测单元的探头、激光光源以及计算单元；所述的探头包括：封装在探头内部的无源的光纤气室、干涉光路以及光纤光栅温度传感器；所述的激光光源经过光纤将检测光传输到所述的无源光纤气室、干涉光路以及光纤光栅温度传感器；所述的无源光纤气室、干涉光路以及光纤光栅温度传感器分别连接有信号检测模块；计算单元接受信号检测模块输出的信号，经过计算得到折射率、温度、湿度参数；根据所述的折射率、温度和湿度，计算得出当前油气浓度。

技术领域

本发明涉及一种能够在线监测原油挥发气体的传感器，尤其涉及一种基于可调谐半导体激光器的在线式原有挥发气体传感器。涉及专利分类号：G物理G01测量；测试G01N借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料G01N21/00利用光学手段，即利用红外光、可见光或紫外光来测试或分析材料G01N21/17入射光根据所测试的材料性质而改变的系统G01N21/25颜色；光谱性质，即比较材料对两个或多个不同波长或波段的光的影响G01N21/31测试材料在特定元素或分子的特征波长下的相对效应，例如原子吸收光谱术G01N21/39利用可调谐的激光器。

背景技术

现有技术中，由光源发出的散射光经聚光镜聚焦的光束到达平面镜，其中一部分光束通过平面镜反射，经气室的空气到达折光棱镜，折光棱镜将其折射回另一侧的空气室后回到平面镜并折射到后表面的反射膜上，通过反射膜反射到棱镜后经偏折进入望远镜系统。另一部分光束折射入平面镜后，在其后表面反射膜反射，穿过气室的甲烷经折光棱镜反射又回经甲烷室到平面镜，经平面镜的反射后与上述部分光束一同进入反射棱镜，经偏折进入望远镜系统。由于光程差的结果，在物镜的焦平面上产生干涉条纹，通过目镜既能观察到干涉条纹。当甲烷室与空气室都充满相同的气体时，干涉条纹位置不移动，但当甲烷抽进甲烷室，由于光束通过的介质发生改变，干涉条纹相对原位置移动一段距离。测量这个位移量，便可知甲烷在空气中的含量。

传统的可见光源和开放式的光路结构使得光干涉式甲烷检定器的检测精度和应用范围严重受限。

发明内容

本发明针对以上技术问题，提出的一种基于可调谐半导体激光器的在线式原油挥发气体传感器，包括：

集成所述检测单元的探头、激光光源以及计算单元；

所述的探头包括：

封装在探头内部的无源的光纤气室、干涉光路以及光纤光栅温度传感器；

所述的激光光源经过光纤将检测光传输到所述的无源光纤气室、干涉光路以及光纤光栅温度传感器；

所述的无源光纤气室、干涉光路以及光纤光栅温度传感器分别连接有信号检测模块；

计算单元接受信号检测模块输出的信号，经过计算得到折射率、温度、湿度参数；

根据所述的折射率、温度和湿度，计算得出当前油气浓度。

作为优选的实施方式，

所述的激光光源包括：通过光纤照射无源光纤气室的第一激光器以及通过耦合器分别照射干涉光路和光纤光栅温度传感器的第二激光器。

进一步的，

所述的第一激光器为1392nm激光器；第二激光器为1550nm激光器。

更进一步的，

光纤光栅温度传感器包括光纤环形器、光电接收器，数据处理模块；

所述的第二激光器发射的激光通过所述的光纤环形器进入光纤光栅，光栅返回光进入环形器进入光电接收器转化为电流，通过对电流值的分析计算得出光栅中心波长的变化量，进而测量出光栅所处位置的温度。

作为优选的实施方式，所述的浓度计算方法如下：