[发明专利]一氧化碳和甲烷组分判断及浓度检测方法、装置及应用

说明书

本发明提供了一种一氧化碳和甲烷组分判断及浓度检测方法、装置及应用，主要解决煤矿中存在大量瓦斯气体，干扰一氧化碳检测的问题。判断方法包括：获得浓度检测的二次谐波信号，将二次谐波的波谷宽度作为评价函数，并根据实时温度值对波谷宽度进行修正。根据修正后的波谷宽度判断待测混合气组分中是否存在一氧化碳、甲烷或是一氧化碳、甲烷混合气。最终根据组分判断结果，对不同组分根据浓度不同的浓度标度因数给出浓度结果。本发明中检测装置配备有判断及浓度检测算法。该检测/判断方法、检测装置解决了传统1568nm、2330.18nm波长一氧化碳吸收线被乙烯、乙烷和甲烷覆盖的问题，并且适应多组分检测的实际使用。

技术领域

本发明涉及痕量气体多参数检测领域，特别涉及煤矿井下多组分气体成分的检测装置及基于谐波检测的一氧化碳和甲烷组分判断及浓度检测方法。

背景技术

可调谐半导体激光吸收光谱技术的优势是采用窄线宽激光器，输出针对气体特征吸收峰的光束，对待测气体进行精确检测。对比红外吸收等技术采用红外光源和滤波片的方式(带宽几十nm)，更不容易受到其他气体和水汽交叉干扰。对比直接吸收等技术，采用波长调制技术(WMS)谐波检测的方式，信噪比高，更容易实现高灵敏度气体检测。在实验室情况下，一般文献报道采用1568nm或者2330.18nm激光器实现一氧化碳检测，但在煤矿井下存在高浓度瓦斯气的情况下，上述波段的吸收峰容易被二氧化碳、甲烷、乙烯和乙烷等气体交叉干扰。这种气体的特征吸收峰与一氧化碳吸收峰的线强差距较大，如果在空气中上述气体浓度较低影响较小，但在煤矿井下这种半封闭环境中，上述气体浓度高则对一氧化碳检测干扰较大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：一氧化碳在1568nm或者2330.18nm处的特征吸收峰与甲烷、二氧化碳、乙烯和乙烷等气体吸收峰存在交叉干扰，虽然这些吸收峰与一氧化碳吸收峰线强差距1～5个数量级，但在煤矿井下作业环境中存在高浓度甲烷、乙烷等瓦斯气，而一氧化碳浓度低的环境下，要实现对一氧化碳浓度的高灵敏度检测需要一种能够避免其他气体组分干扰的检测方法。2330.18nm波段一氧化碳吸收峰是甲烷吸收峰线强的17.7倍，意味着当存在浓度为一氧化碳浓度17.7倍的甲烷时，会显示同样浓度的一氧化碳浓度值，无法准确判断组分和浓度值。

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种一氧化碳和甲烷组分判断及浓度检测方法、装置，经过对比数据库中多种气体的谱线，选取2330.18nm激光器作为一氧化碳检测的特征吸收峰。该波段一氧化碳特征吸收峰只受到甲烷的干扰，通过一种基于波长调制技术的谐波信号分析处理方法，根据针对波谷宽度的评价函数，实现了对一氧化碳和甲烷气体组分的准确判断以及浓度检测，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，一种一氧化碳和甲烷组分判断方法，包括：对待测气体进行可调谐半导体激光吸收光谱检测，采用二次谐波的波谷宽度作为评价函数，判断待测气体中的组分。

第二方面，一种一氧化碳和甲烷组分检测方法，该检测方法包括第一方面所述的判断待测气体组分的步骤：对待测气体进行可调谐半导体激光吸收光谱检测，采用二次谐波的波谷宽度作为评价函数，判断待测气体中的组分。

第三方面，一种一氧化碳和甲烷组分检测装置，该装置包括：

激光驱动模块，其通过控制TEC温度和工作电流使激光器发出中心波长为2330.18nm的光束，并接收数字锁相模块发出的锯齿和正弦叠加调制信号，施加在激光器上，控制激光光束的波长扫描范围和频率调制参数；

激光器，其发出中心波长为2330.18nm的调制激光光束进入到气室中；

气室，其用于充入待测气体；

探测器，其用于将经过气室中待测气体吸收后的光信号转换为电信号，传输至数字锁相模块；