[发明专利]开放式天然气泄漏多路监测方法和光路结构

摘要

本发明公开了一种基于半导体激光吸收光谱法的开放式天然气泄漏多路监测方法和光路结构，包括有主机箱和开放式长光程系统，主机箱上安装有电源插座、开关、风扇、光纤连接器，数据传输接口，其特征在于机箱内有近红外半导体激光器，半导体激光控制器、锁相放大器、信号发生器、数据采集处理和控制模块，光开关，光开关驱动电路，红外探测器，主机箱与现场光学系统通过光纤连接。开放式光学系统包括收发一体的光学望远镜和多元件角反射镜阵列，光学望远镜上有输入光纤耦合器和输出光纤耦合器。本发明利用基于光开关技术的光纤分布式结构实现了多气体组分和多光路的分时检测。

主权项

1、开放式天然气泄漏多路监测方法，其特征在于是采用中心波长为1577nm的近红外DFB半导体激光器作为H2S的检测激光光源，将激光器输出中心波长调谐到1576.3nm H2S的一条吸收线中心，将100Hz锯齿波信号叠加在激光器的驱动电流上使激光波长缓慢扫描过H2S气体的吸收线，同时将10KHz正弦波信号叠加在激光器的驱动电流上对激光输出波长进行调谐；采用中心波长为1653nm的近红外DFB半导体激光器作为CH4的检测激光光源，将激光器输出中心波长调谐到1653.7nm CH4的一条吸收线中心，将100Hz锯齿波信号叠加在激光器的驱动电流上使激光波长缓慢扫描过CH4气体的吸收线，同时将10KHz正弦波信号叠加在激光器的驱动电流上对激光输出波长进行调制；两台激光器经尾纤输出，首先通过连接法兰耦合入1×2光开关，1×2光开关选通输出的激光束从输出1×N光开关的输入端进入，从输出1×N光开关的N个输出端依次输出，依次传输到N个外光路，每个外光路由卡塞格林型的收发光学望远镜和其前方放置的多元件角反射镜组组成，激光束经望远镜内轴线中安装的离轴抛物面镜扩束后以平行光出射，光束经过检测区域后被放置在光路另一端的角反射镜组反射后沿原光路返回，反射回来的光被望远镜内的主球面镜收集，然后由与离轴抛物面镜背向安装的副球面镜聚焦并导出到光纤上，经输入1×N光开关的N个输入端输入，其输出端设置有一个充满一个大气压H2S和CH4标准混合气体的校准吸收池，用于对检测吸收信号的实时校准；输入1×N光开关输出的光经过校准吸收池后聚焦到一个红外光电探测器的光敏面上，探测器信号被分为两路，一路送锁相放大器进行二次谐波信号检测，锁相放大器的参考信号来自激光器调制的10KHz正弦波信号，另一路直接送数据采集、处理和控制模块处理；1×2光开关依据数据采集、处理和控制模块发出的选通信号顺序将检测激光耦合到输出端，输出1×N光开关与输入1×N光开关的端口选通根据数据采集、处理和控制模块发出的选通信号同步选通，完成对H2S和CH4的分时多路检测。