基于tdlas的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及安全生產(chǎn)和氣體監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對工業(yè)現(xiàn)場安全生產(chǎn)的監(jiān)測日益加強(qiáng)，例如煤炭生產(chǎn)、天然氣開采、流通和儲存、制藥等。這些場合可能存在易燃易爆性氣體或有毒氣體，會對生產(chǎn)安全和環(huán)境帶來巨大的危害。因此，這些場合對于易燃易爆危險(xiǎn)性氣體或有毒氣體的監(jiān)測提出了更高的要求。
[0003]國內(nèi)普遍采用半導(dǎo)體、催化燃燒、電化學(xué)方法檢測易燃易爆危險(xiǎn)性氣體或有毒氣體。檢測精度低、響應(yīng)慢、檢測范圍窄，其他氣體的存在容易對檢測造成干擾產(chǎn)生誤判。而且需要經(jīng)常校準(zhǔn)，維護(hù)工作量大，使用不方便。這些問題的存在使得半導(dǎo)體、催化燃燒、電化學(xué)方法不足以滿足更高的監(jiān)測要求。當(dāng)前，先進(jìn)的方法是采用TDLAS(Tunable D1de LaserAbsorpt1n Spectroscopy可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜)技術(shù)檢測工程現(xiàn)場的易燃易爆危險(xiǎn)性氣體或有毒氣體的濃度。TDLAS技術(shù)是通過檢測氣體透射光強(qiáng)或反射光強(qiáng)的變化來檢測氣體濃度的方法。每種氣體分子都有自己的吸收譜特征，光源的發(fā)射譜與氣體吸收譜重疊的部分才被吸收，吸收后的光強(qiáng)將發(fā)生變化，通過檢測光強(qiáng)的變換即可反演出氣體的濃度。由于該方法具有極高的準(zhǔn)確性和靈敏度，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)測量范圍大、響應(yīng)時(shí)間快、不易受其他氣體干擾、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前氣體檢測中一個(gè)重要發(fā)展方向。
[0004]當(dāng)前基于TDLAS的單激光監(jiān)測系統(tǒng)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但很多場合監(jiān)測的氣體不一樣，監(jiān)測要求不一致使得這類系統(tǒng)也存在一些缺陷。例如單激光多點(diǎn)監(jiān)測就無法滿足多種氣體監(jiān)測的要求，存在后續(xù)改進(jìn)成本高，擴(kuò)展性能差等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有測量范圍大、響應(yīng)時(shí)間快、不易受其他氣體干擾、維護(hù)成本低的基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種可靠、低廉、安全的多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]提供一種基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個(gè)現(xiàn)場光學(xué)氣室、傳輸線路以及室內(nèi)主機(jī)三部分；
[0008]該室內(nèi)主機(jī)產(chǎn)生多束檢測激光，并通過光纖傳輸線路將檢測激光傳輸?shù)蕉鄠€(gè)現(xiàn)場光學(xué)氣室內(nèi)，該多個(gè)現(xiàn)場光學(xué)氣室將待測氣體吸入，并通過其內(nèi)設(shè)置的反射裝置讓激光多次反射穿透待測氣體;經(jīng)多次反射后的激光信號再通過光纖傳輸線路返回給室內(nèi)主機(jī)，室內(nèi)主機(jī)對返回的激光信號進(jìn)行處理、分析和識別，得到待測氣體的種類和濃度信息并予以顯不O
[0009]本發(fā)明所述的基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)中，所述室內(nèi)主機(jī)包括主機(jī)觸摸屏、MCU處理器、數(shù)字處理模塊和激光檢測模塊；
[0010]該主機(jī)觸摸屏用于接收用戶輸入和展示檢測結(jié)果；
[0011]該MCU處理器用于控制數(shù)字處理模塊和激光檢測模塊，并匯總檢測結(jié)果，處理用戶輸入數(shù)據(jù)；
[0012]該數(shù)字處理模塊包括調(diào)制電路、溫控電路、前置調(diào)理放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和鎖相放大電路，用于產(chǎn)生調(diào)制波形、控制激光器溫度和處理檢測數(shù)據(jù)；
[0013]該激光檢測模塊包括激光驅(qū)動(dòng)器、激光器、分光器、光合路器和光電探測器，用于產(chǎn)生多路檢測激光和接收從現(xiàn)場光學(xué)氣室返回的各路激光信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號；該激光檢測模塊中有多個(gè)激光器，根據(jù)待測氣體的種類進(jìn)行選擇，以發(fā)出不同波段的激光檢測不同種類的待測氣體。
[0014]本發(fā)明所述的基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)中，所述現(xiàn)場光學(xué)氣室包括過濾網(wǎng)、可更換式吸氣栗、氣體干燥器和光學(xué)氣室；
[0015]該過濾網(wǎng)安裝在可更換式吸氣栗的栗口，用于濾除氣體中的顆粒;該可更換式吸氣栗，用于將現(xiàn)場氣體吸入光學(xué)氣室；
[0016]該氣體干燥器用于去除氣體中的水蒸氣，以保證進(jìn)入現(xiàn)場光學(xué)氣室的待測氣體為干燥氣體；
[0017]該光學(xué)氣室內(nèi)設(shè)有反射裝置，激光由光纖傳輸線路進(jìn)入光學(xué)氣室，并通過反射裝置多次反射穿透光學(xué)氣室內(nèi)的待測氣體。本發(fā)明所述的基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)中，所述傳輸線路包括檢測激光的光纖傳輸線路和電能傳輸線路兩部分，兩者之間相互獨(dú)立，分別用于傳遞激光和傳輸電能；
[0018]該檢測激光通過傳輸線路中的光纖傳遞到分光器，再利用分光器獲取多路子激光后傳遞到各個(gè)現(xiàn)場光學(xué)氣室，接著光纖傳遞從現(xiàn)場光學(xué)氣室出來的激光到光合路器；
[0019]電能的傳輸用于給現(xiàn)場光學(xué)氣室供電。
[0020]本發(fā)明所述的基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)中，該激光檢測模塊中預(yù)留有多個(gè)激光器擴(kuò)展接口，用于后續(xù)增加監(jiān)測氣體時(shí)安裝對應(yīng)波段的激光器。
[0021]本發(fā)明所述的基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)中，該現(xiàn)場光學(xué)氣室中還設(shè)有報(bào)警模塊，用于在待測氣體濃度超出預(yù)設(shè)值時(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場聲光報(bào)警。
[0022]本發(fā)明所述的基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)中，所述激光器產(chǎn)生的激光通過光纖向下傳送，分光器將其分為多路子激光，一路激光對應(yīng)一臺現(xiàn)場光學(xué)氣室，每次分光器中僅一路子激光開啟，并通過光纖傳入對應(yīng)的現(xiàn)場光學(xué)氣室。
[0023]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明中的室內(nèi)主機(jī)內(nèi)有多個(gè)激光器，能產(chǎn)生不同波段的檢測激光，可根據(jù)待測氣體的種類進(jìn)行選擇。一套系統(tǒng)可多點(diǎn)監(jiān)測，多種類氣體監(jiān)測，能應(yīng)用于多種場合，且后續(xù)改進(jìn)成本低，擴(kuò)展性能強(qiáng)。此外，本發(fā)明的現(xiàn)場光學(xué)氣室結(jié)構(gòu)簡單，便于維修或更換，降低了整套系統(tǒng)的成本。
【附圖說明】
[0024]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖2是本發(fā)明實(shí)施例激光產(chǎn)生示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例某一路子激光檢測示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)測系統(tǒng)在整個(gè)光譜波段上能檢測到的氣體的分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例基于TDLAS的多組分氣體多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，它從功能邏輯上可分為室內(nèi)主機(jī)、傳輸線路和多個(gè)現(xiàn)場光學(xué)氣室三部分，三者之間的位置連接關(guān)系在于:它由室內(nèi)主機(jī)、傳輸線路和多個(gè)現(xiàn)場光學(xué)氣室三部分組成，該室內(nèi)主機(jī)位于控制室內(nèi)，作為整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的核心，用于產(chǎn)生多束檢測激光，接收從光學(xué)氣室中傳出的激光轉(zhuǎn)換成濃度信息，同時(shí)也匯總、展示工程現(xiàn)場濃度數(shù)據(jù);該傳輸線路用于電能和檢測激光的傳輸工作；該現(xiàn)場光學(xué)氣室位于工程現(xiàn)場，用于持續(xù)地、不間斷地將現(xiàn)場氣體吸入光學(xué)氣室，并通過光學(xué)氣室內(nèi)的反射裝置讓激光多次反射穿透光學(xué)氣室內(nèi)的待測氣體。
[0031 ]室內(nèi)主機(jī)，它包括主機(jī)觸摸屏、]\CU處理器、數(shù)字處理模塊和激光檢測模塊，該主機(jī)觸摸屏用于接收用戶輸入和展示檢測結(jié)果;該MCU處理器用控制數(shù)字處理模塊和激光檢測模塊，并匯總檢測結(jié)果，處理用戶輸入數(shù)據(jù);如圖2和圖3所示，該數(shù)字處理模塊包括調(diào)制電路、溫控電路、前置調(diào)理放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和鎖相放大器，用于產(chǎn)生調(diào)制波形、控制激光器溫度和處理檢測數(shù)據(jù);如圖2所示，該激光檢測模塊包括激光驅(qū)動(dòng)器、激光器、分光器、光合路器和光電探測器，用于產(chǎn)生多路檢測激光和接收從現(xiàn)場光學(xué)氣室返回的各路激光轉(zhuǎn)換成電信號。該