[發明專利]礦用瓦斯遠程光纖激光檢測儀

有效

• 申請號: 200810015614.1
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101251482A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 倪家升;劉統玉;李艷芳;趙燕杰;王黔
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司
• 代理人: 曲志波

技術領域

本發明屬于礦井瓦斯濃度監測技術，具體而言是應用于礦井的瓦斯遠程光纖激光檢測儀。

背景技術

由于煤炭是我國最主要的一次能源，煤炭的安全生產直接影響著國計民生的大事，甲烷爆炸歷來都是煤礦的重要災害之一，所以近幾年來一直深受國家和社會關注。光纖氣體傳感器是80年代前后出現的一種新型傳感器，光纖瓦斯氣體傳感器的研究與應用國內外都有出現，許多方法都得到了實驗應用。目前，基于光纖光譜吸收技術的瓦斯檢測主要有寬帶光源窄帶濾波法、諧波法、熒光法等。但是這些方法依然存在一些不足之處，制約了傳感器的實際應用。

在光纖甲烷氣體檢測系統的研究這篇文獻中提出的系統框圖如圖1所示：通過中心波長不同的F₁與F₂兩個濾光片實現了光源功率的波動消除。但是這種方法有個缺點就是F₁與F₂的差異性，也會造成溫度對其產生的影響不能完全消除；濾光片帶寬往往比氣體吸收線寬很多倍，往往一個濾光片帶寬內覆蓋幾種氣體的吸收峰，因此易產生幾種氣體交叉干擾現象；另外這種方案中，參考氣室與測量氣室不可能有同步的污染和損耗變化，因此測量結果不準確。

二次諧波法基本原理是將信號分離，有甲烷與無甲烷氣體通入時的信號如圖2所示，從信號中分離出一次諧波分量可以看作是參考信號，二次諧波分量為氣體吸收信號，二者相對變化值便代表了甲烷氣體濃度情況。這種方案檢測精度高，往往配合鎖相放大器等技術使用能夠實現高精度的氣體檢測，但是存在一個缺點是穩定性差，電子電路的溫度特性等容易造成結果的溫度漂移，激光光源中心波長的溫度特性也會導致不能完全解決溫度漂移問題，因次無法做成實際可用的可靠儀器來使用。

熒光光源法使用泵浦Tm^{^3+}摻雜光纖產生的光來作為檢測氣體的光源，由于其光源本身不穩定，因此很難做成一個長期穩定監測的瓦斯監測儀器。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供一種消除溫度影響，長期穩定并且具有自參考功能的礦用瓦斯光纖遠程檢測儀。

本方案是通過如下技術措施來實現的：它包括光源及與之連接的第一耦合器和第二耦合器，第一耦合器通過第二光纖與第二耦合器串接，第一耦合器通過第四光纖與參考氣室連接，從所述參考氣室射出的光通過第五光纖與第三光電探測器連接，第二耦合器一路經第三光纖與瓦斯傳感器探頭連接，另一路經第六光纖與第一光電探測器連接，從瓦斯傳感器探頭返回的光經第三光纖和第二耦合器后經第七光纖與第二光電探測器連接，第一光電探測器、第二光電探測器和第三光電探測器與數據采集卡電連接，并將電信號送至計算機。

這種設計不僅使用參考消除了光路傳輸等影響，還通過連續掃描和自身參考解決了已有檢測方法中存在的溫度漂移和零點漂移問題，提高了系統受光路損耗和電路漂移影響的抗干擾能力。

本方案的具體特點還有，所述光源為分布反饋式半導體激光器，所述光源驅動電路為鋸齒波光源驅動電路。分布反饋式半導體激光器為中心波長1.6um分布反饋式半導體激光器。選取瓦斯在1.6um波長附近的一條氣體吸收峰，使用激光進行掃描來檢測瓦斯氣體濃度。

所述數據采集卡為USB接口多路數據采集卡。計算機通過所述數據采集卡將信號采集至計算機進行分析，數據采集卡通過USB接口連接計算機。

在所述第三光纖與至少一個瓦斯探頭之間設置有光開關，通過數據采集卡輸出信號控制光開關選擇光通道來實現多路檢測。

所述瓦斯傳感器探頭由單端反射式準直器及防塵防潮以及金屬保護外殼構成。所述單端反射式準直器包括在固定支架一端的光纖準直器，及另一端與之對應設置反射鏡。

本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知：

1)采用鋸齒波連續波長掃描以及自身參考方法解決了溫度對檢測結果的影響，使系統更加穩定可靠。

2)使用參考氣室來尋找瓦斯氣體吸收峰中心，從而能夠在低濃度下也能夠對吸收位置準確定位。

3)單端反射式傳感器探頭，加長了有效吸收長度，便于布線和傳感器小型化因此本發明與現有技術相比，實現了技術目的。

附圖說明

圖1濾光片法光纖瓦斯氣體檢測系統框圖；

圖2二次諧波法通氣前后信號對比圖；

圖3礦用瓦斯遠程光纖激光檢測儀系統框圖；

圖4為單端反射式準直器結構圖；

圖5為單端反射式準直器側視圖；

圖6為不同濃度瓦斯氣體吸收信號圖；