[發(fā)明專利]多光纖通道激光紅外氣體傳感器

無效

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• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN101819142A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉惠春;楊耀
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫沃浦光電傳感科技有限公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 上海碩力知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31251
• 代理人: 王法男

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種紅外氣體傳感器，具體涉及一種多光纖通道的激光紅外氣體傳感器。

背景技術(shù)

在石化行業(yè)、礦產(chǎn)開發(fā)中往往存在一氧化碳、烷類、烯類和炔類等易燃氣體以及苯、醛、酮等有機蒸汽，它們易燃易爆，對生產(chǎn)安全和環(huán)境保護都造成巨大威脅，須對其進行嚴密、實時的監(jiān)控。檢測可燃性氣體的傳感器主要有催化燃燒和紅外吸收式兩種類型。催化燃燒式傳感器設(shè)計與制造相對容易，價格較低。但它有以下嚴重缺陷：反應(yīng)需要有氧氣參加，即被檢測環(huán)境中的氧氣含量不能太低，當氧氣含量低于16％時它的檢測值就會偏低；環(huán)境中存在含硅、氯、硫等的化合物時，傳感器會發(fā)生中毒現(xiàn)象，靈敏度嚴重降低甚至完全失效；只能檢測低可燃氣濃度，氣體濃度過高或長時間接觸低濃度氣體都會造成傳感器的靈敏度大幅度下降或損壞；探測速度較慢，延時明顯；穩(wěn)定性差，每隔幾個月就需要重新校正。在石化這種安全要求極高的行業(yè)，這些缺陷將帶來嚴重的隱患。與催化燃燒式傳感器相比，紅外吸收式具有選擇性好、測量范圍寬、不中毒、不依賴于氧氣、壽命長等顯著優(yōu)點，是高性能氣體傳感器的主流發(fā)展方向。

在紅外吸收氣體傳感器的家族中，性能最卓越的是激光紅外氣體傳感器。該技術(shù)利用半導(dǎo)體激光器作為紅外光源，利用高性能的紅外探測器進行信號探測。它具備傳統(tǒng)紅外吸收氣體傳感器的一切優(yōu)點，同時也具備一系列獨特的優(yōu)勢，包括測量靈敏度高、覆蓋氣體種類多、響應(yīng)時間快、輕便小巧等。但是一般激光紅外氣體傳感器并不適合用以可燃氣體監(jiān)測，其原因在于，其所用紅外光源為量子級聯(lián)激光器，工作電流很大，發(fā)熱很強，需要利用半導(dǎo)體熱電制冷器來制冷和穩(wěn)定溫度，萬一制冷器失靈或傳感器排熱不及時，可能引燃易燃易爆氣體，導(dǎo)致災(zāi)難性后果發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多光纖通道激光紅外氣體傳感器，氣體傳感器的紅外激光器、探測器、人機界面和氣體吸收部分分離，中間由光纖連接。利用光纖將激光器所發(fā)出的紅外激光傳送至待測點，光纖發(fā)射頭所發(fā)出的紅外激光經(jīng)待測氣體吸收之后由另外一束光纖收集，并且傳回紅外探測器，隨后由信號采集和處理系統(tǒng)進行處理，最終獲取待測氣體的種類和濃度信息。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多光纖通道激光紅外氣體傳感器，包括：

一個電路和人機交換模塊，用于電源管理，系統(tǒng)控制，信號的鎖相放大、采集、儲存、分析與讀取，及人機交互；

至少一個半導(dǎo)體熱電制冷器，與所述電路和人機交換模塊連接，用于實現(xiàn)溫度控制；

一個激光器，固定在所述半導(dǎo)體熱電制冷器上并與所述電路和人機交換模塊連接，用于發(fā)射紅外激光；

至少一個紅外探測器，固定在所述半導(dǎo)體熱電制冷器上并與所述電路和人機交換模塊連接，用于接收紅外激光；

光纖探頭，通過光纖與所述激光器和所述紅外探測器連接，用于探測多個氣體待測點。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.發(fā)明的光纖探頭激光紅外氣體傳感器利用光纖將激光器所發(fā)出的紅外激光傳送至氣體測量點，光纖發(fā)射頭所發(fā)出的紅外激光經(jīng)待測氣體吸收之后由另外一束光纖收集，并且傳回至紅外探測器。這一措施有兩個好處：一、可以探測遠處或者角落的氣體，例如礦井深處；二、氣體傳感器的激光器和電路部分遠離所探測的氣體，在探測易燃易爆氣體時，不會因為激光器的發(fā)熱或者電路中的電火花而引燃引爆氣體。

2.本發(fā)明的光纖探頭激光紅外氣體傳感器可同時連接多個光纖探頭，同時探測多個氣體測量點，提高了集成度，降低了成本。激光紅外氣體傳感器的關(guān)鍵部分是量子級聯(lián)激光器，其價格很高，目前可調(diào)諧量子級聯(lián)激光器的單價為1萬美元左右。在我們的發(fā)明中，多個氣體測量通道共享同一個量子級聯(lián)激光器，及控制、信號采集、人機交互等部分，每一個氣體測量通道的成本因此大大降低。

3.本發(fā)明的光纖探頭激光紅外氣體傳感器工作波段為中紅外波段(3至12微米)，在這一波長區(qū)域內(nèi)，絕大多數(shù)非極性分子分子都有著特征性吸收峰，屬于本征吸收，其吸收強大遠高于近紅外波段，探測靈敏度高，可辨識性好。

4.室溫下工作。通常的高性能紅外吸收型氣體傳感設(shè)備都需要利用液氮制冷，致使設(shè)備昂貴笨重，操作不便。我們的產(chǎn)品所用光源為量子級聯(lián)激光器，光強很高，而所用探測器在室溫下就具備很高的吸收系數(shù)，故而系統(tǒng)在室溫下就可以正常工作，無需液氮制冷。