[實(shí)用新型]基于光學(xué)聲波傳感器的本征安全光聲光譜氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020138027.4
• 申請(qǐng)日: 2010-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN201637668U
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉祥志;成巍;王知學(xué);劉曉建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17;G08C23/06
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于氣體監(jiān)測(cè)、檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種特殊環(huán)境下（強(qiáng)電磁、放射性、無(wú)電）使用的監(jiān)測(cè)氣體含量的高靈敏度在線式基于光學(xué)聲波傳感器的本征安全光聲光譜氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光聲效應(yīng)是基于物質(zhì)吸收調(diào)制光后通過(guò)無(wú)輻射馳豫放熱而激發(fā)出聲波的效應(yīng)，由于光聲光譜法的靈敏度高，檢測(cè)范圍廣，特別是不受樣品的形態(tài)限制，對(duì)固體、液體、氣體、粉末、薄膜，甚至生物樣品均可直接檢測(cè)，從而廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物、環(huán)境、材料、醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域，已成為分析檢測(cè)中一個(gè)重要的方法和手段。然而，傳統(tǒng)的光聲光譜儀一般依靠現(xiàn)場(chǎng)提供激發(fā)光源，使用的微音器為電學(xué)結(jié)構(gòu)的，在特殊環(huán)境下，例如強(qiáng)電磁和放射性環(huán)境下，由于物理特性制約著電學(xué)麥克風(fēng)的操作，外部的強(qiáng)電磁場(chǎng)的影響能夠引起這些設(shè)備功能的喪失甚至破壞他們；在瓦斯環(huán)境中，不能使用有源裝置，限制了現(xiàn)場(chǎng)需有電源的傳統(tǒng)光聲光譜儀的使用。隨著光纖激光技術(shù)的發(fā)展，為特殊環(huán)境下（強(qiáng)電磁、放射性、無(wú)電）提供基于光聲光譜的在線監(jiān)測(cè)氣體含量的高靈敏度系統(tǒng)提供了可能。

經(jīng)過(guò)檢索，找到了些使用光纖進(jìn)行氣體檢測(cè)的相關(guān)專利，在發(fā)明專利（專利公開號(hào)：CN101532951A）“一種光纖混合氣體定量測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法”、發(fā)明專利（專利公開號(hào)：CN1793850A）“基于環(huán)形光纖激光器的氣體濃度檢測(cè)方法及設(shè)備”、發(fā)明專利（專利公開號(hào)：CN1793849A）“基于光纖激光器腔內(nèi)敏感的氣體濃度檢測(cè)方法及設(shè)備”中，提出的氣體測(cè)量方法是基于光譜吸收的，利用的是光源被測(cè)量氣體吸收后剩余的光功率值，非本發(fā)明中采用的光聲光譜法中使用的氣體吸收調(diào)制光后通過(guò)無(wú)輻射馳豫放熱而激發(fā)出聲波的光聲信號(hào)；采用光聲方法檢測(cè)的專利中，在發(fā)明專利（專利公開號(hào)：CN101487818A）“變壓器油中氣體含量在線監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)”中，使用非相干寬光源加濾光片，微音器使用電容型駐極微音器EK-23024；在發(fā)明專利（專利公開號(hào)：CN101498690A）“在線式電力變壓器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”中，使用的為可調(diào)諧級(jí)聯(lián)二極管激光器相干光源，微音器采用的為Bruel&Kjear-4176；在實(shí)用新型專利（專利公開號(hào)：CN2849712）“基于光聲原理的有毒有害氣體檢測(cè)及火災(zāi)報(bào)警裝置”中，光源采用大功率紅外熱輻射光源，微音器為knowles公司的EK-3133。以上采用光聲方法檢測(cè)氣體濃度的專利中，使用的光源和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理電路需要現(xiàn)場(chǎng)提供電源，在特殊環(huán)境，比如瓦斯環(huán)境下，不能使用，而且采用的微音器是傳統(tǒng)的微音器，傳統(tǒng)的微音器包括電容器、駐極體和動(dòng)態(tài)的微音器,使用依靠含電容器或卷的電子線??，特別是在前兩個(gè)發(fā)明專利（專利公開號(hào)：CN101487818A）、CN101498690A）中將受到應(yīng)用環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)變壓器強(qiáng)電磁干擾，如果不額外進(jìn)行抗電磁干擾設(shè)計(jì)，外部強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境將影響這些設(shè)備的性能，甚至使其功能喪失，最嚴(yán)重時(shí)將破壞它們，同理在放射性環(huán)境中也存在此問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就是為解決上述問(wèn)題，提出一套在強(qiáng)電磁干擾、放射性環(huán)境、測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)不能帶電的特殊環(huán)境下能正常使用的在線式基于光學(xué)聲波傳感器的本征安全光聲光譜氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于光聲光譜技術(shù)，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，遠(yuǎn)程光源發(fā)出的經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光通過(guò)光纖可以在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電的情況下對(duì)光聲池中的待測(cè)氣體進(jìn)行激發(fā)，氣體吸收光脈沖后產(chǎn)生周期性的振動(dòng)，形成聲波，通過(guò)不同于傳統(tǒng)電子微音器的光學(xué)聲波傳感器可以采集聲強(qiáng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)，或通過(guò)有線、無(wú)線的方式發(fā)送給后臺(tái)做進(jìn)一步的處理，實(shí)現(xiàn)特殊環(huán)境下氣體的監(jiān)測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于光學(xué)聲波傳感器的本征安全光聲光譜氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括光源裝置，該裝置產(chǎn)生的激光通過(guò)光纖經(jīng)光纖準(zhǔn)直器與光聲池裝置連接，激光入射方向與光聲池裝置的軸心共線準(zhǔn)直；光學(xué)聲波傳感器與光聲池裝置連接，光聲池裝置與待測(cè)氣體連通；光學(xué)聲波傳感器中的1/4波長(zhǎng)的相移摻鉺光柵光纖環(huán)狀鋪設(shè)在光聲池裝置內(nèi)壁，同時(shí)光學(xué)聲波傳感器中的光隔離器則與解調(diào)裝置連接，解調(diào)裝置與數(shù)據(jù)采集裝置連接。

所述光源裝置包括帶電源調(diào)制的半導(dǎo)體激光器LD，它經(jīng)耦合器I進(jìn)入電源環(huán)路，經(jīng)過(guò)摻鉺光纖后，產(chǎn)生的光信號(hào)經(jīng)光隔離器和可調(diào)隔離器后傳輸?shù)今詈掀鳎徊糠纸?jīng)耦合器I反饋回?fù)姐s光纖中，實(shí)現(xiàn)環(huán)路振蕩，另一部分耦合至輸出端輸出，輸出經(jīng)過(guò)光纖和摻鉺光纖放大器，最后經(jīng)光纖準(zhǔn)直器瞄準(zhǔn)后，入射到光聲池裝置中；正弦信號(hào)發(fā)生器、鋸齒波信號(hào)發(fā)生器與直流信號(hào)疊加后作為半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電源，該驅(qū)動(dòng)電源由控制器調(diào)制，同時(shí)該控制器輸出調(diào)制頻率作為解調(diào)裝置中鎖相放大電路的參考信號(hào)頻率。