[發(fā)明專利]氣體濃度監(jiān)測方法、裝置及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611150759.3
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106525742B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王寅;魏玉賓;張婷婷;胡杰;趙維崧;李艷芳;王兆偉;劉統(tǒng)玉
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院激光研究所
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/01
• 代理公司: 北京超凡志成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 梁香美

本發(fā)明提供了一種氣體濃度監(jiān)測方法、裝置及系統(tǒng)，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括激光產(chǎn)生裝置、氣體探頭、多個(gè)參考?xì)馐摇⒐怆娞綔y裝置及微控制器。氣體探頭用于探測待測氣體，待測氣體包括多種氣體，每種所述氣體對應(yīng)一個(gè)填充有該氣體的參考?xì)馐摇＜す猱a(chǎn)生裝置用于輸出信號光和多束參考光。光電探測裝置用于將接收到的信號光和每束參考光均轉(zhuǎn)化為第一電信號發(fā)送至所述微控制器。微控制器用于處理所述第一電信號以得到所述待測氣體中各組分的濃度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對待測氣體，尤其吸收光譜呈帶狀，并無完全分立、明顯的特征吸收峰的氣體進(jìn)行高精度定量監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種氣體濃度監(jiān)測方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的可燃性揮發(fā)氣體現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)手段有催化燃燒、電化學(xué)以及紅外吸收光譜等。這些技術(shù)方法相關(guān)的傳感器設(shè)備在監(jiān)測現(xiàn)場帶電運(yùn)行，其本身即為構(gòu)成火災(zāi)與爆炸事故的誘因之一，屬于非本質(zhì)安全的技術(shù)手段。并且上述技術(shù)手段需要定期重新標(biāo)定，無法實(shí)現(xiàn)長期高靈敏度運(yùn)行?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)以半導(dǎo)體激光器輸出的紅外激光作為主動探測光源，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)傳感設(shè)備的長期高效運(yùn)行。同時(shí)該技術(shù)容易與光纖傳感技術(shù)相結(jié)合，可將紅外激光束遠(yuǎn)距離傳輸至可燃性揮發(fā)氣體監(jiān)測現(xiàn)場，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場可燃性揮發(fā)氣體進(jìn)行不帶電、本質(zhì)安全的監(jiān)測。

當(dāng)前，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)與光纖傳感技術(shù)相結(jié)合，形成的相應(yīng)傳感設(shè)備已經(jīng)被大量應(yīng)用于工業(yè)氣體現(xiàn)場監(jiān)測領(lǐng)域中，但是這些應(yīng)用主要是對單一組分氣體進(jìn)行監(jiān)測(如甲烷、乙炔等氣體)，且相應(yīng)氣體存在分立、明顯的特征吸收峰，非常便于識別提取并用于氣體的定量分析。而原油儲罐區(qū)可燃性揮發(fā)氣體是主要由丙烷和丁烷構(gòu)成的混合組分氣體，且無論丙烷還是丁烷，其吸收光譜呈帶狀，并無完全分立、明顯的特征吸收峰，此時(shí)，采用傳統(tǒng)的傳感設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)該可燃性揮發(fā)氣體的現(xiàn)場高精度定量監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氣體濃度監(jiān)測方法、裝置及系統(tǒng)，以改善上述問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光產(chǎn)生裝置、氣體探頭、多個(gè)參考?xì)馐摇⒐怆娞綔y裝置以及微控制器。所述微控制器與所述光電探測裝置電連接。所述氣體探頭用于探測待測氣體，所述待測氣體包括多種氣體，每種所述氣體對應(yīng)一個(gè)填充有該氣體的所述參考?xì)馐摇Ｋ黾す猱a(chǎn)生裝置用于輸出信號光和多束參考光。其中，所述多束參考光與所述多個(gè)參考?xì)馐乙灰粚?yīng)。所述信號光傳輸至所述氣體探頭內(nèi)，一部分所述信號光被所述氣體探頭內(nèi)的待測氣體吸收，另一部分所述信號光從所述氣體探頭輸出并傳輸至所述光電探測裝置。每束所述參考光均傳輸至與該參考光對應(yīng)的參考?xì)馐?，一部分該參考光被該參考?xì)馐覂?nèi)的氣體吸收，另一部分該參考光從該參考?xì)馐逸敵霾鬏斨了龉怆娞綔y裝置。所述光電探測裝置用于將接收到的所述信號光和每束參考光均轉(zhuǎn)化為第一電信號發(fā)送至所述微控制器。所述微控制器用于處理所述第一電信號以得到所述待測氣體中各組分的濃度。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述激光產(chǎn)生裝置還用于產(chǎn)生基準(zhǔn)光，所述激光產(chǎn)生裝置輸出的所述信號光與所述基準(zhǔn)光的光強(qiáng)之間的差值的絕對值小于預(yù)設(shè)值。所述激光產(chǎn)生裝置輸出的每束參考光的光強(qiáng)與所述基準(zhǔn)光的光強(qiáng)之間的差值的絕對值小于所述預(yù)設(shè)值。所述光電探測裝置還用于接收所述激光產(chǎn)生裝置輸出的基準(zhǔn)光，將所述基準(zhǔn)光轉(zhuǎn)換為第二電信號發(fā)送至所述微控制器。所述微控制器用于處理所述第一電信號和所述第二電信號以得到所述待測氣體中各組分的濃度。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述氣體探頭包括赫里奧特光學(xué)結(jié)構(gòu)，入射到所述氣體探頭內(nèi)的信號光經(jīng)所述赫里奧特光學(xué)結(jié)構(gòu)多次反射后輸出，以使得一部分所述信號光被所述氣體探頭內(nèi)的待測氣體吸收。