[發明專利]基于TDLAS痕量CO氣體濃度的檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201710329903.8
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107144549B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 鄧軍;王偉峰;殷聰;杜京義;馬礪;張保龍;陳煒樂
• 申請（專利權）人: 西安科技大學;西安捷銳消防科技有限責任公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本發明是基于TDLAS痕量CO氣體濃度檢測的裝置和方法，解決了現有技術測量CO氣體濃度值出現偏差，測量結果可靠性低的問題。檢測裝置包括函數信號發生器、激光器、準直器、流量計、氣泵、herriott吸收池、溫度傳感器、壓力傳感器、聚焦透鏡、光電探測器、前置放大器、數字鎖相放大器、微處理器和計算機；微處理器中設置有修正模塊，修正模塊用于對檢測到的氣體濃度值進行修正；檢測裝置和方法主要用于痕量CO氣體的實時自動監測，可以有效避免由CO氣體而引起人員中毒死亡事故的發生。

技術領域

本發明涉及氣體濃度檢測領域，具體涉及一種基于TDLAS痕量CO氣體濃度檢測的裝置和方法。

背景技術

CO氣體是一種無色、無味的有毒氣體，痕量CO是大氣中濃度低于10^-6的氣體。CO濃度的高低是化工、煤礦是否發生災害的重要標志之一，也是導致人員中毒死亡的重要原因。因此對CO濃度進行準確檢測十分重要。

檢測氣體的方法大致分為兩種。一種是傳統氣體檢測方法，另一種是光學檢測方法。傳統的氣體檢測方法包含化學分析法與色譜法，化學分析法只能在實驗室或進行現場初步定性定量的分析，分析人員的操作水平直接影響測量的精度，且只能逐個檢測單一成分，分析費時，不能對氣體實時在線檢測；色譜法與化學分析法相比，以其分析時間短、效率高、靈敏度高等優點受到廣泛應用，但是這種方法往往要檢測流動相，可操作性和穩定性受到影響，不利于實時分析氣體。隨著氣體在線監測技術需求的不斷增加，近年來涌現出來的光譜學檢測技術得到的迅速的發展，它具有快速、準確、非接觸式的檢測特性，其中可調諧半導體激光吸收光譜技術(TDLAS)具有非常好的適用性與通用性，且檢測速度快，靈敏度高，可實現氣體的高精度非接觸式實時監測。

TDLAS是檢測氣體的一種光學測量方法。該技術可實現氣體的在線測量，不需要取樣和預處理，儀器可直接安裝在現場，且測量靈敏度高，響應速度快，如今該技術己在許多領域普遍應用，例如對石油、化工行業產生的有害氣體泄漏檢測，汽車排放的尾氣實時遙測以及對發動機燃燒效率的測量，冶金廠、電廠燃燒產生的氣體污染物監測等。此外，由于可調諧半導體激光吸收光譜技術的測量響應十分迅速，結合調制光譜技術和長光程技術，就可以測出低于10^-6級別的氣體濃度，可滿足工業現場的在線氣體痕量監測要求，然而當測量現場中的溫度壓強環境因素不穩定時，氣體的譜線寬度與幅度都會發生改變，導致測得的氣體濃度值出現偏差，測量結果可靠性低。因此必須對氣體濃度進行溫度壓強的修正。

發明內容

為解決現有技術測量CO氣體濃度值出現偏差，測量結果可靠性低的問題，本發明提供了一種準確檢測濃度大小，提高檢測可靠性的基于TDLAS痕量CO氣體濃度的檢測裝置和方法。

為了實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種基于TDLAS痕量CO氣體濃度的檢測裝置，包括函數信號發生器、激光器、準直器、流量計、氣泵、herriott吸收池、溫度傳感器、壓力傳感器、聚焦透鏡、光電探測器、前置放大器、數字鎖相放大器、微處理器和計算機；函數信號發生器的輸出端分別與激光器和數字鎖相放大器的輸入端連接；激光器通過光纖與準直器連接；準直器設置在herriott吸收池的入射端口前的入射光路上；流量計與氣泵通過輸氣管依次連接在herriott吸收池進氣口處；溫度傳感器的探頭安裝在herriott吸收池內，溫度傳感器的輸出端與微處理器連接，壓力傳感器設置在herriott吸收池的氣體出口處，壓力傳感器輸出端與微處理器連接；聚焦透鏡設置在herriott吸收池出射端口的出射光路上；光電探測器設置在聚焦透鏡的焦點處，光電探測器的輸出端與前置放大器的輸入端連接；前置放大器的輸出端與數字鎖相放大器的輸入端連接；數字鎖相放大器的輸出端與微處理器連接；微處理器與計算機通信連接，微處理器內設有修正模塊，所述修正模塊用于對檢測到的氣體濃度值進行修正；激光器的光出孔、準直器的光入孔和光出孔、herriott吸收池的光入孔和光出孔均設置在同一直線上。

進一步地，為提高檢測的準確性，激光器為DFB激光器，herriott吸收池為長光程吸收池。