[發明專利]一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201810357321.5
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108827906A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 陳東;賈兆麗;房鵬飛;張玉鈞
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/3504
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 宋仔娟

本發明公開了一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測系統及方法，采用近紅外寬帶檢測光源，并結合長程光學系統實現危化區域多組分氣體泄漏在線檢測。本方法采用多波長光學調制盤進行波長轉換，實現多組分氣體同時檢測，通過雙波長檢測消除光強起伏對檢測的影響，利用內置校準池結合雙光路與雙波長檢測實現氣體濃度在線校準和多組分氣體爆炸危險性檢測。本方法和系統可以滿足工業環境CO、甲烷、丙烷等可燃氣體爆炸危險性安全檢測應用需要。

技術領域

本發明屬于氣體檢測領域，具體涉及一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測系統及方法。

背景技術

石化工業過程不可避免的存在各種易燃、易爆氣體成分，這些氣體一旦泄漏并積聚在周圍環境中，將成為燃燒、爆炸等惡性事故的隱患，為了防患于未然，需要采用性能可靠的氣體檢測報警監控裝置對工藝裝置或儲運設施環境中的氣體濃度進行嚴密監測,以確保安全生產。傳統電化學和催化燃燒型點式傳感器存在易中毒、壽命短、監測范圍小，以及非故障自趨安全等不足，難以滿足石化行業區域爆炸性氣體長期、可靠監測與預警的需求。另外，點式儀器無法及時提供區域性完全覆蓋的安全監測與事故預警。光學檢測方法具有非接觸測量，靈敏度高，壽命長等突出優點，通過與長光程技術相結合，可以實現區域安全監測的完全覆蓋，是目前工業安全監測技術發展的一個重要方向。近些年來，隨著紅外和激光技術的快速發展，基于氣體紅外吸收的光譜檢測技術已經成為環境及工業過程氣體一種有效檢測手段，特別是使用光通訊半導體激光器作為光源的紅外半導體激光光譜檢測技術，其具有的高靈敏、高分辨和長光程檢測特點，使其在工業過程氣體在線檢測領域具有極大的吸引力。

使用寬帶光源的紅外光譜技術可以實現多組分氣體在線檢測，特別是基于目標氣體分子基頻吸收的中紅外光譜技術，具有較高的檢測靈敏度高的優點。但由于氣體分子基頻吸收帶譜線密集，不同分子的吸收帶交疊，難以完全消除組分間的交叉干擾，并且由于具有較強吸收線強，有效檢測光程短，難以滿足高濃度環境下爆炸限檢測應用需要。

發明內容

本發明提出一種針對危化區域多組分可燃氣體泄漏爆炸安全監測的近紅外光譜多組分氣體在線檢測系統及方法，采用近紅外寬帶檢測光源，并結合長程光學系統實現危化區域多組分氣體泄漏在線檢測。本發明采用多波長光學調制盤進行波長轉換，實現多組分氣體同時檢測，通過雙波長檢測消除光強起伏對檢測的影響，利用內置校準池結合雙光路與雙波長檢測實現氣體濃度在線校準和多組分氣體爆炸危險性檢測。本發明可以滿足工業環境CO、甲烷、丙烷等可燃氣體爆炸危險性安全檢測應用需要。

本發明采用的技術方案是：

一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測系統，其特征在于：包括有主機和外部檢測光路系統，外部檢測光路系統包括收發光學探頭、角反射器；

所述收發光學探頭包括脈沖氙燈、電纜接口一，脈沖氙燈的前方光路上依次設置有準直鏡頭、光學濾波盤、分束鏡一，分束鏡一的透射光路上設有分束鏡二，分束鏡二的透射光路上依次設有菲涅爾透鏡、石英窗片、角反射器，分束鏡一的反射光路上依次設有校準吸收池、紅外光電探測器二，分束鏡二的反射光路上設有紅外光電探測器一；所述分束鏡一、分束鏡二、菲涅爾透鏡、石英窗片、角反射器、紅外光電探測器一構成檢測光路；所述分束鏡一、校準吸收池、紅外光電探測器二構成校準光路，校準吸收池中充有包含已知濃度n種系統檢測氣體一個大氣壓的標準氣體；所述電纜接口一與脈沖氙燈、光學濾波盤的驅動機構、紅外光電探測器一、紅外光電探測器二連接；

所述主機包括主機箱，主機箱壁上設有電纜接口二、交流電源插座，主機箱中設有分別與電纜接口二連接的光源脈沖電源、光學濾波盤控制電源、低通濾波放大電路一、低通濾波放大電路二，低通濾波放大電路一、低通濾波放大電路二的信號輸出端與信號采集和處理模塊連接，信號采集與處理模塊的信號輸出端與光源脈沖電源、光學濾波盤控制電源、液晶顯示屏連接，交流電源插座上連接直流穩壓電源，直流穩壓電源為主機箱中的其余各模塊供電；

所述電纜接口一、二通過多芯電纜連接，紅外光電探測器一、二測得的檢測信號、參考信號分別接入低通濾波放大電路一、二。