[發明專利]具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201811486206.4
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109444074B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 張書林;李軍;龔仲強;孫世嶺;李遠清;王堯;于慶;樊榮;趙慶川;梁光清;張遠征
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

1.一種具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置，其特征在于：包括用于發射激光光束的激光器、沿激光光路依次連接的光纖準直器Ⅰ、自校準氣室、光纖準直器Ⅱ和光電探測器；

所述自校準氣室包括呈圓柱狀的殼體Ⅰ和用于容納自校準氣體的校準氣體密封皿；所述殼體Ⅰ內部同軸設置有用于容納測量氣體的容納腔，且殼體Ⅰ軸向方向兩端對稱設有用于固定光纖準直器Ⅰ的固定孔Ⅰ和用于固定光纖準直器Ⅱ的固定孔Ⅱ，固定在固定孔Ⅰ中的光纖準直器Ⅰ和固定在固定孔Ⅱ中的光纖準直器Ⅱ相互正對；所述固定孔Ⅰ和固定孔Ⅱ與容納腔連通；所述校準氣體密封皿呈圓柱狀且同軸內嵌設置于容納腔內，且校準氣體密封皿的徑向尺寸大于容納腔的徑向尺寸。

2.根據權利要求1所述的具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置，其特征在于：所述自校準氣室一側開設有用于供被測氣體流入容納腔的開口，所述開口的長度方向平行于自校準氣室的軸向方向。

3.根據權利要求2所述的具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置，其特征在于：所述校準氣體密封皿為透明玻璃氣體密封皿；所述校準氣體密封皿設置有用于注入自校準氣體的注入管，所述注入管伸出容納腔的開口，且注入管伸出容納腔的開口一端設置有與注入管開口密封配合的頂蓋。

4.根據權利要求1所述的具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置，其特征在于：所述容納腔內壁下沉形成與校準氣體密封皿外壁匹配的卡槽，所述校準氣體密封皿卡接在卡槽內。

5.根據權利要求1所述的具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置，其特征在于：還包括控制模塊；

所述控制模塊與激光器連接，用于控制和調整激光器發射的波長；所述控制模塊與光電探測器連接，用于接收和處理測量到的氣體濃度信號；

所述激光器固定設置于控制模塊上，所述激光器的尾纖通過連接法蘭Ⅰ與自校準氣室的光纖準直器Ⅰ的尾纖相連；

所述光電探測器固定設置于控制模塊上，所述光電探測器的尾纖通過連接法蘭Ⅱ與自校準氣室的光纖準直器Ⅱ的尾纖相連。

6.根據權利要求4所述的具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置，其特征在于：所述自校準氣室還包括用于將校準氣體密封皿緊固在卡槽中的緊固件，

所述緊固件沿殼體Ⅰ的徑向穿過殼體Ⅰ并抵靠在校準氣體密封皿外壁上；所述緊固件的長度方向平行于容納腔的開口寬度方向；所述緊固件與殼體Ⅰ螺紋配合連接。

7.根據權利要求1所述的具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置，其特征在于：所述自校準氣體和被測氣體均為甲烷氣體。

8.一種具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置的測量方法，其特征在于：包括步驟：

S1：取下頂蓋，通過注入管向校準氣體密封皿注入用于自校準的甲烷氣體，將密封膠均勻涂在頂蓋與注入管扣合一側，蓋上頂蓋；

S2：利用氣體濃度測定儀對校準氣體密封皿重注入的甲烷氣體濃度進行測定，得到用于自校準的甲烷氣體濃度值為C₁；

S3：對具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置進行校準；

S4：將具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置放置于被測甲烷氣體環境中，控制模塊控制激光器分別以第一波長模式參數值的設置和第二波長模式實時參數值的設置發射激光光束，光電探測器檢測感應到激光光束，從而分別得到第一波長模式對應的甲烷氣體濃度C₄和第二波長模式對應的甲烷氣體濃度C₅；

S5：根據測量得到的C₁、C₄和C₅，計算得到被測甲烷氣體濃度C₆；

所述步驟S3具體為：

S31：設定激光器的兩種波長模式，即第一波長模式和第二波長模式，其中，在第一波長模式下甲烷氣體不對激光光束產生吸收作用，在第二波長模式下甲烷氣體對激光光束產生吸收作用；

將具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置置于無被測氣體的空氣環境中，將激光器驅動電流設置為默認值，調整激光器溫控電流至激光器出射光束波長對準甲烷吸收譜線中心，將當前激光器驅動電流和溫控電流記為第二波長模式的初始參數值，并記錄當前測量的甲烷氣體濃度為C₃；

調整激光器驅動電流至激光器出射光束波長偏離甲烷吸收譜線中心，將當前激光器驅動電流和溫控電流記為第一波長模式的參數值，并記錄當前測量的甲烷氣體濃度為C₂；

S32：將激光器參數設定為第二波長模式的初始參數值，通過激光器溫控調節使C₃＝C₂+C₁，將前激光器驅動電流和溫控電流記為第二波長模式的實時參數值，完成對具有自校準功能的激光光譜吸收探頭裝置進行校準；

所述被測甲烷氣體濃度C₆的計算公式為：

C₆＝C₅-C₄-C₁ (1)。