[發明專利]甲烷濃度分布式光纖檢測系統

在審

• 申請號: 202011040823.9
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112161950A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 洪廣偉;楊培情;張榮君
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供了一種甲烷濃度分布式光纖檢測系統，用于對n個氣室進行甲烷檢測，包括：激光器；隔離器；n?1個耦合器，該n?1個耦合器中的第一個與隔離器連接，n?1個耦合器中的第一個至第n?2個一一對應與n個氣室中的第一個至第n?2個連接，第n?1個同時與n個氣室中的第n?1個和第n個連接；n?1條光纖延遲線，n?1條光纖延遲線中的第一條到第n?2條用于n?1個耦合器之間連接，第n?1條用于第n?1耦合器與第n氣室之間連接；光點探測器，與第一耦合器連接，用于接收氣室反射后的脈沖光，對應得到n條檢測脈沖；采集處理模塊，與光電探測器連接，用于根據檢測脈沖的時間位置得到對應的氣室的空間位置，并根據檢測脈沖的吸收特征反演出對應氣室內的甲烷氣體濃度信息。

技術領域

本發明涉及一種甲烷檢測系統，具體涉及一種甲烷濃度分布式光纖檢測系統。

背景技術

甲烷氣體屬于易燃易爆氣體，常壓下，爆炸極限為5％-15％，因此必須對其濃度進行可靠檢測。相關技術種類繁多，其中利用氣體的對光譜的選擇性吸收特性，通過檢測吸收量，進行濃度檢測，具有氣體選擇性強、靈敏度高、抗干擾、可用于易燃易爆等特殊環境的特點，成為近些年來研究的熱點。特別隨著半導體激光技術的發展，使用TDLAS技術，各種微型化、低成本、實用性強的甲烷檢測系統已經商用化，相關產品已經為煤礦瓦斯泄漏、天然氣巡檢等場合提供了更好的檢測儀器。隨之，研究者開展了基于TDLAS的多點檢測技術研究，然而大多技術方案都是通過光開關、分路器等將單點傳感器組成星型拓撲結構實現多路檢測，在需要長距離、大范圍管線型檢測時，星型的拓撲結構實施受限，影響了檢測效果。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種甲烷濃度分布式光纖檢測系統。

本發明提供了一種甲烷濃度分布式光纖檢測系統，用于對n個氣室進行甲烷檢測，具有這樣的特征，包括：激光器，用于發出脈沖光；隔離器，與激光器連接；n-1個耦合器，該n-1個耦合器中的第一個與隔離器連接，n-1個耦合器中的第一個至第n-2個一一對應與n個氣室中的第一個至第n-2個連接，n-1個耦合器中的第n-1個同時與n個氣室中的第n-1個和第n個連接；n-1條光纖延遲線，用于進行脈沖光的傳輸，n-1條光纖延遲線中的第一條到第n-2條用于n-1個耦合器之間兩兩進行連接，n-1條光纖延遲線中的第n-1條用于第n-1耦合器與第n氣室之間進行連接；光點探測器，與第一耦合器連接，用于接收經過n個氣室反射后的脈沖光，對應得到n條檢測脈沖；采集處理模塊，與光電探測器連接，用于根據檢測脈沖的時間位置得到檢測脈沖對應的氣室的空間位置，并根據檢測脈沖的吸收特征反演出對應氣室內的甲烷氣體濃度信息，其中，n≥3，n-1個耦合器之間通過n-2條光纖延遲線連接，n-2個耦合器與n-2個氣室一一連接，且第n-1個耦合器與第n-1氣室連接的同時通過第n-1條光纖延遲線與第n氣室連接，使得相鄰氣室之間均設有一條光纖延遲線進行脈沖光的延時傳輸，n-1個耦合器、n-1條光纖延遲線以及n個氣室組成共線分段光纖延遲線結構，該共線分段光纖延遲線結構使n條檢測脈沖依次不重疊的被光電探測器檢測，檢測脈沖的接收時間間隔為相鄰氣室間的光纖延遲線引起的延時的2倍。

在本發明提供的甲烷濃度分布式光纖檢測系統中，還可以具有這樣的特征：其中，光纖延遲線為單模光纖或多模光纖。

在本發明提供的甲烷濃度分布式光纖檢測系統中，還可以具有這樣的特征：其中，甲烷濃度分布式光纖檢測系統整體的拓撲結構為線型。

在本發明提供的甲烷濃度分布式光纖檢測系統中，還可以具有這樣的特征：其中，第一氣室的甲烷檢測光路為激光器發出的脈沖光經過隔離器后經過第一耦合器進行分光，分光后一路到達第一氣室，經過反射后回到第一耦合器，并到達光電探測器，形成第一條檢測脈沖。