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原文传递一种可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置

专利名称：	一种可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置
摘要：	本发明提供一种可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置：包括光路测量部分、气路部分、控制及信号处理部分，其中光路测量部分包括激光器、光纤光学连接器、准直光纤头、聚焦透镜、光电探测器；气路测量部分包括测距激光器、测距准直透镜、测距聚焦透镜、测距探测器。控制及信号处理部分包括信号发生器、脉冲信号发生器、锁相放大器、差分放大器、前置放大器、激光波长锁定模块、中心控制和计算单元、电流控制器、温度控制器。所述信号发生器输出分别与电流控制器的输入、锁相放大器的输入、中心控制和计算单元输出电连接。本发明基于激光吸收光谱技术，实现对甲烷气体实时检测，并且利用激光波长的调制和锁定技术，能够实现激光器稳定输出，并减少外部环境对激光器的干扰，可随时进行三种浓度切换检测，解决传统激光甲烷检测仪只能测甲烷PPM（积分浓度）的弊端，定性定量检测甲烷泄漏。
专利类型：	发明专利
申请人：	深圳华领医学技术有限公司
发明人：	李红军;汪磊;沈澄;梅教旭;马丽华
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T14:00:00+0805
申请号：	CN201911372765.7
公开号：	CN111007025A
分类号：	G01N21/31;G01N21/01;F17D5/00;F17D5/06;G;F;G01;F17;G01N;F17D;G01N21;F17D5;G01N21/31;G01N21/01;F17D5/00;F17D5/06
申请人地址：	518000 广东省深圳市南山区西丽街道阳光社区阳光四路莱玮斯工业厂房505A
主权项：	1.一种可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置，其特征在于：包括光路测量部分、气路测量部分、控制及信号处理部分，其中：所述光路测量部分包括激光器、光纤光学连接器、准直光纤头、聚焦透镜、光电探测器；所述激光器的出光端通过光纤光学连接器的进光端，准直光纤头通过光纤光学连接器的出光端，所述聚焦透镜设于光反射回路，所述光电探测器设于聚焦透镜的聚焦焦点；所述气路测量部分包括测距激光器、测距准直透镜、测距聚焦透镜、测距探测器；所述测距激光器出射光接入测距准直透镜，所述测距探测器设于测距聚焦透镜的聚焦焦点；所述控制及信号处理部分包括信号发生器、脉冲信号发生器、锁相放大器、差分放大器、前置放大器、激光波长锁定模块、中心控制和计算单元、电流控制器、温度控制器；所述信号发生器输出分别与电流控制器的输入、锁相放大器的输入、中心控制和计算单元输出电连接，所述脉冲信号发生器输出与测距激光器输入电连接，所述脉冲信号发生器输入与中心控制和计算单元输出电连接，所述电流控制器、温度控制器的输出分别与所述激光器电连接，所述光电探测器与前置放大器的输入电连接，所述前置放大器的输出与差分放大器的输入电连接，所述差分放大器的输出与锁相放大器的输入电连接，所述锁相放大器的输出与中心控制和计算单元的输入电连接，所述中心控制和计算单元的输出与激光波长锁定模块的输入电连接，所述激光波长锁定模块的输出与电流控制器的输入电连接；所述光路测量部分中，激光器的出射光经光纤光学连接器与准直光纤头输入部分耦合，经准直光纤头准直后入射至可能发生甲烷气体泄漏的气路空间，经反射背景反射后入射至聚焦透镜，聚焦透镜聚焦反射光后送入光电探测器，光电探测器将接收的光信号转换为电信号后送入前置放大器，经前置放大器放大后送入差分放大器，经差分放大器消除由于激光器抖动产生的噪声后送入锁相放大器，锁相放大器根据测量光对应的电信号，解调出包含待测气体吸收信息的谐波信号，谐波信号由锁相放大器送入中心控制和计算单元；中心控制和计算单元将谐波信号转换为数据后进行数据分析，以计算出待测气体信息数据和反馈误差信息数据；同时中心控制和计算单元将反馈误差信息数据转换为反馈误差信号后送入激光波长锁定模块，激光波长锁定模块将反馈误差信号转换后电压后加载至电流控制器，电流控制器将电压转换为电流后叠加至电流控制器输出至激光器的驱动电流，实现对激光器输出光波长的反馈控制；所述气路测量部分中，中心控制和计算单元控制脉冲信号发生器产生脉冲信号，脉冲信号发生器将脉冲电信号驱动测距激光器输出脉冲光信号，测距准直透镜将脉冲光信号准直后发出，准直光被反射体返回，测距聚焦透镜将反射光聚焦到测距探测器，测距探测器将接收到的光信号转换为电信号后送入前置放大器，经前置放大器放大后送入中心控制和计算单元。 2.根据权利要求1所述的可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置，其特征在于：光路测量部分中，激光器自带电控温度调节装置，电流控制器的输出与激光器的电流输入端连接，温度控制器的输出与激光器自带的电控温度调节装置连接，电流控制器将调制电流信号驱动激光器发出调制光信号，调制光信号被准直光纤头准直后入射至可能发生甲烷气体泄漏的气路空间，光电探测器将被反射背景反射回的调制光转换为电信号送入前置放大器。 3.根据权利要求1所述的可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置，其特征在于：气路测量部分中，脉冲信号发生器受中心控制和计算单元控制输出脉冲信号，测距探测器将反射背景反射回的脉冲光信号转换为电信号送入中心控制和计算单元，中心控制和计算单元计算发射信号和接受信号之间的时间差计算气路的长度。 4.根据权利要求1所述的可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置，其特征在于：控制及信号处理部分中，前置放大器放大光电探测器的输出电信号后送入差分放大器，差分放大器将信号送入锁相放大器，锁相放大器中的调制电信号由正弦波进行解调，分别解调出一次谐波信号和二次谐波信号，使用一次谐波信号归一化二次谐波信号，得到与甲烷浓度成正比的吸收信号，吸收信号与参考信号对比，得到光路测量部分中的甲烷气体浓度值，此浓度值为可能发生甲烷气体泄漏的气路空间中的甲烷的积分浓度值，积分浓度只能定性为甲烷有泄漏，但不能确定甲烷的泄漏量，在中心控制和计算单元中，将得到的甲烷积分浓度值除以气路测距中得到的气路的往返长度（气路长度×2）得到气路空间中的甲烷的体积浓度值，此值能定量甲烷泄漏浓度。 5.根据权利要求1所述的可实现甲烷气体三种浓度检测及显示的检测装置，其特征在于：本装置用于检测泄漏甲烷浓度，可同时以PPM、VOL、LEL三种浓度方式检测及显示甲烷浓度。
所属类别：	发明专利