一種同時(shí)監(jiān)測(cè)一氧化碳和甲烷的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境氣體檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種同時(shí)監(jiān)測(cè)一氧化碳和甲烷濃度的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣是一種主要由甲烷組成的氣態(tài)化石燃料，具有燃燒效率高、燃燒產(chǎn)物更為清潔等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為當(dāng)前的重要能源之一，被用于生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著全球能源危機(jī)日益加劇，人們對(duì)燃料利用效率提出了更高的要求，甲烷作為天然氣的最主要成分，對(duì)其在燃燒氣體中的含量進(jìn)行監(jiān)控可有效反映天然氣的燃燒效率。CO是主要由化石燃料燃燒產(chǎn)生的對(duì)人體有嚴(yán)重危害的污染物，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的逐漸重視，對(duì)CO排放的限制將更加嚴(yán)格。CO也是燃燒充分程度的重要指示劑。所以對(duì)CHjP CO同時(shí)進(jìn)行探測(cè)可提供關(guān)于天然氣燃燒利用效率更為詳細(xì)的信息。除此之外，CH4是重要程度僅次于CO 2的溫室氣體，CO對(duì)人體有非常嚴(yán)重的危害，當(dāng)兩者在空氣中的含量到達(dá)一定程度后多會(huì)引起爆炸，因此對(duì)于CHjP CO的探測(cè)在能源、環(huán)境、安全等方面都有非常重要的意義。
[0003]目前國(guó)內(nèi)采用的氣體檢測(cè)方法主要分為化學(xué)方法和光學(xué)方法。相比于化學(xué)檢測(cè)方法，光學(xué)方法特別是光譜學(xué)的方法具有非接觸、高靈敏、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)，是目前大氣檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的主流方向。光譜學(xué)方法中的可調(diào)諧二極管激光光譜技術(shù)(TDLAS)使用單模激光器，具有譜線窄的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高分辨率、高靈敏度和快速測(cè)量。然而TDLAS技術(shù)的缺點(diǎn)是:(1)為實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)氣體的高選擇性，對(duì)光源單模輸出要求高，中心波長(zhǎng)隨外界溫度或機(jī)械特性的變化會(huì)發(fā)生偏移的缺點(diǎn)會(huì)影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性，因而在惡劣環(huán)境中應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行鎖頻或嚴(yán)格的溫控，這也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。(2)從產(chǎn)業(yè)化角度看，單模激光器的價(jià)格較高，不利于系統(tǒng)的商品化。以上缺點(diǎn)都制約了它的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為解決現(xiàn)有光譜學(xué)氣體探測(cè)裝置中使用單模二極管激光器成本高，并且輸出波長(zhǎng)對(duì)工作溫度變化敏感的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種采用可調(diào)諧多模二極管激光器的同時(shí)監(jiān)測(cè)一氧化碳和甲烷濃度的裝置。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:一種同時(shí)監(jiān)測(cè)一氧化碳和甲烷的裝置，包括激光器裝置、氣體池和數(shù)據(jù)采集分析裝置，所述激光器裝置包括正弦波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器、加法器、激光控制器、可調(diào)諧二極管激光器、準(zhǔn)直透鏡、第一分光鏡和第二分光鏡，所述氣體池包括第一氣體吸收池、第二氣體吸收池和長(zhǎng)程吸收池，第一氣體吸收池中充入已知濃度的甲烷氣體，第二氣體吸收池中充入已知濃度的一氧化碳?xì)怏w，長(zhǎng)程吸收池中充入待測(cè)的一氧化碳和甲烷的混合氣體，所述數(shù)據(jù)采集分析裝置包括第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；
[0006]正弦波發(fā)生器和鋸齒波發(fā)生器輸出端均連接加法器和數(shù)據(jù)采集卡輸入端，加法器輸出端連接激光控制器輸入端，激光控制器輸出端與長(zhǎng)程吸收池的進(jìn)光口之間依次設(shè)置準(zhǔn)直透鏡、第一分光鏡、第二分光鏡，第一分光鏡反射光路上依次設(shè)置第一氣體吸收池和第一光電探測(cè)器，第二分光鏡反射光路上依次設(shè)置第二氣體吸收池和第二光電探測(cè)器，長(zhǎng)程吸收池的出光口設(shè)置反光鏡，反光鏡反射光路上設(shè)置第三光電探測(cè)器，第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器和第三光電探測(cè)器輸出端均連接數(shù)據(jù)采集卡輸入端，數(shù)據(jù)采集卡輸出端連接計(jì)算機(jī)輸入端。
[0007]進(jìn)一步的，所述第一氣體吸收池和第二氣體吸收池均包括玻璃池體，玻璃池體兩端設(shè)有進(jìn)光窗片和出光窗片，進(jìn)光窗片與經(jīng)第一分光鏡和第二分光鏡反射的光線呈88.8°的夾角。
[0008]進(jìn)一步的，所述玻璃池體長(zhǎng)度為50cm至80cm。
[0009]進(jìn)一步的，所述第一氣體吸收池中充入甲烷和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，甲烷占到混合氣體體積的3%，所述第二氣體吸收池中充入一氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，一氧化碳占到混合氣體體積的3%。
[0010]進(jìn)一步的，所述長(zhǎng)程吸收池包括派熱克斯玻璃或不銹鋼材質(zhì)的筒形腔體，筒形腔體端部設(shè)置進(jìn)光口和出光口，筒形腔體側(cè)面設(shè)有抽氣口和進(jìn)氣口，進(jìn)氣口和抽氣口均設(shè)有針閥，筒形腔體內(nèi)靠近兩端的位置分別設(shè)有一片離散凹面鏡。
[0011]進(jìn)一步的，所述筒形腔體體積為3.2L，兩片離散凹面鏡之間的距離為55cm，離散凹面鏡反射率大于99%。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0013]1、本發(fā)明為復(fù)雜多變環(huán)境下一氧化碳和甲烷的同時(shí)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了低成本解決方法，并具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]2、通過(guò)將工藝簡(jiǎn)單的紅外室溫延長(zhǎng)波段多模二極管激光器代替價(jià)格昂貴的單模激光器，同時(shí)使用無(wú)需液氮冷卻的室溫延伸波段InGaAs探測(cè)器，使得測(cè)量裝置成本降低。應(yīng)用可調(diào)諧多模二極管激光光譜技術(shù)同關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了由單臺(tái)多模二極管激光器同時(shí)測(cè)量?jī)煞N氣體，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了測(cè)量效率。
[0015]3、通過(guò)應(yīng)用多模二極管激光關(guān)聯(lián)光譜波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，無(wú)需對(duì)二極管激光器的波長(zhǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)定，對(duì)中心波長(zhǎng)的漂移限制也是寬松的，提升了系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的脫敏程度，提高了測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。長(zhǎng)程吸收技術(shù)和波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)的引入可大大提高系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度，這些特性不僅提高了本系統(tǒng)的探測(cè)性能，而且有效降低了系統(tǒng)的測(cè)量成本。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是長(zhǎng)程吸收池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:I一正弦波發(fā)生器，2—鋸齒波發(fā)生器，3—加法器，4一激光控制器，5—可調(diào)諧二極管激光器，6—準(zhǔn)直透鏡，7—第一分光鏡，8—第一氣體吸收池，9一第一光電探測(cè)器，10—第二分光鏡，11 一第二氣體吸收池，12—第二光電探測(cè)器，13—長(zhǎng)程吸收池，14 一反光鏡，15—第二光電探測(cè)器，16一數(shù)據(jù)米集卡，17—計(jì)算機(jī)，18—進(jìn)光口，19一出光口，20 —尚散凹面鏡一，21—離散凹面鏡二，22—進(jìn)氣口，23—抽氣口。【具體實(shí)施方式】:
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0020]實(shí)施例一
[0021]如圖1和2所示，本發(fā)明的同時(shí)監(jiān)測(cè)一氧化碳和甲烷的裝置包括激光器裝置、氣體池和數(shù)據(jù)采集分析裝置。
[0022]所述激光器裝置包括正弦波發(fā)生器1、鋸齒波發(fā)生器2、加法器3、激光控制器4、可調(diào)諧二極管激光器5、準(zhǔn)直透鏡6、第一分光鏡7和第二分光鏡10。正弦波波發(fā)生器I的技術(shù)參數(shù)為:正弦波的頻率為12KHz，可選用型號(hào)為F05的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；鋸齒波發(fā)生器2的技術(shù)參數(shù)為:鋸齒波的頻率為30Hz，可選用型號(hào)為F05的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；激光控制器5的技術(shù)參數(shù)為:溫度調(diào)節(jié)范圍為20-30°C，步長(zhǎng)為0.5°C，精度為0.005°C,電流調(diào)諧范圍為20-110mA，精度為0.001mA，可選用LDC-3724型控制器；可調(diào)諧多模二極管激光器4的技術(shù)參數(shù):中心波長(zhǎng)位于2.33 μ m，最大輸出功率5mW。
[0023]所述氣體池包括第一氣體吸收池8、第二氣體吸收池11和長(zhǎng)程吸收池13，所述第一氣體吸收池8和第二氣體吸收池11均包括玻璃池體，玻璃池體長(zhǎng)度為50cm，玻璃池體兩端設(shè)有進(jìn)光窗片和出光窗片，進(jìn)光窗片與經(jīng)第一分光鏡7和第二分光鏡10反射的光線呈88.8°的夾角，以減少光束在窗片上產(chǎn)生的干涉條紋噪聲。第一氣體吸收池8中充入已知濃度的甲燒氣體，第二氣體吸收池11中充入已知濃度的一氧化碳?xì)怏w，本實(shí)施例中，第一氣體吸收池8中充入甲烷和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，甲烷占到混合氣體體積的3%，通過(guò)甲烷所占體積比可以換算出甲烷濃度，第二氣體吸收池11中充入一氧化碳和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，一氧化碳占到混合氣體體積的3 %，通過(guò)一氧化碳所占體積比可以換算出一氧化碳濃度，長(zhǎng)程吸收池13中充入待測(cè)的一氧化碳和甲烷的混合氣體。所述長(zhǎng)程吸收池13包括派熱克斯玻璃材質(zhì)的筒形腔體，所述筒形腔體體積為3.2L，筒形腔體端部設(shè)置進(jìn)光口 18和出光口 19，筒形腔體側(cè)面設(shè)有抽氣口 23和進(jìn)氣口 22，進(jìn)氣口 22和抽氣口 23均設(shè)有針閥，筒形腔體內(nèi)靠近兩端的位置分別設(shè)有一片離散凹面鏡，分別為離散凹面鏡一 20和離散凹面鏡二 21，兩片離散凹面鏡之間的距離為55cm，離散凹面鏡反射率大于99%，光束經(jīng)182次反射后光程可達(dá) 100m。
[0024]所述數(shù)據(jù)采集分析裝置包括第一光電探測(cè)器9、第二光電探測(cè)器12、第