新型结点式瓦斯浓度实时监测方法及传感器

摘要

本发明提出了一种新型结点式瓦斯浓度实时监测方法及传感器，使用一个近红外波段DFB半导体激光器，利用甲烷在近红外光谱区的特征吸收，通过单模光纤功率耦合器将激光分成多束，用光纤导入到设置于井下特殊设计的各个光纤气体吸收池，经过气体吸收的激光又通过光纤导出到输入光开关，选择信号通过校准池后入射到激光探测器上，采用波长调制技术和二次谐波检测技术，实现高灵敏、高分辨、无干扰气体、快速响应的瓦斯浓度测量。采用背景光强信号拟合的方法消除了光强波动对测量的影响。

主权项

1、结点式瓦斯浓度实时监测方法，其特征在于是利用1.65μm附近的近红外DFB半导体激光器作为CH4的检测激光光源，利用激光器温度和电流控制模块将激光器输出中心波长调谐到1.65μm附近CH4的一条吸收线中心，将低频锯齿波信号叠加在激光器的驱动电流上使激光波长缓慢扫描过CH4气体的吸收线，同时将数千赫兹的正弦波信号叠加在激光器的驱动电流上对激光输出波长进行调谐；通过单模光纤功率耦合器将激光分成多束，用光纤导入到设置于井下的各个气体吸收池，穿过气体吸收池的激光信号又通过光纤导出到输入光开关，光开关出射端口有一个充满一个大气压标准浓度CH4气体的校准吸收池，用于对检测吸收信号的实时校准；光开关在数据采集、处理和控制模块发出的选通信号作用下顺序地将各束激光信号输出，光开关出射光经过自聚焦准直器准直后穿过校准吸收池，由聚焦透镜聚焦到一个红外光电探测器的光敏面上；探测器信号被分为两路，一路送锁相放大器进行二次谐波信号检测，锁相放大器的参考信号来自于前述正弦波信号；另一路直接送数据采集、处理和控制模块，首先进行数字低通滤波，然后对其作线性拟合作为激光光强信号，锁相放大器输出的二次谐波信号利用拟合光强信号进行归一化处理以消除光强波动对浓度检测的影响，归一化后的二次谐波信号经多次累加平均得到一条检测吸收谱，利用预先保存的校准吸收池吸收信号对检测吸收谱进行最小二乘法拟合并扣除校准吸收池气体浓度得到气体的光程积分浓度，光程积分浓度除以总光程得到光程平均气体浓度。