一種同時監測一氧化碳和甲烷的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于環境氣體檢測領域，具體涉及一種同時監測一氧化碳和甲烷濃度的裝置。
【背景技術】
[0002]天然氣是一種主要由甲烷組成的氣態化石燃料，具有燃燒效率高、燃燒產物更為清潔等優點，逐漸成為當前的重要能源之一，被用于生產、生活的各個領域。隨著全球能源危機日益加劇，人們對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，對其在燃燒氣體中的含量進行監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生的對人體有嚴重危害的污染物，隨著人們對環境保護的逐漸重視，對CO排放的限制將更加嚴格。CO也是燃燒充分程度的重要指示劑。所以對CHjP CO同時進行探測可提供關于天然氣燃燒利用效率更為詳細的信息。除此之外，CH4是重要程度僅次于CO 2的溫室氣體，CO對人體有非常嚴重的危害，當兩者在空氣中的含量到達一定程度后多會引起爆炸，因此對于CHjP CO的探測在能源、環境、安全等方面都有非常重要的意義。
[0003]目前國內采用的氣體檢測方法主要分為化學方法和光學方法。相比于化學檢測方法，光學方法特別是光譜學的方法具有非接觸、高靈敏、測量范圍廣等特點，是目前大氣檢測技術發展的主流方向。光譜學方法中的可調諧二極管激光光譜技術(TDLAS)使用單模激光器，具有譜線窄的優點，可實現高分辨率、高靈敏度和快速測量。然而TDLAS技術的缺點是:(1)為實現對目標氣體的高選擇性，對光源單模輸出要求高，中心波長隨外界溫度或機械特性的變化會發生偏移的缺點會影響到測量的準確性，因而在惡劣環境中應用時需要進行鎖頻或嚴格的溫控，這也增加了系統的復雜性。(2)從產業化角度看，單模激光器的價格較高，不利于系統的商品化。以上缺點都制約了它的進一步廣泛應用。
【發明內容】
[0004]發明目的:為解決現有光譜學氣體探測裝置中使用單模二極管激光器成本高，并且輸出波長對工作溫度變化敏感的問題，本實用新型提供一種采用可調諧多模二極管激光器的同時監測一氧化碳和甲烷濃度的裝置。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型采用了如下的技術方案:一種同時監測一氧化碳和甲烷的裝置，包括激光器裝置、氣體池和數據采集分析裝置，所述激光器裝置包括正弦波發生器、鋸齒波發生器、加法器、激光控制器、可調諧二極管激光器、準直透鏡、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氣體，長程吸收池中充入待測的一氧化碳和甲烷的混合氣體，所述數據采集分析裝置包括第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器、數據采集卡和計算機；
[0006]正弦波發生器和鋸齒波發生器輸出端均連接加法器和數據采集卡輸入端，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程吸收池的進光口之間依次設置準直透鏡、第一分光鏡、第二分光鏡，第一分光鏡反射光路上依次設置第一氣體吸收池和第一光電探測器，第二分光鏡反射光路上依次設置第二氣體吸收池和第二光電探測器，長程吸收池的出光口設置反光鏡，反光鏡反射光路上設置第三光電探測器，第一光電探測器、第二光電探測器和第三光電探測器輸出端均連接數據采集卡輸入端，數據采集卡輸出端連接計算機輸入端。
[0007]進一步的，所述第一氣體吸收池和第二氣體吸收池均包括玻璃池體，玻璃池體兩端設有進光窗片和出光窗片，進光窗片與經第一分光鏡和第二分光鏡反射的光線呈88.8°的夾角。
[0008]進一步的，所述玻璃池體長度為50cm至80cm。
[0009]進一步的，所述第一氣體吸收池中充入甲烷和氮氣的混合氣體，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氣的混合氣體，一氧化碳占到混合氣體體積的3%。
[0010]進一步的，所述長程吸收池包括派熱克斯玻璃或不銹鋼材質的筒形腔體，筒形腔體端部設置進光口和出光口，筒形腔體側面設有抽氣口和進氣口，進氣口和抽氣口均設有針閥，筒形腔體內靠近兩端的位置分別設有一片離散凹面鏡。
[0011]進一步的，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]本實用新型的優點是:
[0013]1、本實用新型為復雜多變環境下一氧化碳和甲烷的同時、實時監測提供了低成本解決方法，并具有靈敏度高、響應速度快、穩定性好、可靠性高、維護簡單的優點。
[0014]2、通過將工藝簡單的紅外室溫延長波段多模二極管激光器代替價格昂貴的單模激光器，同時使用無需液氮冷卻的室溫延伸波段InGaAs探測器，使得測量裝置成本降低。應用可調諧多模二極管激光光譜技術同關聯光譜技術相結合，實現了由單臺多模二極管激光器同時測量兩種氣體，簡化了系統，提高了測量效率。
[0015]3、通過應用多模二極管激光關聯光譜波長調制技術對氣體進行監測時，無需對二極管激光器的波長進行準確的標定，對中心波長的漂移限制也是寬松的，提升了系統對環境的脫敏程度，提高了測量的穩定性和可靠性。長程吸收技術和波長調制技術的引入可大大提高系統的探測靈敏度，這些特性不僅提高了本系統的探測性能，而且有效降低了系統的測量成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的整體結構示意圖；
[0017]圖2是長程吸收池的結構示意圖。
[0018]圖中:I一正弦波發生器，2—鋸齒波發生器，3—加法器，4一激光控制器，5—可調諧二極管激光器，6—準直透鏡，7—第一分光鏡，8—第一氣體吸收池，9一第一光電探測器，10—第二分光鏡，11 一第二氣體吸收池，12—第二光電探測器，13—長程吸收池，14 一反光鏡，15—第二光電探測器，16一數據米集卡，17—計算機，18—進光口，19一出光口，20 —尚散凹面鏡一，21—離散凹面鏡二，22—進氣口，23—抽氣口。【具體實施方式】:
[0019]下面結合附圖對本實用新型做更進一步的解釋。
[0020]實施例一
[0021]如圖1和2所示，本實用新型的同時監測一氧化碳和甲烷的裝置包括激光器裝置、氣體池和數據采集分析裝置。
[0022]所述激光器裝置包括正弦波發生器1、鋸齒波發生器2、加法器3、激光控制器4、可調諧二極管激光器5、準直透鏡6、第一分光鏡7和第二分光鏡10。正弦波波發生器I的技術參數為:正弦波的頻率為12KHz，可選用型號為F05的函數信號發生器；鋸齒波發生器2的技術參數為:鋸齒波的頻率為30Hz，可選用型號為F05的函數信號發生器；激光控制器5的技術參數為:溫度調節范圍為20-30°C，步長為0.5°C，精度為0.005°C,電流調諧范圍為20-110mA，精度為0.001mA，可選用LDC-3724型控制器；可調諧多模二極管激光器4的技術參數:中心波長位于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，玻璃池體長度為50cm，玻璃池體兩端設有進光窗片和出光窗片，進光窗片與經第一分光鏡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氣體，本實施例中，第一氣體吸收池8中充入甲烷和氮氣的混合氣體，甲烷占到混合氣體體積的3%，通過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氣的混合氣體，一氧化碳占到混合氣體體積的3 %，通過一氧化碳所占體積比可以換算出一氧化碳濃度，長程吸收池13中充入待測的一氧化碳和甲烷的混合氣體。所述長程吸收池13包括派熱克斯玻璃材質的筒形腔體，所述筒形腔體體積為3.2L，筒形腔體端部設置進光口 18和出光口 19，筒形腔體側面設有抽氣口 23和進氣口 22，進氣口 22和抽氣口 23均設有針閥，筒形腔體內靠近兩端的位置分別設有一片離散凹面鏡，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182次反射后光程可達 100m。
[0024]所述數據采集分析裝置包括第一光電探測器9、第二光電探測器12、