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反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)，包括具有A/D轉(zhuǎn)換器的MCU處理電路、信號發(fā)生電路、激光器、主路光束整形機構(gòu)、空間角反射鏡、主路探測器和信號放大電路，所述MCU處理電路連接所述信號發(fā)生電路，所述信號發(fā)生電路連接所述激光器；所述主路探測器通過所述信號放大電路連接所述MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器；所述激光器對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述主路探測器通過所述空間角反射鏡對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)的激光出射端設(shè)置。本實用新型使用的時候，由于空間角反射鏡的作用，發(fā)射單元和接收單元能夠設(shè)在一起作為發(fā)射端，發(fā)射單元和接收單元共用一個MCU處理電路，使得同步性、實時性以及協(xié)同性大大提高。
【專利說明】反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化和市場化經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對能源需求劇增。2012年全年中國天然氣產(chǎn)量同比增長6.5%達到1077億立方米，經(jīng)測算，在開采、處理和輸送環(huán)節(jié)中的環(huán)境檢測，對甲烷等氣體檢檢測設(shè)備的新增年需求量達到50萬臺以上，并以每年20%至30%的速度增長。在油氣的開采、集輸過程中，各種形式的泄露將會嚴重影響大氣環(huán)境和人民生命財產(chǎn)安全。由于檢測技術(shù)和管理水平的落后，事故常有發(fā)生，不僅對經(jīng)濟造成巨大的損失，也造成了不良的社會影響，對環(huán)境造成了污染。甲烷是天然氣的主要可燃成分，同時又是一種強效的溫室氣體，甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的20多倍，是地球大氣中僅次于二氧化碳的第二號能導(dǎo)致全球變暖的溫室氣體。為了避免環(huán)境污染和減少溫室效應(yīng)，保障安全生產(chǎn)和社會穩(wěn)定，檢測危險區(qū)域氣體泄漏實在必行，現(xiàn)有用于檢測危險區(qū)域氣體檢濃度檢測的各種系統(tǒng)中，其中一種為開路甲烷激光氣體檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)射單元和接收單元，發(fā)射單元包括MCU處理電路、信號發(fā)生電路、激光器、主路光束整形機構(gòu)以及電源電路，接收單元包括匯聚激光的透鏡、主路探測器、信號放大電路、MCU處理電路以及信號輸出電路；MCU處理電路通過信號發(fā)生電路控制激光器發(fā)出激光，主路光束整形機構(gòu)對激光進行整形后射向接收單元，激光通過透鏡后由主路探測器接收，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后由信號放大電路將信號放大后由MCU處理電路進行處理計算，得出氣體的累計濃度并通過信號輸出電路輸出，一旦甲烷氣體超標則控制警報器報警。但是這種開路甲烷氣體檢測系統(tǒng)存在著一些不足，第一，發(fā)射單元和接收單元分別使用獨立的MCU處理電路，同步性、實時性以及協(xié)同性都不高，影響檢測結(jié)果;第二，由于各種因素的影響，MCU處理電路通過信號發(fā)生電路驅(qū)動激光器發(fā)出的激光往往存在一定的中心波長漂移現(xiàn)象，對測量結(jié)果產(chǎn)生不利影響，嚴重時，造成測量失敗。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是提供反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有系統(tǒng)中發(fā)射單元和接收單元分別使用MCU處理器而產(chǎn)生的同步性、實時性和協(xié)同性不高，影響檢測結(jié)果的問題。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)，它包括具有A/D轉(zhuǎn)換器的MCU處理電路、信號發(fā)生電路、激光器、主路光束整形機構(gòu)、空間角反射鏡、主路探測器和信號放大電路，
[0005]所述MCU處理電路連接所述信號發(fā)生電路以便產(chǎn)生實現(xiàn)待測氣體中心波長掃描所需的調(diào)制信號，所述信號發(fā)生電路連接所述激光器以便根據(jù)調(diào)制信號通過所述激光器發(fā)出實現(xiàn)待測氣體中心波長掃描所需的激光；
[0006]所述主路探測器通過所述信號放大電路連接所述MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度信號；
[0007]所述激光器對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述主路探測器通過所述空間角反射鏡對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)的激光出射端設(shè)置。
[0008]基于上述，它還包括光分路器、參考光束整形機構(gòu)、密封氣室、存儲在所述密封氣室內(nèi)且已知氣體濃度的待測氣體和參考探測器；
[0009]所述參考探測器通過所述信號放大電路連接所述MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度參考信號且使所述MCU處理電路根據(jù)所述待測氣體濃度參考信號與所述已知氣體濃度的比較調(diào)整所述調(diào)制信號的產(chǎn)生；
[0010]所述激光器對應(yīng)所述光分路器的輸入端設(shè)置，所述光分路器的兩個輸出端分別對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)和所述參考光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述參考光束整形機構(gòu)的激光出射端依次對應(yīng)所述密封氣室、所述參考探測器設(shè)置。
[0011]基于上述，所述空間角反射鏡由多個平行設(shè)置的用于將入射光平行射出的折光棱鏡構(gòu)成。
[0012]基于上述，它還包括角度調(diào)整裝置，所述空間角反射鏡設(shè)于所述角度調(diào)整裝置上。
[0013]基于上述，它還包括參考調(diào)整裝置，所述參考光束整形機構(gòu)、所述密封氣室以及所述參考探測器設(shè)于所述參考調(diào)整裝置上。
[0014]本實用新型使用的時候，激光經(jīng)過空間角反射鏡反射到主路探測器上，主路探測器通過信號放大電路連接MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度信號；由于空間角反射鏡的作用，發(fā)射單元和接收單元能夠設(shè)在一起作為發(fā)射端，空間角反射鏡作為反射端，大大減小了裝置的體積，又因為發(fā)射單元和接收單元共用一個MCU處理電路，使得同步性、實時性以及協(xié)同性大大提高，使得檢測結(jié)果精度提高。
[0015]更進一步的，參考探測器接收光信號，并通過信號放大電路連接MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度參考信號且使所述MCU處理電路根據(jù)所述待測氣體濃度參考信號與所述已知氣體濃度的比較調(diào)整所述調(diào)制信號的產(chǎn)生，目的是調(diào)整出實現(xiàn)待測氣體中心波長掃描所需的激光；由于存在一個反饋比較，這樣當(dāng)激光的中心波長出現(xiàn)漂移的時候，能夠及時反饋信息，MCU處理電路能夠進行及時準確的調(diào)整，以消除中心波長漂移現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型實施例中反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)的局部系統(tǒng)圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例中反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
【具體實施方式】
[0018]下面通過【具體實施方式】，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
[0019]反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)的實施例
[0020]實施例1
[0021]如圖1所示,它包括發(fā)射單元、接收單元以及空間角反射鏡,發(fā)射單元具有A/D轉(zhuǎn)換器的MCU處理電路、信號發(fā)生電路、激光器、主路光束整形機構(gòu)，接收單元具有主路探測器和信號放大電路，所述MCU處理電路連接所述信號發(fā)生電路以便產(chǎn)生實現(xiàn)待測氣體中心波長掃描所需的調(diào)制信號，所述信號發(fā)生電路連接所述激光器以便根據(jù)調(diào)制信號通過所述激光器發(fā)出實現(xiàn)待測氣體中心波長掃描所需的激光；所述主路探測器通過所述信號放大電路連接所述MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度信號；所述激光器對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述主路探測器通過空間角反射鏡對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)的激光出射端設(shè)置。空間角反射鏡由多個平行設(shè)置的用于將入射光平行射出的折光棱鏡構(gòu)成，空間角反射鏡設(shè)于所述角度調(diào)整裝置上，角度調(diào)整裝置用于調(diào)整空間角反射鏡的角度，為現(xiàn)有裝置，在此不做贅述。
[0022]本實用新型使用的時候，電源電路(未畫出)為開路激光氣體檢測系統(tǒng)供電，激光經(jīng)過空間角反射鏡反射到主路探測器上，主路探測器通過信號放大電路連接MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度信號；由于空間角反射鏡的作用，發(fā)射單元和接收單元能夠設(shè)在一起作為發(fā)射端，空間角反射鏡作為反射端，大大減小了裝置的體積，發(fā)射單元和接收單元共用一個MCU處理電路，使得同步性、實時性以及協(xié)同性大大提高，使得檢測結(jié)果精度提高。
[0023]在本實用新型的其他實施例中，與實施例1不同的是，空間角反射鏡還可以是現(xiàn)有其他的空間角反射裝置，只要符合上述使用要求都可以在本方案中使用。
[0024]實施例2
[0025]如圖2所示，與實施例1不同的是，該反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)還包括光分路器、參考光束整形機構(gòu)、密封氣室、存儲在所述密封氣室內(nèi)且已知氣體濃度的待測氣體和參考探測器；所述參考探測器通過所述信號放大電路連接所述MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度參考信號且使所述MCU處理電路根據(jù)所述待測氣體濃度參考信號與所述已知氣體濃度的比較調(diào)整所述調(diào)制信號的產(chǎn)生；激光器對應(yīng)所述光分路器的輸入端設(shè)置，所述光分路器的兩個輸出端分別對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)和所述參考光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述參考光束整形機構(gòu)的激光出射端依次對應(yīng)所述密封氣室、所述參考探測器設(shè)置；還包括參考調(diào)整裝置，參考光束整形機構(gòu)、密封氣室以及參考探測器設(shè)于所述參考調(diào)整裝置上；參考調(diào)整裝置為現(xiàn)有裝置，在此不做贅述。
[0026]工作過程中，參考探測器接收光信號，并通過信號放大電路連接MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度參考信號且使所述MCU處理電路根據(jù)所述待測氣體濃度參考信號與所述已知氣體濃度的比較調(diào)整所述調(diào)制信號的產(chǎn)生，以便調(diào)整出實現(xiàn)待測氣體中心波長掃描所需的激光；由于存在一個反饋比較，這樣當(dāng)激光的中心波長出現(xiàn)漂移的時候，能夠及時反饋信息，MCU處理電路能夠進行及時準確的調(diào)整，以消除激光中心波長漂移現(xiàn)象。
[0027]該反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)可用于檢測甲烷氣體，也可以用于檢測其他氣體，檢測甲烷氣體的時候，激光的中心波長為1.66um。
[0028]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型請求保護的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于:它包括具有A/D轉(zhuǎn)換器的MCU處理電路、信號發(fā)生電路、激光器、主路光束整形機構(gòu)、空間角反射鏡、主路探測器和信號放大電路， 所述MCU處理電路連接所述信號發(fā)生電路以便產(chǎn)生實現(xiàn)待測氣體中心波長掃描所需的調(diào)制信號，所述信號發(fā)生電路連接所述激光器以便根據(jù)調(diào)制信號通過所述激光器發(fā)出實現(xiàn)待測氣體中心波長掃描所需的激光； 所述主路探測器通過所述信號放大電路連接所述MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度信號； 所述激光器對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述主路探測器通過所述空間角反射鏡對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)的激光出射端設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于:它還包括光分路器、參考光束整形機構(gòu)、密封氣室、存儲在所述密封氣室內(nèi)且已知氣體濃度的待測氣體和參考探測器； 所述參考探測器通過所述信號放大電路連接所述MCU處理電路的A/D轉(zhuǎn)換器以便將探測到的電信號經(jīng)放大處理后向所述MCU處理電路輸出待測氣體濃度參考信號且使所述MCU處理電路根據(jù)所述待測氣體濃度參考信號與所述已知氣體濃度的比較調(diào)整所述調(diào)制信號的產(chǎn)生； 所述激光器對應(yīng)所述光分路器的輸入端設(shè)置，所述光分路器的兩個輸出端分別對應(yīng)所述主路光束整形機構(gòu)和所述參考光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述參考光束整形機構(gòu)的激光出射端依次對應(yīng)所述密封氣室、所述參考探測器設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述空間角反射鏡由多個平行設(shè)置的用于將入射光平行射出的折光棱鏡構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于:它還包括角度調(diào)整裝置，所述空間角反射鏡設(shè)于所述角度調(diào)整裝置上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射式開路激光氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于:它還包括參考調(diào)整裝置，所述參考光束整形機構(gòu)、所述密封氣室以及所述參考探測器設(shè)于所述參考調(diào)整裝置上。
【文檔編號】G01N21/47GK203414407SQ201320412684
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】王書潛, 賈林濤, 張小水, 李志剛, 郭東歌, 陳海永, 楊清永 申請人:河南漢威電子股份有限公司