一種雙波長差分甲烷濃度傳感器的製造方法
2023-10-17 13:40:54
一種雙波長差分甲烷濃度傳感器的製造方法
【專利摘要】本申請涉及一種雙波長差分甲烷濃度傳感器，包括光源，光處理模塊，信號處理模塊和信號分析模塊。其中光源用於發出光信號。光處理模塊包括一個光電探測器，光處理模塊用於過濾光源發出的光信號，使一組第一波長的光信號和一組第二波長的光信號通過，然後周期性的使上述兩組光信號分別經過待測氣體傳送至光電探測器，再由光電探測器將光信號轉換為電信號。信號處理模塊用於對光處理模塊輸出的電信號進行濾波和放大。信號分析模塊用於對信號處理模塊輸出的電信號進行分析，得到甲烷的濃度。
【專利說明】一種雙波長差分甲烷濃度傳感器
【技術領域】
[0001]本申請屬於安全生產領域，具體涉及一種基於紅外差分檢測原理的雙波長差分甲烷濃度傳感器。
【背景技術】
[0002]甲烷是一種易燃易爆氣體，是礦井瓦斯及天然氣等多種氣體燃料的主要成分。它廣泛存在於地質煤層中，是威脅煤礦安全的第一因素。因此，研究一種檢測方法，實時準確地檢測甲烷濃度，對煤礦安全運行有重要意義。
[0003]到目前為止，檢測甲烷氣體濃度的方法有很多種，國內使用的檢測方法主要有:催化元件法、熱傳導法、光幹涉法和紅外光譜吸收法。
[0004]催化元件法是利用惠更斯電橋，甲烷在催化物質作用下通過加熱使催化原件的電阻發生變化，從而改變了電橋平衡來測量甲烷濃度。這種方法存在著適用壽命短、測量範圍小，易中毒和穩定度差這些缺點。
[0005]熱導原理是利用空氣與甲烷的熱導率不同來測定甲烷濃度。這種方法的缺點在於它對導熱率不同於空氣的氣體均敏感，在檢測甲烷時，某些背景氣體會帶來一定的誤差。
[0006]光幹涉法是應用光的折射率和測量氣體中甲烷的濃度有關來檢測甲烷氣體的濃度的。這種方法的弊端是選擇性差，受溫度變化和氣壓影響會帶來誤差，還有容易受其他氣體的影響等。
[0007]紅外光譜吸收法是近幾年來發展起來的一種新方法，它是由光譜分析技術發展的產物。利用這種原理所研製的瓦斯傳感器可以克服現役傳感器固有的缺陷，實現反應快、壽命長、調校周期長等技術目標，目前該裝置已經廣泛運用於甲烷濃度探測當中。雙波長差分法為紅外光譜吸收法的一種，傳統的雙波長差分法由於使用了倆個光電探測器，其檢測結果必然會存在誤差，其採用的普通氣室也會存在雜質粒子散射和氣室內壁散射的問題，導致檢測結果的不準確。
【發明內容】
[0008]針對現有技術的上述不足，本申請提出了一種雙波長差分甲烷濃度傳感器，技術方案如下:
[0009]包括光源，光處理模塊，信號處理模塊和信號分析模塊；
[0010]其中
[0011]所述光源用於發出光信號；
[0012]所述光處理模塊包括一個光電探測器；
[0013]所述光處理模塊用於過濾光源發出的光信號，使一組第一波長的光信號和一組第二波長的光信號通過，然後周期性的使上述兩組光信號分別經過待測氣體傳送至所述光電探測器，再由所述光電探測器將光信號轉換為電信號；
[0014]所述信號處理模塊用於對所述光處理模塊輸出的電信號進行濾波和放大；[0015]所述信號分析模塊用於對所述信號處理模塊輸出的電信號進行分析，得到甲烷的濃度。
[0016]進一步的，
[0017]所述光源是發光二極體LED或半導體雷射器。
[0018]進一步的，
[0019]所述光處理模塊還包括凸透鏡、圓柱體光室、上濾光片、下濾光片、旋轉米光機和
氣室；
[0020]所述凸透鏡用於將光源發出的光信號轉換為平行光信號；
[0021]所述上濾光片和下濾光片設置於所述圓柱體光室的光路徑中間截面；
[0022]所述上濾光片可以通過中心波長為第一波長的光信號；
[0023]所述下濾光片可以通過中心波長為第二波長的光信號；
[0024]所述旋轉採光機設置於所述圓柱體光室的末端；
[0025]所述旋轉米光機、氣室和光電探測器一起旋轉；
[0026]所述旋轉採光機用於周期性的將第一波長的光信號和第二波長的光信號分別傳送到所述氣室；
[0027]所述氣室內流通有待測氣體；
[0028]光信號經過所述氣室傳送至所述光電探測器。
[0029]進一步的，
[0030]所述上濾光片和下濾光片的濾波係數相等。
[0031]進一步的，
[0032]採用步進電機驅動所述旋轉採光機、氣室和光電探測器旋轉；
[0033]所述旋轉米光機包括一個通光窗口 ；
[0034]所述旋轉米光機每轉動一圈，所述通光窗口有上下兩個停止位置；
[0035]當停止於上面的停止位置時，所述第一波長的光信號從所述通光窗口穿過；
[0036]當停止於下面的停止位置時，所述第二波長的光信號從所述通光窗口穿過。
[0037]進一步的，
[0038]所述氣室的入口、出口為楔形稜鏡；
[0039]所述氣室前後兩端為兩塊平面反射鏡；
[0040]所述氣室的上下兩端為防塵網結構。
[0041]進一步的，
[0042]所述光電探測器是光電子發射探測器或光電導探測器或光伏探測器。
[0043]進一步的，
[0044]所述信號分析模塊根據測量到的電信號K，通過以下公式獲得甲烷濃度C:
【權利要求】
1.一種雙波長差分甲烷濃度傳感器，其特徵在於: 包括光源，光處理模塊，信號處理模塊和信號分析模塊； 其中 所述光源用於發出光信號； 所述光處理模塊包括一個光電探測器； 所述光處理模塊用於過濾光源發出的光信號，使一組第一波長的光信號和一組第二波長的光信號通過，然後周期性的使上述兩組光信號分別經過待測氣體傳送至所述光電探測器，再由所述光電探測器將光信號轉換為電信號； 所述信號處理模塊用於對所述光處理模塊輸出的電信號進行濾波和放大； 所述信號分析模塊用於對所述信號處理模塊輸出的電信號進行分析，得到待測氣體中甲烷的濃度。
2.根據權利要求1所述的雙波長差分甲烷濃度傳感器，其中: 所述光源是發光二極體LED或半導體雷射器。
3.根據權利要求1所述的雙波長差分甲烷濃度傳感器，其中: 所述光處理模塊還包括凸透鏡、圓柱體光室、上濾光片、下濾光片、旋轉米光機和氣室; 所述凸透鏡用於將光源發出的光信號轉換為平行光信號； 所述上濾光片和下濾光片設置於所述圓柱體光室的光路徑中間截面； 所述上濾光片可以通過中心波長為第一波長的光信號； 所述下濾光片可以通過中心波長為第二波長的光信號； 所述旋轉採光機設置於所述圓柱體光室的末端； 所述旋轉米光機、氣室和光電探測器一起旋轉； 所述旋轉採光機用於周期性的將第一波長的光信號和第二波長的光信號分別傳送到所述氣室； 所述氣室內流通有待測氣體； 光信號經過所述氣室傳送至所述光電探測器。
4.根據權利要求3所述的雙波長差分甲烷濃度傳感器，其中: 所述上濾光片和下濾光片的濾波係數相等。
5.根據權利要求3所述的雙波長差分甲烷濃度傳感器，其中: 採用步進電機驅動所述旋轉採光機、氣室和光電探測器旋轉。
6.根據權利要求5所述的雙波長差分甲烷濃度傳感器，其中: 所述旋轉米光機包括一個通光窗口； 所述旋轉採光機每轉動一圈，所述通光窗口有上下兩個停止位置； 當停止於上面的停止位置時，所述第一波長的光信號從所述通光窗口穿過； 當停止於下面的停止位置時，所述第二波長的光信號從所述通光窗口穿過。
7.根據權利要求3所述的雙波長差分甲烷濃度傳感器，其中: 所述氣室的入口、出口為楔形稜鏡； 所述氣室前後兩端為兩塊平面反射鏡； 所述氣室的上下兩端為防塵網結構。
8.根據權利要求1所述的雙波長差分甲烷濃度傳感器，其中: 所述光電探測器是光電子發射探測器或光電導探測器或光伏探測器。
9.根據權利要求3所述的雙波長差分甲烷濃度傳感器，其中所述信號分析模塊根據測量到的電信號K，通過以下公式獲得甲烷濃度C:
10.根據權利要求3所述的雙波長差分甲烷濃度傳感器，其中: 所述第一波長為1.650 μ m ； 所述第二波長為1.620 μ`` m。
【文檔編號】G01N21/31GK103558165SQ201310503869
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】侯志文, 王啟銀, 王曉強, 劉秀卿, 姚學武, 安雷, 趙飛 申請人:國家電網公司, 山西省電力公司大同供電分公司