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便携式激光甲烷检测仪基于波长调制遥测系统

来源: 发布时间:2022-05-23 1413 次浏览

  便携式激光甲烷检测仪的甲烷是瓦斯的主要成分,属于煤矿开采中常见的危险气体,其与空气混合后遇火能引起爆炸的体积分数范围是4.9%~16%,对人员的生命安全和煤矿生产安全造成了极大威胁。此外,甲烷也是天然气的主要成分,是清洁能源的重要组成部分。随着天然气的推广和普及,其运输管道可能会在一定情况下发生泄漏。因此,做好天然气泄漏的检测工作是十分必要的。常见的气体检测方法有电化学法、催化燃烧法、固体电解质法、红外光谱吸收法等。其中,红外光谱吸收法的基本理论依据是朗伯比尔定律,该方法利用特定气体分子的特征光谱进行检测,分辨率高,而且对不同气体分子的选择性也较好。

  便携式激光甲烷检测仪遥测系统设计原理,技术的原理是进而通过探测器的输出光信号来检测气体浓度。首先,选择待测气体的某个特征吸收波长作为激光器的中心工作波长,当激光器发射波长和气体吸收峰对应时,探测器接收到的光功率降低,输出电压减小;使用光电探测器和锁相放大电路提取二次谐波信号的幅值,计算气体浓度。TDLAS技术的优势在于:通过温度和驱动电流改变激光器的出光波长,气体选择特性好,灵敏度高;可实现实时、动态、多组分同时测量。以上特性与优势使得TDLAS检测系统符合气体遥测的实际应需求。便捷式激光甲烷检测仪技术主要分为直接吸收光谱(DAS)技术与WMS技术。

  便携式激光甲烷检测仪系统结构简单,在理论上可消除光源噪声,但无法去除系统的固有噪声,从而影响检测下限。WMS技术利用可调谐激光器的波长可调谐特性来降低低频噪声、提高测量灵敏度和降低检测下限,其工作原理为:采用低频电流扫描激光器,从而扫过气体吸收线,得到吸收信号;然后加入高频正弦调制信号,调制激光器的发光波长。在周期性的调制信号下,使用锁相放大器提取谐波信号。谐波信号的幅值与光强、气体浓度等参数相关,由此可以计算被测气体浓度;在气体吸收波长处,二次谐波信号幅值与气体浓度呈线性关系,所以通常使用二次谐波幅值来表征气体的浓度。

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