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激光甲烷遥测仪检测技术介绍

更新更新时间:2024-03-07 点击次数:481

 

一、   检测甲烷气体浓度含量的意义

随着国民经济的不断发展,对煤炭的需求也与日俱增,在保证采矿业顺利进行时,安全是非常重要的。近年来,我国煤矿多次发生井下瓦斯事故。瓦斯的主要成分是甲烷(CH4),约占83-89%,它是在成煤过程中形成并储存于煤层中的气体。甲烷气体无色、无味、无嗅,它本身无毒,对人体的主要危害是超限时能引起人窒息死亡,但它具有易燃、易爆等特点,与空气混合达到一定浓度后,遇高温火源引起燃烧或爆炸。历史上,作为煤矿事故的主要原因之一的甲烷爆炸事件频繁发生,造成了重大伤亡和经济损失,教训深刻。因此,为避免煤矿事故的发生,井下气体的检测非常重要。

二、常见的检测甲烷气体浓度的测量方法

市面上常见的检测甲烷气体浓度的测量方法有:载体催化型、光干涉型、热导型和红外光谱吸收型。种为传统甲烷传感器,检测精度低,且检测范围窄,难以检测高浓度的甲烷。同时,由于传感器的一致性、稳定性差,需要经常校准,使用不便且维护成本高。

种为红外吸收光谱检测技术,主要技术包括非色散红外(NDIR)、激光式(TDLAS)。其中,TDLAS技术采用了半导体激光光源,MHz级别的光谱线宽远小于待测气体单根吸收谱线的线宽,频率扫描范围可避开其他气体吸收谱线,有效避免交叉干扰,不会对其它气体产生误报,而传统NDIR红外光源的线宽则达到数百GHz。该项技术于2018年前后批量应用于燃气阀井的甲烷泄漏监测,属于最新一代的甲烷泄漏监测技术。

img1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



三、激光甲烷遥测仪的工作原理

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术TDLAS)原理每种气体分子都会吸收特定波长的光当一束激光穿过气团后,输出光将减弱或者损失部分能量。在光谱学上通过分析某种气体特定吸收谱线对光的吸收程度,计算该气体的浓度。这种吸收不受温度湿度压力等环境影响,因而具有高度的稳定性,可用于甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、一氧化碳(CO)、氨气(NH3)等气体探测。

img2 

 

 

 

 

 

 

 





四、   激光甲烷遥测仪的结构组成

激光甲烷气体遥测仪,包括用于发射激光和接收反射偏转光的光机系统、用于检测分析激光吸收量的信号处理系统、用于预警甲烷浓度超标的显示报警系统以及壳体组件

 

系统架构图 

 

通过向目标点(气体管道、天花板、墙体、地板、地面等)发射激光束,然后检测从目标点被反射回来的激光束的辐射数值,经过信号处理系统来判断被测试环境中是否有气体泄漏,并将气体浓度以ppm-m或%vol.为单位显示在遥测仪中。在使用时,只需将激光光束指向待测目标上,用户无需进入到待测管道所在的潜在危险区域。

img4 

五、如何为激光甲烷遥测仪选择合适的器件

 

北京卓立汉光长期以来一直专注于激光光谱学在中国市场的应用,经过二十多年的耕耘,我们可以为客户提供多款采用TDLAS技术进行甲烷气体检测的产品。

 

DFB(Distribution Feedback Laser)激光器

DFB(Distribution Feedback Laser)激光器是目前市面上TDLAS系统中最常见的激光器,它作为发射光源,具有优秀的单色性和窄线宽,以及出色的灵敏性和准确度。

img5img6 

 

 

 

 

 

 

 

 



如下列表是中心波长为1653.7nm的DM激光器的主要参数。

img7 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

img8 

 

 

 

 

 

 

 



部分典型MD激光器的列表如下                                

产品型号

中心波长

(nm)

输出功率

(mW)

检测气体

封装形式

备注说明

EP760-0-VC

760

0.5-1

( 氧气)02

TO56/TO39

VCSEL 760nm+/-1nm

EP1273-0-DM

1273

5-12

( 氟化氢 )HF

T056/T039/蝶形

1273nm+/-1nm

EP1278-1-DM

1278.1

5-12

( 氟化氢 )HF

T056/T039/蝶形

1278.1nm+/-1nm

EP1343-0-DM

1343

5-12

( 高温水 )H2O

T056/T039/蝶形

1343nm+/-1nm

EP1392-5-DM

1392.5

5-12

( 水分子 )H2O

T056/T039/蝶形

1392.5nm+/-1nm

EP1398-0-DM

1398

5-10

( 高温水 )H2O

T056/T039/蝶形

1398nm+/-1nm

EP1512-2-DM

1512.2

7-10

( 氨气)NH3

T056/T039/蝶形

1512.2nm+/-1 nm

EP1521-0-DM

1521

5-12

( 乙快 )C2H2

T056/T039/蝶形

1521nm+/-1nm

EP1531-0-DM

1531

5-10

( 乙烘 )C2H2

T056/T039/蝶形

1531nm+/-1nm

EP1564-5-DM

1564

5-10

(一氧/二氧化碳 )CO/C02

T056/T039/蝶形

1564.5nm+/-1nm

EP1566-0-DM

1566

5-10

(一氧化碳 )CO

T056/T039/蝶形

1566nm+/-1nm

产品型号

中心波长

(nm)

输出功率

(mW)

检测气体

封装形式

备注说明

EP1573-3-DM

1573.3

4-8

(二氧化碳 )CO2

T056/T039/蝶形

1573.3nm+/-1nm

EP1574-5-DM

1574.5

4-8

(硫化氢 )H2S

T056/T039/蝶形

1574.5nm+/-1nm

EP1578-0-DM

1578

4-8

(一氧/二氧化碳/硫化氢)CO/C02/H2S

T056/T039/蝶形

1578nm+/-1nm

EP1590-0-DM

1590

5-8

(硫化氢 )H2S

T056/T039/蝶形

1590nm+/-1nm

EP1602-9-DM

1602.9

5-8

(二氧化碳 )CO2

T056/T039/蝶形

1602.9nm+/-1nm

EP1625-0-DM

1625

5-8

(乙炳 )CzH4

T056/T039/蝶形

1625nm+/-1nm

EP1629-5-DM

1629.5

5-8

(乙烯 )CzH4

T056/T039/蝶形

1629.5nm+/-1nm

EP1630-2-DM

1630.2

5-8

(乙烯 )CzH4

T056/T039/蝶形

1630.2nm+/-1nm

EP1651-0-DM

1651

3-10

(甲院)CH4

T056/T039/蝶形

1651nm+/-1nm

EP1653-7-DM

1653.7

3-5 or 5-8

(甲院)CH4

T056/T039/蝶形

1653.7nm+/-1nm

EP1654-DM-B

1653.7

1-2

(甲院)CH4

T039

1653.7nm+/-1nm

EP1678-6-DM

1678.6

3-8

(乙院)C2H6

T056/T039/蝶形

1678.6nm+/-1nm

EP1680-2-DM

1680.2

3-8

(乙院)C2H6

T056/T039/蝶形

1680nm+/-1nm

EP1683-0-DM

1683

3-8

(乙院)C2H6

T056/T039/蝶形

1683nm+/-1nm

EP1686-4-DM

1686.4

3-8

(丙酣 )C3H60

T056/T039/蝶形

1686.4nm+/-1nm

EP1742-2-DM

1742.2

4-8

(氯化氢)HCI

T056/T039/蝶形

1742.2nm+/-1nm

EP1854-0-DM

1854

2-7

(水分子)HzO

T056/T039/蝶形

1854nm+/-1nm

EP1877-0-DM

1877

2-7

(水分子)HzO

T056/T039/蝶形

1877nm+/-1nm

EP2004-0-DM

2004

1-3

(二氧化碳)CO2

T056/T039/蝶形

2004nm+/-1nm

EP2050-0-DM

2050

1.5-2

(二氧化碳)CO2

蝶形

2050nm+/-1nm

EP2122-0-DM

2122

1-2

(氢气)Hz

蝶形

2122nm+/-1nm

EP2330-0-DM

2330

1-3

(一氧化碳)CO

T039

2325nm-2336nm

EP2327-0-DM

2327

1-3

(一氧化碳)CO

T039

2325nm 2336nm

 

InGaAs红外探测器

高性能InGaAs红外探测器具有快速的响应时间、出色的灵敏度和长期的可靠性。根据In、Ga、As三种元素的比例不同,探测器有四种截止选择,分别为1.9µm, 2.2µm,2.4µm和2.6µm,为客户的不同应用提供最合适的产品。

img9 

高性能InGaAs红外探测器非制冷和半导体制冷两种温度控制模式可选。探测器内置热电冷却器(TEC),将温度控制在-80℃至-20℃,极大降低了热噪声和背景辐射对输出信号的影响同时,内部一体化集成低噪声前置运放+温度控制单元使其在保证高灵敏度和响应时间的同时,具有高稳定性和高信噪比,能有效屏蔽电磁干扰,结构紧凑,方便操作,广泛应用于环境监测、温度测量、安全监测、医疗分析、工业控制等领域。

img10 

img11 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


主要InGaAs红外探测器选型表

 

 

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