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            激光甲烷遙測儀檢測技術(shù)介紹

            閱讀:1179      發(fā)布時間:2024-3-7
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            一、   檢測甲烷氣體濃度含量的意義

            隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,對煤炭的需求也與日俱增,在保證采礦業(yè)順利進(jìn)行時,安全是非常重要的。近年來,我國煤礦多次發(fā)生井下瓦斯事故。瓦斯的主要成分是甲烷(CH4),約占83-89%,它是在成煤過程中形成并儲存于煤層中的氣體。甲烷氣體無色、無味、無嗅,它本身無毒,對人體的主要危害是超限時能引起人窒息死亡,但它具有易燃、易爆等特點(diǎn),與空氣混合達(dá)到一定濃度后,遇高溫火源引起燃燒或爆炸。歷史上,作為煤礦事故的主要原因之一的甲烷爆炸事件頻繁發(fā)生,造成了重大傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,教訓(xùn)深刻。因此,為避免煤礦事故的發(fā)生,井下氣體的檢測非常重要。

            二、常見的檢測甲烷氣體濃度的測量方法

            市面上常見的檢測甲烷氣體濃度的測量方法有:載體催化型、光干涉型、熱導(dǎo)型和紅外光譜吸收型。種為傳統(tǒng)甲烷傳感器,檢測精度低,且檢測范圍窄,難以檢測高濃度的甲烷。同時,由于傳感器的一致性、穩(wěn)定性差,需要經(jīng)常校準(zhǔn),使用不便且維護(hù)成本高。

            種為紅外吸收光譜檢測技術(shù),主要技術(shù)包括非色散紅外(NDIR)、激光式(TDLAS)。其中,TDLAS技術(shù)采用了半導(dǎo)體激光光源,MHz級別的光譜線寬遠(yuǎn)小于待測氣體單根吸收譜線的線寬,頻率掃描范圍可避開其他氣體吸收譜線,有效避免交叉干擾,不會對其它氣體產(chǎn)生誤報,而傳統(tǒng)NDIR紅外光源的線寬則達(dá)到數(shù)百GHz。該項技術(shù)于2018年前后批量應(yīng)用于燃?xì)忾y井的甲烷泄漏監(jiān)測,屬于最新一代的甲烷泄漏監(jiān)測技術(shù)。

            img1

             

             

             

             

             

             

             

             

             

             

             



            三、激光甲烷遙測儀的工作原理

            基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)TDLAS)原理,每種氣體分子都會吸收特定波長的光。當(dāng)一束激光穿過氣團(tuán)后,輸出光將減弱或者損失部分能量。在光譜學(xué)上通過分析某種氣體特定吸收譜線對光的吸收程度,計算該氣體的濃度。這種吸收不受溫度濕度壓力等環(huán)境影響,因而具有高度的穩(wěn)定性,可用于甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、一氧化碳(CO)、氨氣(NH3)等氣體探測。

            img2 

             

             

             

             

             

             

             





            四、   激光甲烷遙測儀的結(jié)構(gòu)組成

            激光甲烷氣體遙測儀,包括用于發(fā)射激光和接收反射偏轉(zhuǎn)光的光機(jī)系統(tǒng)、用于檢測分析激光吸收量的信號處理系統(tǒng)、用于預(yù)警甲烷濃度超標(biāo)的顯示報警系統(tǒng)以及殼體組件。

             

            系統(tǒng)架構(gòu)圖 

             

            通過向目標(biāo)點(diǎn)(氣體管道、天花板、墻體、地板、地面等)發(fā)射激光束,然后檢測從目標(biāo)點(diǎn)被反射回來的激光束的輻射數(shù)值,經(jīng)過信號處理系統(tǒng)來判斷被測試環(huán)境中是否有氣體泄漏,并將氣體濃度以ppm-m或%vol.為單位顯示在遙測儀中。在使用時,只需將激光光束指向待測目標(biāo)上,用戶無需進(jìn)入到待測管道所在的潛在危險區(qū)域。

            img4 

            五、如何為激光甲烷遙測儀選擇合適的器件

             

            北京卓立漢光長期以來一直專注于激光光譜學(xué)在中國市場的應(yīng)用,經(jīng)過二十多年的耕耘,我們可以為客戶提供多款采用TDLAS技術(shù)進(jìn)行甲烷氣體檢測的產(chǎn)品。

             

            DFB(Distribution Feedback Laser)激光器

            DFB(Distribution Feedback Laser)激光器是目前市面上TDLAS系統(tǒng)中最常見的激光器,它作為發(fā)射光源,具有優(yōu)秀的單色性和窄線寬,以及出色的靈敏性和準(zhǔn)確度。

            img5img6 

             

             

             

             

             

             

             

             



            如下列表是中心波長為1653.7nm的DM激光器的主要參數(shù)。

            img7 

             

             

             

             

             

             

             

             

             

             

            img8 

             

             

             

             

             

             

             



            部分典型MD激光器的列表如下                                

            產(chǎn)品型號

            中心波長

            (nm)

            輸出功率

            (mW)

            檢測氣體

            封裝形式

            備注說明

            EP760-0-VC

            760

            0.5-1

            ( 氧氣)02

            TO56/TO39

            VCSEL 760nm+/-1nm

            EP1273-0-DM

            1273

            5-12

            ( 氟化氫 )HF

            T056/T039/蝶形

            1273nm+/-1nm

            EP1278-1-DM

            1278.1

            5-12

            ( 氟化氫 )HF

            T056/T039/蝶形

            1278.1nm+/-1nm

            EP1343-0-DM

            1343

            5-12

            ( 高溫水 )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

            ( 高溫水 )H2O

            T056/T039/蝶形

            1398nm+/-1nm

            EP1512-2-DM

            1512.2

            7-10

            ( 氨氣)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

            產(chǎn)品型號

            中心波長

            (nm)

            輸出功率

            (mW)

            檢測氣體

            封裝形式

            備注說明

            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

            (硫化氫 )H2S

            T056/T039/蝶形

            1574.5nm+/-1nm

            EP1578-0-DM

            1578

            4-8

            (一氧/二氧化碳/硫化氫)CO/C02/H2S

            T056/T039/蝶形

            1578nm+/-1nm

            EP1590-0-DM

            1590

            5-8

            (硫化氫 )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

            (氯化氫)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

            (氫氣)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紅外探測器

            高性能InGaAs紅外探測器具有快速的響應(yīng)時間、出色的靈敏度和長期的可靠性。根據(jù)In、Ga、As三種元素的比例不同,探測器有四種截止選擇,分別為1.9µm, 2.2µm,2.4µm和2.6µm,為客戶的不同應(yīng)用提供最合適的產(chǎn)品。

            img9 

            高性能InGaAs紅外探測器非制冷和半導(dǎo)體制冷兩種溫度控制模式可選。探測器內(nèi)置熱電冷卻器(TEC),將溫度控制在-80℃至-20℃,極大降低了熱噪聲和背景輻射對輸出信號的影響。同時,內(nèi)部一體化集成低噪聲前置運(yùn)放+溫度控制單元,使其在保證高靈敏度和響應(yīng)時間的同時,具有高穩(wěn)定性和高信噪比,能有效屏蔽電磁干擾,結(jié)構(gòu)緊湊,方便操作,廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、溫度測量、安全監(jiān)測、醫(yī)療分析、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

            img10 

            img11 

             

             

             

             

             

             

             

             

             

             

             


            主要InGaAs紅外探測器選型表

             

             

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