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      激光甲烷遙測儀檢測技術介紹

      更新更新時間:2024-03-07 點擊次數:82

       

      一、   檢測甲烷氣體濃度含量的意義

      隨著國民經濟的不斷發展,對煤炭的需求也與日俱增,在保證采礦業順利進行時,安全是非常重要的。近年來,我國煤礦多次發生井下瓦斯事故。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,與空氣混合達到一定濃度后,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生,造成了重大傷亡和經濟損失,教訓深刻。因此,為避免煤礦事故的發生,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、熱導型和紅外光譜吸收型。種為傳統甲烷傳感器,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、穩定性差,需要經常校準,使用不便且維護成本高。

      種為紅外吸收光譜檢測技術,主要技術包括非色散紅外(NDIR)、激光式(TDLAS)。其中,TDLAS技術采用了半導體激光光源,MHz級別的光譜線寬遠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,不會對其它氣體產生誤報,而傳統NDIR紅外光源的線寬則達到數百GHz。該項技術于2018年前后批量應用于燃氣閥井的甲烷泄漏監測,屬于最新一代的甲烷泄漏監測技術。

      img1

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       



      三、激光甲烷遙測儀的工作原理

      基于可調諧半導體激光吸收光譜技術TDLAS)原理,每種氣體分子都會吸收特定波長的光。當一束激光穿過氣團后,輸出光將減弱或者損失部分能量。在光譜學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境影響,因而具有高度的穩定性,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構組成

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

       

      系統架構圖 

       

      通過向目標點(氣體管道、天花板、墻體、地板、地面等)發射激光束,然后檢測從目標點被反射回來的激光束的輻射數值,經過信號處理系統來判斷被測試環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上,用戶無需進入到待測管道所在的潛在危險區域。

      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在中國市場的應用,經過二十多年的耕耘,我們可以為客戶提供多款采用TDLAS技術進行甲烷氣體檢測的產品。

       

      DFB(Distribution Feedback Laser)激光器

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

      img5img6 

       

       

       

       

       

       

       

       



      如下列表是中心波長為1653.7nm的DM激光器的主要參數。

      img7 

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      img8 

       

       

       

       

       

       

       



      部分典型MD激光器的列表如下                                

      產品型號

      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時間、出色的靈敏度和長期的可靠性。根據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,為客戶的不同應用提供最合適的產品。

      img9 

      高性能InGaAs紅外探測器非制冷和半導體制冷兩種溫度控制模式可選。探測器內置熱電冷卻器(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,內部一體化集成低噪聲前置運放+溫度控制單元,使其在保證高靈敏度和響應時間的同時,具有高穩定性和高信噪比,能有效屏蔽電磁干擾,結構緊湊,方便操作,廣泛應用于環境監測、溫度測量、安全監測、醫療分析、工業控制等領域。

      img10 

      img11 

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       


      主要InGaAs紅外探測器選型表

       

       

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