激光甲烷遙測儀檢測技術介紹

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。前三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。

第四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。

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，輸出光將會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，計算出該氣體的濃度。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。

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。

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。

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。

如下列表是中心波長為1653.7nm的DM激光器的主要參數。

部分典型MD激光器的列表如下                                

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。

高性能InGaAs紅外探測器有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。

 


主要InGaAs紅外探測器選型表