[实用新型]基于光声光谱的C2H2和CH4检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及气体检测领域，是一种基于不同波长的分布反馈式半导体激光器（DFB）合波光信号的光声光谱的C₂H₂和CH₄检测装置。

背景技术

C₂H₂和CH₄气体是工业检测中两种重要检测气体，尤其是应用在变压器及其它充油电气设备的运行故障的评定中，绝缘油在热和电的作用下，分解出C₂H₂和CH₄等多种小分子烃类气体，设备内部故障的类型及严重程度与这些气体分子的组成及产气速率有着密切关系。目前，电力部门采用了各种不同的监测方法：（1）气相色谱法，此方法是一种较常规检测方法，但对检测仪器的操作和维护复杂，测量过程受多种因素影响，精度有限，设备中的色谱柱易中毒而必须携带载气；（2）电化学法，测量设备与被测其他发生反应转化为电信号，利用产生的电信号反应被测气体浓度值，此方法气体选择性差，交叉干扰大，衰减大，需要定期标定，且寿命一般为2年；（3）催化燃烧法，利用反应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，感应电阻阻值随温度发生变化，进而反应可燃气体浓度，这种检测方法灵敏度低，对其他可燃气体敏感，不宜被采用；（4）红外吸收法，灵敏度高，稳定可靠，但其设备中核心部件（光学吸收腔）的加工工艺复杂且价格昂贵，不宜被采用。

光声效应是基于气体吸收调制光后通过无辐射弛豫放热而激发出声波的效应，不同的待检测气体在不同光波波段都有各自相对应的吸收谱线，借此出现了光声光谱气体检测法，在诸多进行气体浓度检测的吸收光谱法中，光声光谱技术是检测物质通过无辐射跃迁产生的声压波动，具有的高灵敏度、大动态范围、实时检测等突出优点，使得人们对光声光谱检测技术有极大兴趣，不断开发新光源，研究声传感技术和微弱信号检测技术，完善光声光谱理论，使得基于光声光谱技术的分析仪器各方面性能有了显著提高。

光声光谱检测装置的一般设计为单色光源发出光信号并进入到光声池，采集与相应吸收曲线的气体产生无辐射跃迁的能量波动信号。但对于混合气体中某种气体的检测，常规方法为宽光谱光源加上窄带滤光片，配合机械结构选取所需检测气体的调制光信号，这种方案中，机械结构长时间工作存在安全隐患，产生的光信号因带宽较大使得气体红外吸收检测中存在交叉干扰，稳定度和精度很难达到痕量混合气体检测。

发明内容

本实用新型的目的为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提出了一种基于分布反馈式半导体激光器（DFB）光信号合波的光声光谱的C₂H₂和CH₄检测装置。

本实用新型的技术方案是按以下方式实现的：

一种光声光谱法检测的C₂H₂和CH₄检测装置，包括主控制器、激光器驱动单元、两个分布反馈式半导体DFB激光器、波分复用器WDM、准直器、光声池、微音器、模拟滤波放大单元、模数转换器A/D，其特征在于：一个DFB激光器发出的调制光信号为1530nm波长，另一个DFB激光器发出的调制光信号为1654nm波长，主控制器与激光器驱动单元相连，激光器驱动单元分别控制两个DFB激光器，两个DFB激光器发出的光分别通过波分复用器WDM后经准直器进入光声池，微音器与光声池的谐振腔相连，微音器通过模拟滤波放大单元与模数转换器A/D相连，模数转换器A/D与主控制器相连。气体红外光谱吸收后产生光声信号，微音器与光声池的谐振腔相连，将光声信号转换为电信号，电信号通过模拟滤波放大单元与模数转换器A/D后输入到主控制器并进一步进行数字锁相处理，得到的信号的大小正比于气体浓度。

两个DFB激光器发出两种不同波长的光，经调制成脉冲波照射充有待检测气体的光声池，C₂H₂和CH₄气体选择性吸收入射光能，经无辐射跃迁转变为热能，引起气体的温度和压力周期性变化，形成声压信号，即光声信号，不同DFB激光器工作时产生的光声信号被微音器采集并进行一系列信号处理后得到光声信号强度，根据该信号强度值即可得到对应的C₂H₂和CH₄气体的浓度。