云台扫描式激光可燃气体探测器在天然气站场的应用与实践

随着油气管道运营单位集中监视运行模式的推广,单位对于露天工艺区气体发生泄漏的实时检测要求大大提升。在站场的非巡检时段,若天然气泄漏不能及时报警,将引发十分严重的后果。因此,亟须一种安全、经济、可靠、准确的泄漏检测手段提供检测报警,并将报警信息通过区域化在各站控系统及集团公司主生产调度室显示,供生产、调度人员决策。

半导体激光器驱动器的SPICE仿真及其在气体传感系统的应用

为了提高激光器的工作可靠性和稳定性,借助TINA-SPICE软件对其驱动电路进行辅助设计,并通过电调制和光电检测系统实验检验设计效果。对驱动器的恒流输出电路的幅频特性和瞬态响应进行仿真,预测潜在的电流振荡现象,并提出一种用于补偿环路增益的易用方案。通过对比补偿前后的仿真曲线,验证了该方案的可行性。在此基础上,以STM32H743作为中央处理核心,通过触摸屏图形化设置和监测驱动电流参数,从而调度激光器驱动电路的运行。在296 K环境温度下,利用该电路进行半导体激光器电调制特性实验,通过拟合波长与电流得到调制系数为0.045 cm-1/mA。进一步地,将该控制器引入基于红外光谱吸收技术的气体传感系统,完成了对甲烷气体的定量分析。分析结果表明,所设计的电路能稳定地驱动激光器并实现对波长的精准调制,获得的气体传感系统的检测下限低于8 ppm。

用于变压器油中乙炔含量检测的红外激光气体传感器的研制

为检测变压器油中溶解气体种类和含量,研制了一种红外激光气体传感器,介绍了相关检测原理和系统构成。该传感器有一种基于串联反射镜组的透射式吸收气室,在气室体积不变的前提下可增加吸收光程,以获得更高的检测灵敏度。以变压器油中溶解气体乙炔为研究对象,选择乙炔气体在1 529.16nm处的吸收谱线作为其峰值特征吸收谱线,并基于最小二乘法对乙炔气体体积分数进行定量分析。实验结果表明:当注入电流为100mA、温度为26°C时,激光器的输出波长为1 529.14nm,光强透射率稳定在88%,能够满足信号处理系统的要求。在一定乙炔气体体积分数范围内,传感器的吸光度与乙炔气体体积分数之间具有良好的线性关系,检测限为10-5。因此所研制的红外激光气体传感器能够有效检测变压器油中的乙炔。

气体传感器中半导体激光器的温度控制

不同气体分子由于其特征结构不同,对应于不同的吸收光谱,通过气体对特定波长光的吸收,形成了光谱吸收式气体传感器。在光谱吸收式气体浓度检测系统中,保证半导体激光器输出光波长的稳定性是最为重要的,而激光器的温度是影响输出波长的主要因素之一。目前,通常采用激光器内部的热敏电阻器作为激光器温度的测量依据,但受到激光器结构的限制热敏电阻器不能精确快速地指示激光器的温度,影响了检测系统的正常工作。为了解决这个问题,通过对垂直腔面发射半导体激光器应用的分析,在原有热敏电阻器的基础之上,加入对激光器输出波长的监测,形成了热敏电阻器与输出波长的双重检测的温度控制方案,改变传统的仅有热敏电阻器单参数的温度控制方案,形成双参数的数字PID控制决策,实验结果表明:光源温度偏差可以控制在0.01℃以内,进一步提高了光学气体传感器的工作稳定度。

基于激光传感器的气体浓度检测研究

针对当前方法不能有效地控制有毒气体的排放,气体浓度检测时准确性低等缺陷,提出一基于无线传感器和激光技术的气体浓度检测方法。首先气体浓度检测进行分析,对光纤光栅对光源产生的光进行滤波,结合对气体浓度检测的分析利用无线传感器和激光技术的检测方法建立气体浓度检测数学模型,进行气体浓度检测,以检测的结果完成对气体浓度的检测。实验结果表明,该方法能有效地提高气体浓度检测的准确率,降低爆炸的发生次数。

基于中红外DFB-ICL激光器的硫系恶臭气体传感器

含硫化合物是主要恶臭物质之一,为了实现污染源中含硫化合物排放的连续监测,研制了中红外激光气体传感器。该传感器采用中红外分布反馈结构的带间级联激光器(DFB-ICL)为光源,工作波长在3.3μm附近,以空芯光波导(芯径1000μm、长度5 m)做气体池,采用自制多通道数字锁相放大器,同时解调1f和2f谐波信号,通过1f归一化实现免校准测量。使用不同波长激光器可以检测甲硫醇、甲硫醚、二甲基硫醚、硫化氢等硫系恶臭气体。

基于金属酞菁/碳点的室温NO_(2)气体传感器研究

以金属氧化物为主的传统半导体气体传感器存在诸如工作温度高、功率大、灵敏度低、抗干扰能力差和选择性差等问题。本文研究利用金属酞菁(MPc,分子直径约1.3 nm)和碳点(CDs,直径分布在1~10 nm)尺寸级别相似,容易构建共轭平面结构,实现电荷在材料内快速转移,从而实现传感器对特定气体分子的室温超灵敏响应。本文通过L-谷氨酸水热合成CDs,与四羧基钴酞菁(CoPc-COOH)复合,并在带有叉指电极的硅片上成膜组装成传感器件。该传感器在室温工作下对5×10^(-5)的NO_(2)气体在100 s内响应值可以达到12.3,在激光辅助恢复的前提下,具有良好的重复性、最低检测极限和长期稳定性。该成果对于以有机半导体和碳纳米材料为基底的气体传感器发展提供了一条新的思路。

基于无线传感器和激光技术的气体浓度检测

传统方法通常采用气相色谱法检测气体浓度值，无法解决高温产生的不利干扰，检测效率低，提出基于无线传感器和激光技术的气体浓度检测方法。首先分析了激光气体检测仪的结构，基于迈克尔干涉仪在不同气体中光程差异，使得干涩条纹的位置和强度发生变化的原理，利用激光器干涉后两组干涉光路的强度波动情况，实现气体浓度的检测，然后采用多变量自适应线性插值迭代方法，对气体检测节点的温度特性进行温度补偿，提高气体浓度的检测精度。结果表明，该方法可准确检测CH4气体浓度，能够解决温度的不利干扰，在温度波动环境下的气体浓度检测精度大大提升。

基于空心光波导的激光吸收光谱氨气传感器

空心光波导(hollow waveguide,HWG)可以同时传输红外激光和目标气体,是激光气体传感器中的新型气体池,具有体积小、响应速度快的特点。基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,以空心光波导为气体池,研制了氨气激光传感器。采用波长调制光谱(wavelength modulation spectroscopy,WMS)技术,同时解调气体吸收的一次谐波(1f)和二次谐波(2f)信号,通过1f归一化2f信号实现免校准(calibrationfree)测量。利用标准气体进行验证实验,结果表明,传感器的响应线性度R^2为0.999 8,响应时间24 s。Allan方差结果表明积分时间18 s时检测限为26 ppbv。该传感器可以用于空气中痕量氨气的快速、高灵敏检测。

北京航天易联激光气体传感器生产基地投产

2018年5月30日消息,北京航天易联科技发展有限公司筹备建设的激光气体传感器生产基地一一亦庄博电新厂房已于月中顺利投产,实现传感器产品产业化,提高企业综合竞争力,基地的投产将进一步满足市场对先进测控传感系统的需求。

半导体激光气体传感器芯片国产化

经过近9年攻关，由中科院半导体研究所与北京航星网讯技术股份有限公司组成的联合实验室已成功研发出新一代半导体激光甲烷气体传感器国产芯片，并己具备大规模量产条件，在迈向进口产品国产化的道路上迈出坚实的一步。

基于光谱吸收的甲烷气体光纤传感器

甲烷是一种易燃、易爆气体,实时可靠的检测甲烷浓度对煤矿安全生产有着重要的社会意义和经济意义。光纤光栅可以很容易地得到各种各样气体的谱特性,具有低的插入损耗、高的反射率、低成本,且有很高的可靠性等特点。将光纤传感与瓦斯检测结合,具有传统检测无法比拟的优势。在分析甲烷气体光谱吸收的基础上,利用差分吸收技术,根据光纤对甲烷吸收线选择的分析,设计光纤气体传感器。利用光纤传感器的优势,实现了测量瓦斯浓度的在线检测系统,又通过监测网络由软件来实现适时测量瓦斯浓度的要求,具有较高精度和很好的应用前景。

基于激光视觉传感器的实验室异常检测系统设计

针对当前实验室环境监测系统检测准确率低的问题,设计基于激光视觉传感器的实验室异常检测系统,系统整体由上位机和下位机两部分构成,通过激光视觉传感器获取实验室内原始图像,采用计算机完成原始图像的处理和模式识别,实现对实验室异常情况的有效监督;声光报警模块通过单片机接口以某个频率输出低电流促使LED发光电路发光,实现对实验室异常的有效预警;温湿度检测和可燃气体检测的实现,完成实验室温湿度和可燃气体的准确检测。实验结果说明,所设计系统的系统响应能力强,实验室异常检测错误率最高不超过0.55%,具有较高的检测准确性。

光纤气体传感器系统的设计

光纤气体传感器是20世纪80年代出现的一种新型传感器,由于它在技术上的各种优点使其在气体检测中得到广泛的应用。结合红外光谱吸收理论和比尔-兰伯定律,提出采用光纤激光加波长调制来检测气体浓度的方案,并论证其可行性。

基于分布反馈式半导体激光器的光纤甲烷传感器

简介了一种基于分布反馈式半导体激光器(DFBLD)的光纤甲烷气体传感器,在甲烷气体光谱吸收的基础上,利用差分吸收技术,实现瓦斯浓度在线检测。还介绍了DFBLD工作原理,给出了初步的实验性设想。对此光纤甲烷气体传感器只要稍加改进或换上其它附件,即可测量其它多种气体的浓度,在气体浓度测量领域,具有很好的应用前景。

基于TDLAS的煤矿用激光甲烷传感器的设计

针对目前煤矿使用的甲烷传感器存在精度低、稳定性差、易受其他气体影响的问题,设计了一种基于谐波检测技术的激光甲烷传感器,并详细分析了TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)基本原理。对传感器的系统总体设计、激光器及控制电路、光电转换及前置放大电路、RS485电路、频率信号电路、系统软件设计进行了重点介绍。同时分别对催化甲烷传感器、红外甲烷传感器和激光甲烷传感器通入标准甲烷气样和柴油车尾气进行测量,结果表明激光甲烷传感器检测精度高、误差小、不受交叉气体的干扰,符合国家煤矿安全标准的各项要求,能进一步保障煤矿的安全生产。

差分光谱吸收的光纤气体传感器

介绍利用光纤系统探测气体成份含量的新方法。给出基本原理、实验框图和具体实例。

合肥研究院开发出P型铜铁矿气体传感器

中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所激光中心研究员方晓东、孟钢团队在P型铜铁矿气体传感器方面取得新进展。相关成果以《基于CuA102表面可逆硫化一氧化反应的超高灵敏、高选择性H2S气体传感器》为题,发表于国际期刊Sensors and Actuators B:Chemical上(2020年6月,Volume 313).

近红外激光二极管在气体传感中的应用

综述了近红外激光二极管在气体传感中的应用 ,讨论了用于这一技术的器件和实验技术。文中讨论了用分布反馈 (DFB)激光二极管、垂直腔面发射激光器 (VCSEL)以及其他单频器件作为光源的激光气体传感实验方法和相关结果。新型单频器件发展表明近红外激光二极管气体传感具有广阔前景。