激光甲烷遙測(cè)儀檢測(cè)技術(shù)介紹

一、   檢測(cè)甲烷氣體濃度含量的意義

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)煤炭的需求也與日俱增，在保證采礦業(yè)順利進(jìn)行時(shí)，安全是非常重要的。近年來(lái)，我國(guó)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(guò)程中形成并儲(chǔ)存于煤層中的氣體。甲烷氣體無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅,它本身無(wú)毒,對(duì)人體的主要危害是超限時(shí)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(cè)非常重要。

二、常見的檢測(cè)甲烷氣體濃度的測(cè)量方法

市面上常見的檢測(cè)甲烷氣體濃度的測(cè)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。前三種為傳統(tǒng)甲烷傳感器，檢測(cè)精度低，且檢測(cè)范圍窄，難以檢測(cè)高濃度的甲烷。同時(shí)，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。

第四種為紅外吸收光譜檢測(cè)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(jí)別的光譜線寬遠(yuǎn)小于待測(cè)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(huì)對(duì)其它氣體產(chǎn)生誤報(bào)，而傳統(tǒng)NDIR紅外光源的線寬則達(dá)到數(shù)百GHz。該項(xiàng)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(cè)，屬于最新一代的甲烷泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)。

三、激光甲烷遙測(cè)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(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光。當(dāng)一束激光穿過(guò)氣團(tuán)后，輸出光將會(huì)減弱或者損失部分能量。在光譜學(xué)上通過(guò)分析某種氣體特定吸收譜線對(duì)光的吸收程度，計(jì)算出該氣體的濃度。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(cè)。

四、   激光甲烷遙測(cè)儀的結(jié)構(gòu)組成

激光甲烷氣體遙測(cè)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(cè)分析激光吸收量的信號(hào)處理系統(tǒng)、用于預(yù)警甲烷濃度超標(biāo)的顯示報(bào)警系統(tǒng)以及殼體組件。

通過(guò)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(cè)從目標(biāo)點(diǎn)被反射回來(lái)的激光束的輻射數(shù)值，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)來(lái)判斷被測(cè)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(cè)儀中。在使用時(shí)，只需將激光光束指向待測(cè)目標(biāo)上，用戶無(wú)需進(jìn)入到待測(cè)管道所在的潛在危險(xiǎn)區(qū)域。

五、如何為激光甲烷遙測(cè)儀選擇合適的器件

北京卓立漢光長(zhǎng)期以來(lái)一直專注于激光光譜學(xué)在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)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(cè)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。

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

部分典型MD激光器的列表如下                                

InGaAs紅外探測(cè)器

高性能InGaAs紅外探測(cè)器具有快速的響應(yīng)時(shí)間、出色的靈敏度和長(zhǎng)期的可靠性。根據(jù)In、Ga、As三種元素的比例不同，探測(cè)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。

高性能InGaAs紅外探測(cè)器有非制冷和半導(dǎo)體制冷兩種溫度控制模式可選。探測(cè)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(duì)輸出信號(hào)的影響。同時(shí)，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(shí)間的同時(shí)，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(cè)、溫度測(cè)量、安全監(jiān)測(cè)、醫(yī)療分析、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

 


主要InGaAs紅外探測(cè)器選型表