基本信息
- 項目名稱：
- 基于激光光譜吸收技術(shù)的甲烷氣體檢測儀
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品以光譜吸收技術(shù)Beer--lambert定律為基礎(chǔ)，通過實驗優(yōu)選甲烷氣體的吸收譜線，實現(xiàn)甲激光應用到甲烷氣體濃度檢測，設(shè)計開發(fā)的檢測儀器具有較高的檢測精度，較強的抗干擾能力，有利于甲烷氣體及時準確觀測。本作品是基于在1665nm波長的激光器下對甲烷的吸收最強，通過探測器對甲烷吸收后光譜的分析，及MCU對所得數(shù)據(jù)進行處理，得出甲烷氣體的濃度。
- 詳細介紹：
- 該作品以光譜吸收技術(shù)為基礎(chǔ)，激光束照射甲烷氣體吸收后的光強，利用光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換為電信號，設(shè)計光電信號檢測電路，編制相關(guān)軟件程序，對光譜信號進行處理分析及輸出，實現(xiàn)甲烷氣體濃度在線檢測。把具有窄帶頻率優(yōu)點的激光應用到甲烷氣體濃度檢測，設(shè)計開發(fā)出的檢測儀器實現(xiàn)抗干擾強的特點。 本作品以AT89C51作為MCU控制系統(tǒng)，并結(jié)合軟件控制技術(shù)實現(xiàn)設(shè)計要求。與傳統(tǒng)色譜氣體分析技術(shù)對比，該技術(shù)利用激光光譜技術(shù)實現(xiàn)甲烷氣體濃度檢測，設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡便、使用環(huán)境寬等優(yōu)點。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：設(shè)計開發(fā)出一套基于激光光譜吸收技術(shù)的甲烷氣體檢測儀。 思路：基于光譜吸收技術(shù),通過實驗發(fā)現(xiàn)和優(yōu)選甲烷氣體的吸收譜線，確定激光器、設(shè)計光電信號檢測電路，編制相關(guān)軟件程序，對光譜信號進行處理分析及輸出，實現(xiàn)甲烷氣體濃度檢測。 創(chuàng)新點：把具有窄帶頻率優(yōu)點的激光應用到甲烷氣體濃度檢測，設(shè)計開發(fā)出的檢測儀器實現(xiàn)抗干擾強的特點。 技術(shù)關(guān)鍵：甲烷氣體特征波長優(yōu)選；弱信號的拾取與處理技術(shù)；檢測數(shù)據(jù)應用技術(shù)。 技術(shù)指標：（1）最小檢測濃度：≤0.001%；（2）精度：≤2%F.S； （3）重復性誤差：≤5%F.S；（4）測量范圍：0.001%--100%； （5）具有串口輸出端口。
科學性、先進性
- ●先進性：與傳統(tǒng)色譜氣體分析技術(shù)對比，該技術(shù)利用激光光譜技術(shù)實現(xiàn)甲烷氣體濃度檢測，設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡便、使用環(huán)境廣泛等優(yōu)點；與紅外吸收光譜技術(shù)對比，該技術(shù)充分利用激光具有窄帶寬的優(yōu)點，避免了檢測結(jié)果易受乙烷、丙烷、丁烷等其它烷烴類氣體的干擾；與現(xiàn)有同類技術(shù)對比，該技術(shù)成果擴大了濃度檢測范圍、有更高的實用性。 ●技術(shù)分析說明：該技術(shù)運用了差分測量吸收技術(shù)，差分吸收測量技術(shù)能夠有效消除光源和探測器以及各種外部因素的干擾?；诓ㄩL為1665 nm DFB-QWLD激光器的差分氣體檢測系統(tǒng)。通過調(diào)諧激光器的注入電流,使發(fā)射波長掃描過甲烷分子在2v3譜帶的Q支中位于6004. 293 cm-1的吸收譜線,通過比較分析探測器PD1和PD2的輸出信號,計算得到氣體濃度。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,靈敏度較高且穩(wěn)定性好,有望被制作成為實用化的激光甲烷探測系統(tǒng)。1665 nm波長的光能夠以低損耗在普通石英光纖中傳輸,適于形成分布式、長距離傳感系統(tǒng),易于滿足煤礦等企業(yè)的需要。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 雙方合作
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品，現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- ●特點及優(yōu)勢：該技術(shù)利用激光光譜技術(shù)實現(xiàn)甲烷氣體濃度檢測，設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡便、使用環(huán)境廣泛等優(yōu)點；與紅外吸收光譜技術(shù)對比，該技術(shù)充分利用激光具有窄帶寬的優(yōu)點，避免了檢測結(jié)果易受它烷烴類氣體的干擾；該技術(shù)擴大了甲烷氣體濃度檢測范圍、具有了更高的實用性。 ●應用范圍及推廣前景：隨著國家的快速發(fā)展，能源需求日益突出，甲烷氣體是天然氣和煤層氣（瓦斯）主要成分，也是主要清潔能源，甲烷氣體的開發(fā)是今后能源發(fā)展的主要方向之一。本成果在甲烷氣體的開發(fā)過程中將會發(fā)揮重要作用，應用前景十分廣闊。同時可根據(jù)不同氣體吸收光譜的不同來設(shè)置儀器的參數(shù)與程序進而用于其他氣體濃度的測量。 ●市場分析及經(jīng)濟效益：甲烷氣體的勘探開發(fā)需要通過鉆井工程來實現(xiàn)，為了更加準確勘探與開發(fā)甲烷氣體，激光光譜甲烷氣體檢測儀必不可缺，一方面有利于甲烷氣體的及時準確發(fā)現(xiàn)，另一方面也可以指導鉆井施工隊伍安全施工，提高生產(chǎn)的安全本質(zhì)，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。
同類課題研究水平概述
- 同類研究的各理論方案 1 基于調(diào)諧式激光技術(shù)測量氣體的濃度 近年來基于諧波檢測法的檢測系統(tǒng)利用鎖相放大器分析二次諧波信號獲得了較高的探測靈敏度。但是這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜造價昂貴,不利于儀器的推廣應用。 2 基于二極管激光器光譜吸收法測量氣體的濃度 在已報道的二極管激光器光譜吸收法( diode laser absorption spectrum,DLAS)氣體檢測系統(tǒng)中,直接吸收檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,但易受光強變化和探測器零點漂移等因素的影響,并且探測靈敏度低。 3 棱鏡氣室在纖甲烷檢測系統(tǒng)中的應用研究 棱鏡氣室在纖甲烷檢測系統(tǒng)中的應用研究中是基于比爾-朗伯（Beer-Lambert）定律在氣體弱吸收時的近似表述，以大氣環(huán)境為背景，利用背景扣除和諧波檢測技術(shù)，實現(xiàn)了常壓下甲烷不同體積分數(shù)水平（0-20%）的檢測。此方案在靈敏度調(diào)節(jié)性及抑制干涉噪聲方面較有優(yōu)勢，但其測量范圍較窄（甲烷檢測體積分數(shù)在0-20%范圍）。 4基于窄帶寬激光器光譜吸收法測量氣體的濃度 我們研究的是把具有窄帶頻率優(yōu)點的激光器應用到甲烷氣體濃度檢測，設(shè)計開發(fā)出的檢測儀器實現(xiàn)抗干擾強；設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡便、使用環(huán)境廣泛；與紅外吸收光譜技術(shù)對比，該技術(shù)充分利用激光具有窄帶寬的優(yōu)點，避免了檢測結(jié)果易受它烷烴類氣體的干擾；該技術(shù)擴大了甲烷氣體濃度檢測范圍、具有了更高的實用性。
