[发明专利]一种激光钻进煤岩产生的气体浓度测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种激光钻进煤岩产生的气体浓度测量装置，包括测量室、第一激光发射单元、第二激光发射单元、激光接收单元、数据采集系统和方向调整机构，所述测量室的内部中空，所述第一激光发射单元和所述激光接收单元分别设置在所述测量室的左侧和右侧，所述数据采集系统与所述激光发射单元连接，所述第一激光发射单元用于发射激光，所述激光接收单元用于接收激光，并将光信号转为电信号发送给所述数据采集系统进行处理，所述第一激光发射单元的发射端和所述激光接收单元的接收端位于同一直线上。

技术领域

本发明涉及用于测量激光钻进煤岩产生的气体浓度领域，尤其涉及一种激光钻进煤岩产生的气体浓度测量装置和方法。

背景技术

在激光钻进煤岩的过程中，会产生硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等气体。这些气体都会对环境产生污染，部分气体甚至会危害到人类的身体健康。因此，测量激光钻进煤岩试验中产生的气体种类及浓度，便于探究实际工程应用中必要的安全防护措施以及对有害废气的处理。常用的对气体成分检测手段主要有两类：一类是实验室化学分析法，另一类为实时采样分析法，然而，这两类方法均存在以下缺陷：一是气体收集是容易泄露；二是采集的气体改变了测量环境，不能反映整体环境，不能完全反应代表真实结果；三是对于成分复杂的气体检测时间较长。因此，这两类方法已无法达到激光钻进煤岩试验中对气体成分进行检测的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种激光钻进煤岩产生的气体浓度测量装置和方法。

本发明提供一种激光钻进煤岩产生的气体浓度测量装置，包括测量室、第一激光发射单元、第二激光发射单元、激光接收单元、数据采集系统和方向调整机构，所述测量室的内部中空，其内放置待测煤岩，所述第一激光发射单元和所述激光接收单元分别连接在所述测量室的左侧和右侧，所述数据采集系统与激光接收单元连接，所述第一激光发射单元向测量室内发射入射激光，所述激光接收单元接收第一激光发射单元发射的激光，并将光信号转为电信号发送给所述数据采集系统进行处理，所述第一激光发射单元的发射端和所述激光接收单元的接收端位于同一直线上，所述测量室的上端设有与其内部连通的第二通孔，所述第二通孔处设有密封单元，所述密封单元用于遮住所述第二通孔，所述第二激光发射单元设置在所述密封单元内，并与所述密封单元固定连接，所述第二激光发射单元的激光发射端朝向所述第二通孔设置，所述第二激光发射单元照射待测煤岩，所述方向调整机构与所述第二激光发射单元传动连接，其可驱动所述第二激光发射单元分别沿X轴、Y轴和Z轴运动。

进一步地，所述数据采集系统包括数据采集卡和处理终端，所述数据采集卡分别与所述激光接收单元和处理终端连接，所述数据采集卡用于采集所述激光接收单元发出的电信号，并将采集的电信号转换为数字信号输送至处理终端进行处理。

进一步地，所述第一激光发射单元和所述激光接收单元均通过一水平设置的管道与所述测量室固定连接，每根所述管道上均设有其内部连通的吹扫气管道，所述吹扫气管道外接气泵或气体收集装置，所述管道靠近所所述测量室的一端设有球阀。

进一步地，所述管道包括第一管体和第二管体，其中，所述第一管体水平设置在所述测量室的左侧或右侧，其靠近所述测量室的一端与所述测量室连接，并与所述测量室的内部连通，其另一端通过法兰与水平设置的所述第二管体的一端连接并连通，所述第二管体的另一端设有所述第一激光发射单元或激光接收单元，所述第二管体上设有与其内部连通的所述吹扫气管道，所述吹扫气管道用于外接气泵或气体收集装置，所述第一管体上设有所述球阀。

进一步地，所述第一激光发射单元为分布反馈式半导体激光器，所述激光接收单元为光电探测器。

一种通过上述所述的装置检测气体浓度的方法，主要包括以下步骤：

S1、激光钻进煤岩试验：通过方向调整机构驱动激光头移动至试验煤岩的上方，打开第二激光发射单元，对试验煤岩进行照射，以使激光钻进试验煤岩，并产生气体；再通过方向调整机构带动第二激光发射单元移动，以对试验煤岩的各个位置完成激光钻进煤岩试验；