[发明专利]一种原位直测式管路气体光谱吸收浓度检测探针及检测仪

说明书

本发明属于气体浓度监测领域，公开了一种原位直测式管路气体光谱吸收浓度检测探针，包括支撑杆，支撑杆一端设有气体光谱吸收气室，气体光谱吸收气室上设有光电探测器，气体光谱吸收气室上设有激光准直器，气体光谱吸收气室的内部并位于光电探测器与激光准直器之间设有中空的气体吸收池，气体光谱吸收气室的外壁设为与气体吸收池连通的镂空壁，气体光谱吸收气室的镂空壁套设有过滤膜片。本发明通过将气体光谱吸收气室置入管道内部，实现对管道内被测气体的原位直测，无需借助抽取装置，其结构简单、响应速度快、准确度高、环境影响小、使用维护方便。本发明还基于气体光谱吸收浓度检测探针提出一种检测仪。

技术领域

本发明属于气体浓度监测领域，具体涉及一种原位直测式管路气体光谱吸收浓度检测探针及检测仪，适应于瓦斯抽放管道或天然气输送管道中的甲烷浓度监测。

背景技术

传统的在线监测或便携式仪器监测管道甲烷浓度，无论是采用传统的光干涉(光瓦)、热催化、热释电、红外检测原理，还是采用激光光谱吸收检测原理检测瓦斯管道甲烷浓度，一般都是通过“抽取法”从瓦斯管道引出样气至检测元件探头进行浓度测量，而普遍利用的抽取样气方法有泵吸法或差压引气法。但此方法的特点是首先将被测气通过取气装置从瓦斯管道引出，再通过气体导流管引入至气体过滤装置，最后在气体扩散作用下进入检测元件探头进行浓度测量。其存在的缺点是：(1)由于被测气体需经过取气装置、过滤装置及中间环节导流气路，最后扩散至检测元件探头，造成测量响应时间长、实时性差；(2)管道浓度测量计算需进行温度压力补偿，被测气经过取气装置从原管道引出后，所测得的温度压力不能反映输送管道内的真实工况；(3)由于被测气从原管道引出造成温度差异，被测气中的水汽容易在监测元件探头端形成凝结水，从而影响探头的检测性能；(4)由于测量需要取气辅助装置，气路中间环节多，气路长，易出现漏气，造成测量数据失真现象；(5)取气辅助装置一般结构设计复杂，不够紧凑。

现有技术中公开了“一种瓦斯抽放管道用气体监测仪及其气体监测探杆”，其检测仪包括：中空杆体，内部设有进气管和出气管；安装壳体，连接在中空杆体的远离插入段的一端，内部安装有检测腔室，检测腔室的内腔构成检测腔；气体检测传感器，部分位于检测腔内以对检测腔内的气体参数进行检测；进气管和出气管分别与检测腔联通而形成供气体从进气口进入、经过检测腔应从出气口配出的检测通路；表头，用于中空探杆上安装的各类传感器检测型号。该专利采用取气装置利用差压引气法将管道内被测气引出至安装有检测探头的检测腔，再利用气体扩散原理扩散至检测元件，进行气体浓度测量，由于该装置采样路径过长，影响响应时间，且被测气从原管道引出造成温度差异，被测气中的水汽容易在监测元件探头端形成凝结水，从而影响探头的检测性能。

现有技术中还公开了一种“瓦斯抽放管道用的激光甲烷探头”，包括壳体、进气嘴、光缆接口、与外气嘴安装座以及气体吸收池，待测气体从进气嘴进入气体吸收池腔体，通过激光光谱特征吸收测量甲烷浓度，该探头通过减小气体吸收池内腔体积，并使引入气体形成进出通路加快气体吸收池内气体置换，以此缩短响应时间，但该探头需配合其他取气装置使用。

另外，可调谐半导体激光光谱吸收光谱(TDLAS)技术，是目前国际最先进的气体分析技术。它是利用半导体激光器窄线宽和可调谐的特性，通过对检测气体特征吸收谱线强度的测量，实现对待测气体浓度的测量。该技术对检测气体具有高选择性，具有抗干扰、分辨率高、响应速度快、调校周期长等特点，被广泛应用于环境痕量气体的监测。因此，将TDLAS应用于瓦斯抽放管道、天然气输送管道等甲烷浓度监测领域成为必然趋势。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于TDLAS技术的结构简单、实用性强的原位直测式管路气体光谱吸收浓度检测探针及检测仪，旨在解决传统基于泵吸式或差压式采样的“抽取法”瓦斯管道甲烷浓度测量存在的缺陷。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：