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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于激光光譜吸收技術(shù)的甲烷氣體檢測(cè)儀
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品以光譜吸收技術(shù)Beer--lambert定律為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選甲烷氣體的吸收譜線，實(shí)現(xiàn)甲激光應(yīng)用到甲烷氣體濃度檢測(cè)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的檢測(cè)儀器具有較高的檢測(cè)精度，較強(qiáng)的抗干擾能力，有利于甲烷氣體及時(shí)準(zhǔn)確觀測(cè)。本作品是基于在1665nm波長(zhǎng)的激光器下對(duì)甲烷的吸收最強(qiáng)，通過(guò)探測(cè)器對(duì)甲烷吸收后光譜的分析，及MCU對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出甲烷氣體的濃度。
- 詳細(xì)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(qiáng)，利用光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，設(shè)計(jì)光電信號(hào)檢測(cè)電路，編制相關(guān)軟件程序，對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行處理分析及輸出，實(shí)現(xiàn)甲烷氣體濃度在線檢測(cè)。把具有窄帶頻率優(yōu)點(diǎn)的激光應(yīng)用到甲烷氣體濃度檢測(cè)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的檢測(cè)儀器實(shí)現(xiàn)抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn)。 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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。與傳統(tǒng)色譜氣體分析技術(shù)對(duì)比，該技術(shù)利用激光光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)甲烷氣體濃度檢測(cè)，設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作簡(jiǎn)便、使用環(huán)境寬等優(yōu)點(diǎn)。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一套基于激光光譜吸收技術(shù)的甲烷氣體檢測(cè)儀。 思路：基于光譜吸收技術(shù),通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(jì)光電信號(hào)檢測(cè)電路，編制相關(guān)軟件程序，對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行處理分析及輸出，實(shí)現(xiàn)甲烷氣體濃度檢測(cè)。 創(chuàng)新點(diǎn)：把具有窄帶頻率優(yōu)點(diǎn)的激光應(yīng)用到甲烷氣體濃度檢測(cè)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的檢測(cè)儀器實(shí)現(xiàn)抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn)。 技術(shù)關(guān)鍵：甲烷氣體特征波長(zhǎng)優(yōu)選；弱信號(hào)的拾取與處理技術(shù)；檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo)：（1）最小檢測(cè)濃度：≤0.001%；（2）精度：≤2%F.S； （3）重復(fù)性誤差：≤5%F.S；（4）測(cè)量范圍：0.001%--100%； （5）具有串口輸出端口。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- ●先進(jìn)性：與傳統(tǒng)色譜氣體分析技術(shù)對(duì)比，該技術(shù)利用激光光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)甲烷氣體濃度檢測(cè)，設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作簡(jiǎn)便、使用環(huán)境廣泛等優(yōu)點(diǎn)；與紅外吸收光譜技術(shù)對(duì)比，該技術(shù)充分利用激光具有窄帶寬的優(yōu)點(diǎn)，避免了檢測(cè)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(duì)比，該技術(shù)成果擴(kuò)大了濃度檢測(cè)范圍、有更高的實(shí)用性。 ●技術(shù)分析說(shuō)明：該技術(shù)運(yùn)用了差分測(cè)量吸收技術(shù)，差分吸收測(cè)量技術(shù)能夠有效消除光源和探測(cè)器以及各種外部因素的干擾?；诓ㄩL(zhǎng)為1665 nm DFB-QWLD激光器的差分氣體檢測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)諧激光器的注入電流,使發(fā)射波長(zhǎng)掃描過(guò)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(guò)比較分析探測(cè)器PD1和PD2的輸出信號(hào),計(jì)算得到氣體濃度。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,靈敏度較高且穩(wěn)定性好,有望被制作成為實(shí)用化的激光甲烷探測(cè)系統(tǒng)。1665 nm波長(zhǎng)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(zhǎng)距離傳感系統(tǒng),易于滿足煤礦等企業(yè)的需要。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 雙方合作
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- ●特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：該技術(shù)利用激光光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)甲烷氣體濃度檢測(cè)，設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作簡(jiǎn)便、使用環(huán)境廣泛等優(yōu)點(diǎn)；與紅外吸收光譜技術(shù)對(duì)比，該技術(shù)充分利用激光具有窄帶寬的優(yōu)點(diǎn)，避免了檢測(cè)結(jié)果易受它烷烴類氣體的干擾；該技術(shù)擴(kuò)大了甲烷氣體濃度檢測(cè)范圍、具有了更高的實(shí)用性。 ●應(yīng)用范圍及推廣前景：隨著國(guó)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(kāi)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(kāi)發(fā)過(guò)程中將會(huì)發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景十分廣闊。同時(shí)可根據(jù)不同氣體吸收光譜的不同來(lái)設(shè)置儀器的參數(shù)與程序進(jìn)而用于其他氣體濃度的測(cè)量。 ●市場(chǎng)分析及經(jīng)濟(jì)效益：甲烷氣體的勘探開(kāi)發(fā)需要通過(guò)鉆井工程來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了更加準(zhǔn)確勘探與開(kāi)發(fā)甲烷氣體，激光光譜甲烷氣體檢測(cè)儀必不可缺，一方面有利于甲烷氣體的及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)，另一方面也可以指導(dǎo)鉆井施工隊(duì)伍安全施工，提高生產(chǎn)的安全本質(zhì)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(cè)量氣體的濃度 近年來(lái)基于諧波檢測(cè)法的檢測(cè)系統(tǒng)利用鎖相放大器分析二次諧波信號(hào)獲得了較高的探測(cè)靈敏度。但是這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)昂貴,不利于儀器的推廣應(yīng)用。 2 基于二極管激光器光譜吸收法測(cè)量氣體的濃度 在已報(bào)道的二極管激光器光譜吸收法( diode laser absorption spectrum,DLAS)氣體檢測(cè)系統(tǒng)中,直接吸收檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但易受光強(qiáng)變化和探測(cè)器零點(diǎn)漂移等因素的影響,并且探測(cè)靈敏度低。 3 棱鏡氣室在纖甲烷檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 棱鏡氣室在纖甲烷檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究中是基于比爾-朗伯（Beer-Lambert）定律在氣體弱吸收時(shí)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(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了常壓下甲烷不同體積分?jǐn)?shù)水平（0-20%）的檢測(cè)。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(shì)，但其測(cè)量范圍較窄（甲烷檢測(cè)體積分?jǐn)?shù)在0-20%范圍）。 4基于窄帶寬激光器光譜吸收法測(cè)量氣體的濃度 我們研究的是把具有窄帶頻率優(yōu)點(diǎn)的激光器應(yīng)用到甲烷氣體濃度檢測(cè)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的檢測(cè)儀器實(shí)現(xiàn)抗干擾強(qiáng)；設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作簡(jiǎn)便、使用環(huán)境廣泛；與紅外吸收光譜技術(shù)對(duì)比，該技術(shù)充分利用激光具有窄帶寬的優(yōu)點(diǎn)，避免了檢測(cè)結(jié)果易受它烷烴類氣體的干擾；該技術(shù)擴(kuò)大了甲烷氣體濃度檢測(cè)范圍、具有了更高的實(shí)用性。
