激光甲烷遙測儀檢測技術介紹

更新更新時間：2024-03-07 點擊次數：1610

一、檢測甲烷氣體濃度含量的意義

隨著國民經濟的不斷發展，對煤炭的需求也與日俱增，在保證采礦業順利進行時，安全是非常重要的。近年來，我國煤礦多次發生井下瓦斯事故。瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），約占83-89%,它是在成煤過程中形成并儲存于煤層中的氣體。甲烷氣體無色、無味、無嗅,它本身無毒,對人體的主要危害是超限時能引起人窒息死亡，但它具有易燃、易爆等特點，與空氣混合達到一定濃度后，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生，造成了重大傷亡和經濟損失，教訓深刻。因此,為避免煤礦事故的發生，井下氣體的檢測非常重要。

二、常見的檢測甲烷氣體濃度的測量方法

市面上常見的檢測甲烷氣體濃度的測量方法有：載體催化型、光干涉型、熱導型和紅外光譜吸收型。前三種為傳統甲烷傳感器，檢測精度低，且檢測范圍窄，難以檢測高濃度的甲烷。同時，由于傳感器的一致性、穩定性差，需要經常校準，使用不便且維護成本高。

第四種為紅外吸收光譜檢測技術，主要技術包括非色散紅外（NDIR）、激光式（TDLAS）。其中，TDLAS技術采用了半導體激光光源，MHz級別的光譜線寬遠小于待測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，不會對其它氣體產生誤報，而傳統NDIR紅外光源的線寬則達到數百GHz。該項技術于2018年前后批量應用于燃氣閥井的甲烷泄漏監測，屬于最新一代的甲烷泄漏監測技術。

三、激光甲烷遙測儀的工作原理

基于可調諧半導體激光吸收光譜技術（TDLAS）原理，每種氣體分子都會吸收特定波長的光。當一束激光穿過氣團后，輸出光將會減弱或者損失部分能量。在光譜學上通過分析某種氣體特定吸收譜線對光的吸收程度，計算出該氣體的濃度。這種吸收不受溫度濕度壓力等環境影響，因而具有高度的穩定性，可用于甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、一氧化碳（CO）、氨氣（NH3）等氣體探測。

四、激光甲烷遙測儀的結構組成

激光甲烷氣體遙測儀，包括用于發射激光和接收反射偏轉光的光機系統、用于檢測分析激光吸收量的信號處理系統、用于預警甲烷濃度超標的顯示報警系統以及殼體組件。

系統架構圖

通過向目標點（氣體管道、天花板、墻體、地板、地面等）發射激光束，然后檢測從目標點被反射回來的激光束的輻射數值，經過信號處理系統來判斷被測試環境中是否有氣體泄漏，并將氣體濃度以ppm-m或%vol.為單位顯示在遙測儀中。在使用時，只需將激光光束指向待測目標上，用戶無需進入到待測管道所在的潛在危險區域。

五、如何為激光甲烷遙測儀選擇合適的器件

北京卓立漢光長期以來一直專注于激光光譜學在中國市場的應用，經過二十多年的耕耘，我們可以為客戶提供多款采用TDLAS技術進行甲烷氣體檢測的產品。

DFB（Distribution Feedback Laser）激光器

DFB（Distribution Feedback Laser）激光器是目前市面上TDLAS系統中最常見的激光器，它作為發射光源，具有優秀的單色性和窄線寬，以及出色的靈敏性和準確度。

如下列表是中心波長為1653.7nm的DM激光器的主要參數。

部分典型MD激光器的列表如下

產品型號	中心波長（nm）	輸出功率（mW）	檢測氣體	封裝形式	備注說明
EP760-0-VC	760	0.5-1	（氧氣）02	TO56/TO39	VCSEL 760nm+/-1nm
EP1273-0-DM	1273	5-12	（氟化氫）HF	T056/T039／蝶形	1273nm+/-1nm
EP1278-1-DM	1278.1	5-12	（氟化氫）HF	T056/T039／蝶形	1278.1nm+/-1nm
EP1343-0-DM	1343	5-12	（高溫水）H2O	T056/T039／蝶形	1343nm+/-1nm
EP1392-5-DM	1392.5	5-12	（水分子）H2O	T056/T039／蝶形	1392.5nm+/-1nm
EP1398-0-DM	1398	5-10	（高溫水）H2O	T056/T039／蝶形	1398nm+/-1nm
EP1512-2-DM	1512.2	7-10	（氨氣）NH3	T056/T039／蝶形	1512.2nm+/-1 nm
EP1521-0-DM	1521	5-12	（乙快）C2H2	T056/T039／蝶形	1521nm+/-1nm
EP1531-0-DM	1531	5-10	（乙烘）C2H2	T056/T039／蝶形	1531nm+/-1nm
EP1564-5-DM	1564	5-10	（一氧／二氧化碳）CO/C02	T056/T039／蝶形	1564.5nm+/-1nm
EP1566-0-DM	1566	5-10	（一氧化碳）CO	T056/T039／蝶形	1566nm+/-1nm
產品型號	中心波長（nm）	輸出功率（mW）	檢測氣體	封裝形式	備注說明
EP1573-3-DM	1573.3	4-8	（二氧化碳）CO2	T056/T039／蝶形	1573.3nm+/-1nm
EP1574-5-DM	1574.5	4-8	（硫化氫）H2S	T056/T039／蝶形	1574.5nm+/-1nm
EP1578-0-DM	1578	4-8	（一氧/二氧化碳/硫化氫）CO/C02/H2S	T056/T039／蝶形	1578nm+/-1nm
EP1590-0-DM	1590	5-8	（硫化氫）H2S	T056/T039／蝶形	1590nm+/-1nm
EP1602-9-DM	1602.9	5-8	（二氧化碳）CO2	T056/T039／蝶形	1602.9nm+/-1nm
EP1625-0-DM	1625	5-8	（乙炳）CzH4	T056/T039／蝶形	1625nm+/-1nm
EP1629-5-DM	1629.5	5-8	（乙烯）CzH4	T056/T039／蝶形	1629.5nm+/-1nm
EP1630-2-DM	1630.2	5-8	（乙烯）CzH4	T056/T039／蝶形	1630.2nm+/-1nm
EP1651-0-DM	1651	3-10	（甲院）CH4	T056/T039／蝶形	1651nm+/-1nm
EP1653-7-DM	1653.7	3-5 or 5-8	（甲院）CH4	T056/T039／蝶形	1653.7nm+/-1nm
EP1654-DM-B	1653.7	1-2	（甲院）CH4	T039	1653.7nm+/-1nm
EP1678-6-DM	1678.6	3-8	（乙院）C2H6	T056/T039／蝶形	1678.6nm+/-1nm
EP1680-2-DM	1680.2	3-8	（乙院）C2H6	T056/T039／蝶形	1680nm+/-1nm
EP1683-0-DM	1683	3-8	（乙院）C2H6	T056/T039／蝶形	1683nm+/-1nm
EP1686-4-DM	1686.4	3-8	（丙酣）C3H60	T056/T039／蝶形	1686.4nm+/-1nm
EP1742-2-DM	1742.2	4-8	（氯化氫）HCI	T056/T039／蝶形	1742.2nm+/-1nm
EP1854-0-DM	1854	2-7	（水分子）HzO	T056/T039／蝶形	1854nm+/-1nm
EP1877-0-DM	1877	2-7	（水分子）HzO	T056/T039／蝶形	1877nm+/-1nm
EP2004-0-DM	2004	1-3	（二氧化碳）CO2	T056/T039／蝶形	2004nm+/-1nm
EP2050-0-DM	2050	1.5-2	（二氧化碳）CO2	蝶形	2050nm+/-1nm
EP2122-0-DM	2122	1-2	（氫氣）Hz	蝶形	2122nm+/-1nm
EP2330-0-DM	2330	1-3	（一氧化碳）CO	T039	2325nm-2336nm
EP2327-0-DM	2327	1-3	（一氧化碳）CO	T039	2325nm 2336nm

InGaAs紅外探測器

高性能InGaAs紅外探測器具有快速的響應時間、出色的靈敏度和長期的可靠性。根據In、Ga、As三種元素的比例不同，探測器有四種截止選擇，分別為1.9µm, 2.2µm,2.4µm和2.6µm，為客戶的不同應用提供最合適的產品。

高性能InGaAs紅外探測器有非制冷和半導體制冷兩種溫度控制模式可選。探測器內置熱電冷卻器（TEC）,將溫度控制在-80℃至-20℃，極大降低了熱噪聲和背景輻射對輸出信號的影響。同時，內部一體化集成低噪聲前置運放+溫度控制單元，使其在保證高靈敏度和響應時間的同時，具有高穩定性和高信噪比，能有效屏蔽電磁干擾，結構緊湊，方便操作，廣泛應用于環境監測、溫度測量、安全監測、醫療分析、工業控制等領域。

主要InGaAs紅外探測器選型表

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