宽温紧凑型全量程激光甲烷传感探头设计

作者：庞涛; 孙鹏帅; 张志荣^*; 吴边; 夏滑; 徐启铭

来源：光子学报, 2020, 49(10): 138-147.

• 可调谐半导体激光吸收光谱
• 二次谐波
• 直接吸收
• 温度补偿
• 全量程激光甲烷传感器

针对测量动态范围大、室外环境温度变化剧烈等因素,设计了宽温度范围(-40～60℃)紧凑型全量程激光甲烷探头.为减小传感器体积,电路采用层叠结构设计,通过单片机STM32F405实现激光器温度控制、波长扫描调制、数字锁相放大及浓度信息实时反演.电路系统和测量气室封装在仅Φ35 mm×60 mm的不锈钢外壳内,中间有窗片实现物理隔离,确保本质安全.低浓度时使用波长调制技术,保证探头测量精度和测量下限;高浓度时,使用直接吸收光谱技术,保证量程和线性度.在25℃标准大气压下,低浓度(<2%)测量误差小于±5.00×10-4,检出限为2.24×10-4,在允许基线校准或者背景扣除的条件下,测量下限可以提高到6.026×10-5;高浓度(2～100%)测量误差小于真值的±5%.在-40～60℃环境温度下,分别使用1.2%和20%标准气体进行温度性能测试,最大相对测量误差为-3.3%和-3.15%,完全满足国家相关标准要求,可广泛应用于城市综合管廊、天然气管道及站场泄露监测、煤矿安全预警等场合.

• 单位
  中国科学院，安徽光学精密机械研究所; 中国科学院安徽光学精密机械研究所