甲烷激光遥感探测仪原理

矿用无线激光甲烷传感器
一、矿用无线激光甲烷传感器的概述
矿用无线激光甲烷传感，俗称“机载式甲烷断电仪”。

在无线覆盖范围内，实现无线信号与数字总线信号相互转换，并通过电缆线传输到分站级设备。

二、矿用无线激光甲烷传感器的特点
1.采用激光原理传感器，稳定性好、维护工作量低；
2.采用超级天线，传输距离远且信号稳定可靠；
3.具有电量实时上传，低电量现场提醒功能；
4.采用低功耗、大容量电池设计，续航时间不小于30天；
5.具有无线信号强度提示，便于确认传感器安装位置。

三、矿用无线激光甲烷传感器的技术参数
1.产品型号：GJJ100W
2.电池供电：7.5～10(V.DC)、工作电流≤100mA
3.本安供电：9～25(V.DC)、工作电流≤50mA(24V.DC)
4.测量范围：0～1(%CH4)
5.基本误差：0～1(%CH4)≤±0.06%CH4，1～100(%CH4)≤真值的±6%CH4
6.响应时间：≤25s
7.传输性能
(1)有线传输距离：大于2000m、MHYVR电缆、线径截面大于1.5mm²
(2)无线传输距离：大于100m(工作面环境下)
8.续航时间：大于30天。

激光甲烷传感器在矿井生产过程中的应用研究摘要：阐述了激光甲烷传感器在煤炭工业中的应用，并强调了与传统催化式甲烷传感器相比，其周期、维护、寿命和其他气体危害的优势，以分析激光甲烷传感器在矿井生产中的应用为基础。

关键词：激光甲烷传感器；井下应用；频率煤炭长期以来是我国最大的能源，占全国能源结构的70%。

我国煤炭开采分布广，煤炭开采条件极为复杂，是瓦斯事故造成的煤炭工业面临的主要问题。

41%的瓦斯区域处于我国高瓦斯矿区，严重威胁着我国煤炭工业的安全生产和运营营。

瓦斯是煤层和周围岩体中的特殊气体，约占83-89%，容易燃及爆炸。

煤体的透气性不好，在采掘前很难排出，开采时容易瓦斯突出。

地质条件优越、煤炭资源丰富的国家，尽管地质条件和环境条件复杂，但由于人均资源有限，即使在煤炭开采过程中已经制定了原材料开采计划，如果能够稳定、准确和迅速地获得瓦斯气体的来源、成分和浓度，对这些采相关措施保证作业人员安全。

一、矿用激光甲烷传感器工作原理当激光发射的激发光谱靠近甲烷气体的吸收峰时，通过温度控制和电流控制，将激光器的频谱宽度设置为甲烷的相应吸收峰，然后，通过添加与正弦波和三角波重叠的调制信号来调整频谱宽度，通过甲烷浓度变化来获取第二次谐波信号，采用锁相环技术实现甲烷浓度检测原理。

二、案例分析某整合资源矿井。

井的面积为9 422平方公里，3号至15号煤层的施工许可证，3号煤层容量为2 773 000t，厚度为5.30m，存在煤与瓦斯危害、无粉尘爆炸、中等水文地质和没有冲击地压危害。

1.安全监测系统(实验前)是高瓦斯矿井，监测是KJ90NB系统(当前升级到kj90x系统)安装后工作正常。

实验前，在系统机架下应用了98台甲烷传感器(高KG9001C、40台，低密度KG9701A时58台)，采用催化燃烧进行频率传输。

2.激光传感器的测试背景和情况。

根据国家安全局的技术文件《积极推进矿井激光传感器的使用》，研究所决定在矿井下激光甲烷传感器的应用，并为下一代的应用积累经验。

开路式激光甲烷气体探测器因其测量精准、响应快、SIL2等级、覆盖广等优点而被广泛应用于石油炼化厂、瓶装工厂、海上石油气平台。

开路激光硫化氢气体探测器是利用甲烷气体的近红外光谱吸收特征的仪器仪表。

基于先进的开放式的可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDL AS），主要原理是通过气体对特定波长光的吸收程度来实现对开放性的空间区域内气体浓度的检测，其探测距离可达120米。

开路激光硫化氢气体探测器有着以下优势特点：1、响应速度快；2、覆盖范围广；3、探测空间范围内的可燃性气体；4、高精度，能实时检测气体的泄漏，并且没有盲区；5、零维护费用；6、抗水汽、抗震动；7、高选择性，不会中毒，不受其它气体干扰；8、恶劣天气环境下，有效检测可燃性气体的泄漏。

开路式激光甲烷气体探测器主要功能是探测甲烷气体是否泄漏，广泛应用在医药科研、学校科研、制药生产车间、烟草公司、环境检测、楼宇建设、消防报警、污水处理、石油石化、化工厂、冶炼厂、钢铁厂、煤炭厂、热电厂、锅炉房、加气站、垃圾处理厂、隧道施工、输油管道、航空航天、工业气体过程控制、室内空气质量检测、地下燃气管道检修、危险场所安全防护、军用设备检测等各种场所。

安装开路式激光甲烷气体探测器时要依据甲烷气体的密度及风向来确定探测器的安装位置，但应避免将探测器安装在空气流动过大的地方。

一般情况下，面积适中的室内空间，可依据保护半径均匀布点，即探测器安装在离释放源距离7.5m以内或两只探测器的水平距离在15m以内；面积过大或存在大量可通风部位的室内空间，应按室外情况布置探测器。

探测器安装在室外时，应布置在甲烷气体释放源的全年最小频率风向的上风侧，与释放源的距离不宜大于15m；探测器布置在甲烷气体释放源的全年最小频率风向的下风侧时，与释放源的距离不宜大于5m。

因为甲烷比空气轻的，探测器安装高度宜高出释放源0.5～2m。

说明：气体密度大于0.97kg/m3（标准状态下）即认为比空气重，气体密度小于0.97kg/m3（标准状态下）即认为比空气轻。

康拓红外甲烷传感技术简介------北京康拓科技开发总公司智能仪表事业部一、红外甲烷传感器的工作原理1、测量原理红外甲烷传感器是利用甲烷对3.33μm波长的红外光有一极强的吸收峰（见图1），而杂质气体中影响较大的水蒸气和二氧化碳在此处并无明显吸收。

我们选择这个光谱特性，实现甲烷气体检测。

测量气体分子的光吸收谱是气体种类识别和气体分子浓度测定的有效手段。

煤矿红外甲烷传感器所采用的光谱气体传感技术正是基于甲烷分子振动／转动吸收特征谱或泛频／复合吸收谱线与发光光源发射谱间的光谱一致性。

当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律。

1 / 10光强为k、波长为λ的光束入射到气室中，气室中的样品在λ处具有吸收线或吸收带，气室出射光的光强则为k-Δ。

由介质的吸收性质知道，当光通过待测气体时，一部分光被气体吸收，一部分光被气体散射，其规律可用比尔定律描述:I ＝ I o e﹣α CL式中I0为通过待测气体前的光强，I为光信号通过待测气体后的光强，C为待测气体的浓度，L是光通过待测气体的长度，α是待测气体的吸收系数.为了便于测量，将上式改写成: C ＝ (1/αL)ln(Io/I)由上式可以看到，只要知道光通过待测气体的程长L以及待测气体分子的吸收系数α，就可通过测量I与Io的比值求得待测气体的浓度。

2 / 10为使开放的测量气室内气体干净，不致因尘埃的存在，污染光路和光学系统，进入测量气室的被测气体必须经过多级过滤。

2、传感器工作原理图2可见光-红外光源发出的光在气室内经反射后，分别经过两个滤光片进入红外传感器，其中一个是参考通路，对于甲烷没有吸收；另一个是测量通路，对甲烷有极强的吸收峰，两通道输出信号的比值与甲烷的浓度有关。

通过对两个通道光电器件输出信号进行比较计算，既可以得出被测甲烷浓度值。

（光路示意见图2）采用这种方法这样还消除了其他因素（如光源强度不均匀）对甲烷测量浓度的影响。

甲烷气体检测原理与设计甲烷气体检测原理与设计目录概述 (3)第一章国内外研究现状 (4)一、甲烷检测简介 (4)1.1半导体式气体传感器 (4)1.2催化燃烧式气体传感器 (5)1.3热传导式气体传感器 (6)1.4基于相干光干涉的气体传感器 (6)1.5光声气体检测 (7)1.6基于红外吸收的甲烷气体传感器 (7)二、检测仪表 (8)1.7便携式瓦斯检测仪表 (8)1.8瓦斯自动监测监控系统 (10)1.9光干涉甲烷检测仪 (11)1.10传统光干涉甲烷检测器的不足 (12)第二章瓦斯检测仪的研究与设计 (14)2.1研究的意义和主要工作 (14)2.1.1研究的意义 (14)2.1.2主要工作 (14)2.2瓦斯检测的原理 (18)2.2.1载体催化元件 (18)2.2.2传统的检测原理 (23)2.2.3传统检测原理存在的问题 (24)2.2.4开关式恒温瓦斯检测技术 (26)2.2.5杨氏干涉原理 (29)2.2.6薄膜干涉原理 (31)2.2.7嵌入式光干涉甲烷检测仪光学原理 (34)2.2.8嵌入式光干涉甲烷检测仪智能读数原理 (35)第三章瓦斯检测仪的硬件选型与设计 (38)3.1瓦斯检测仪的基本组成 (38)3.2本安仪表的基本设计要求 (39)3.3本系统采用的防爆措施 (39)3.4单片机的选型 (40)3.5元器件选型 (42)3.5.1A/D转换器.......................................................................................42 3.5.2通信芯片选型 (43)3.5.3蜂鸣器选型和遥控接收头选型 (44)3.6加热采样电路的设计 (45)3.7电源模块的设计 (49)3.8单机片辅助电路的设计 (51)3.9红外接收电路的设计 (52)3.10声光报警电路 (53)3.11显示电路 (53)3.12电流/频率输出电路 (54)3.13通信电路的设计 (56)3.14开关量输出电路 (56)第四章瓦斯检测仪软件设计 (59)5.1软件设计概述 (59)5.2红外遥控解码 (62)概述煤矿井下开采过程中，从煤岩体内油出的所有气体统称为矿井瓦斯。

RMLD激光甲烷遥距检测仪（手持式）一、概述随着政府，企业及社会对燃气管道安全及环保的日益重视，燃气管道的安全巡检，尤其是泄漏检测越来越显得重要。

现有的便携式检漏仪都要求探头置于有燃气的环境中，与燃气直接接触。

实际现场中，常遇到管道或设施难以到达，甚至不能到达（例如围墙内，花圃中，河流上方，高楼外立管，房间里面等等）的情况。

这就使得管网泄漏巡检效率不高或对某些管段放弃巡检，给燃气管道安全带来隐患。

针对这一现象，RMLD激光甲烷遥距检测仪应运而生。

美国汉斯激光甲烷遥距检测仪(RMLD TM)是一种高科技的先进技术，能检测出从远距离泄漏出的甲烷。

RMLD是泄漏检测的新一代的领先产品，它大大地提高了步行巡检的效率和安全性，该仪器面世以来，得到全世界的广泛认可，并获得2005年100佳发明奖。

使用RMLD可以使得原来不能到达或不易到达的地方的巡检变为可能。

因为采用了一种叫做TDLAS（可调谐二级管激光吸收）技术,不用像现有的便携式检测仪要求将探头置于有可燃气体的环境中，RMLD的激光束由探测器发出后，穿越管道或设施上方空间，射到另一端的目标（如墙，树，路面或柱子等）上。

二、工作原理RMLD 是美国汉斯公司联合美国燃气研究院，以及多家大型燃气营运公司最新研究的成果，其核心部分采用了最先进的可变波长(TDLAS)技术。

该仪器工作原理如下：激光束由探测器发出后，穿越管道或设施上方空间，射到另一端的目标（如墙，树或柱子等）上，部分被目标反射回到探测器。

被反射的光被收集起来并被转换成电信号。

这些电信号用来分析甲烷的浓度，其单位为ppm-m。

通过采用波长模制激光吸收光谱技术，该探测器达到极高的灵敏度。

某一波长的光只被甲烷吸收，因此，只对甲烷有反应，不受其它气体成份的影响，这大大提高了检测的准确性，消除了误测。

三、系统组成·激光发生子系统，包含激光光源模块及电子模块，用来综合激光和控制信号。

·信号处理模块，用来分离和处理被吸收信号。

激光甲烷传感器原理及应用概述甲烷是一种常见的气体，也是一种重要的温室气体。

甲烷的浓度变化对于气候变化和环境污染都有重要影响。

在环境监测、工业生产和安全保护等领域中，开发快速、高灵敏度、高精度和非侵入性的甲烷检测技术显得尤为重要。

激光甲烷传感器是一种基于激光光谱技术的气体检测方法，具有快速、高精度、高灵敏度、非侵入性等优点，因此在环境监测、工业生产、气候研究等领域得到广泛应用。

原理激光甲烷传感器的原理是利用红外吸收谱线的特性，通过激光调制和光路设计等技术，检测出样品气体分子中特定频率处的光线被吸收的量，从而测量出样品气体中甲烷的浓度。

应用1.环境监测激光甲烷传感器可用于大气、水质和土壤等环境中甲烷的检测。

在大气中，激光甲烷传感器可用于测量甲烷的排放量和分布状况，为空气质量监测提供可靠数据。

在水质监测中，激光甲烷传感器可检测水中甲烷的浓度，为水体环境的污染物监测提供精准数据。

在土壤监测中，激光甲烷传感器可用于检测土壤中甲烷的浓度，为土壤碳循环研究提供数据支持。

2.工业生产激光甲烷传感器可用于工业生产中的安全监测和工艺控制。

在煤气、石油和化工等行业中，激光甲烷传感器可用于检测管道、储罐等设备中甲烷泄漏情况，确保生产过程中的安全。

在钢铁、玻璃、陶瓷等行业中，激光甲烷传感器可用于检测窑炉中的甲烷浓度，对生产工艺进行控制。

3.气候研究激光甲烷传感器可用于气候研究中，了解大气中甲烷的分布和排放情况，从而探究全球温室气体排放和气候变化的影响机制。

卫星上搭载的激光甲烷传感器可监测全球甲烷浓度的变化并制作地图，对于环境保护和气候预测有重要意义。

总结激光甲烷传感器是一种非常有效的工具，可以检测空气和水中的甲烷浓度。

通过使用激光技术，可以准确地测量甲烷浓度，并可以应用于多种环境监测和工业应用中。

在环境监测方面，激光甲烷传感器可用于检测甲烷的浓度和分布情况。

特别是在大气污染和气候变化的研究中，激光甲烷传感器可以反映大气中的甲烷浓度，为环境研究提供可靠的数据。

激光甲烷遥测仪原理
激光甲烷遥测仪是一种用于检测大气中甲烷浓度的仪器，它利用激光技术和遥测原理来实现对甲烷的高精度测量。

该仪器的原理基于激光的吸收和散射特性，以及甲烷分子对特定波长激光的吸收特性。

在激光甲烷遥测仪中，激光器产生一束特定波长的激光，这束激光通过大气中的空气和甲烷气体。

甲烷分子对特定波长的激光有吸收作用，因此当激光穿过大气中的甲烷区域时，部分激光会被甲烷分子吸收。

接收器接收到透过大气的激光，并测量被吸收的激光强度，从而得到甲烷浓度的信息。

激光甲烷遥测仪的原理还包括了激光的时间延迟测量和多普勒效应。

通过测量激光在大气中的传播时间和频率变化，可以进一步精确地确定甲烷的浓度和分布情况。

总的来说，激光甲烷遥测仪利用激光的吸收和散射特性，结合大气中甲烷分子的吸收特性，通过测量激光的强度、时间延迟和多普勒效应，实现了对甲烷浓度的高精度遥测。

这种原理不仅可以应
用于大气环境监测，还可以用于地质勘探、气候变化研究等领域，具有重要的科学研究和环境保护价值。

激光甲烷气体检测仪使用说明1. 简介嘿，亲爱的朋友们！今天咱们来聊聊激光甲烷气体检测仪——这个小家伙可不是开玩笑的，简直就是现代科技的黑科技！有句话说得好，“有备无患”，在我们的生活中，甲烷气体可是个不易被察觉的小精灵，它藏得可深的呢。

如果不小心闻到臭烘烘的味道，可能就要掉进“大坑”里了，因此，检测仪就成了我们的“侦探”！2. 激光甲烷气体检测仪的基本功能2.1 甲烷检测说起这个检测仪，大家可能会想，“这东西能干啥？”首先嘛，它的主打功能就是检测甲烷气体。

这玩意儿不仅精确，还灵敏，能在空气中精准找到甲烷，并通过激光技术迅速发出警报。

想象一下，你正在做饭，忽然检测仪“滴滴滴”响了，及时提醒你关小火，多省事啊！2.2 数据记录而且呢，仪器不仅仅是个“报警器”，它还会记下历史数据，有时你想了解一段时间的甲烷浓度变化，查看这些数据就像是在翻一本“日记”，这可真是太贴心了。

有些人可能会好奇，这些数据能干嘛？当然能拿来写报告，甚至是给朋友们聊天时当炫耀的资本！3. 如何使用激光甲烷气体检测仪3.1 开机与校准好了，别说我啰嗦，咱们这就进入使用环节。

首先，拿到这台检测仪，第一件事就是开机。

轻轻一按开关，屏幕亮起，哗，这种科技感真是让人心花怒放！不过，在使用之前，别忘了给它校准一下，保证数据准确。

就像是一位老爷爷，经历了不少风霜，总得喝点水，润润嗓子才能开口嘛。

3.2 实地检测接下来的步骤就是实地检测了。

找个您觉得可能出现甲烷的地方，比如厨房、地下室或者更隐蔽的角落，慢慢地将检测仪晃一晃，让它在空气中“嗅嗅”。

只要仪器发出信号，提醒您浓度过高，赶紧锁定“嫌疑”！我告诉你，这时候可别想着“这没事”，安全第一，处理好情况再说。

4. 注意事项4.1 保养与存放当然，咱们的侦探小仪器也需要好好照顾。

使用完后，别忘了轻轻擦拭，保持它的清洁，毕竟“人靠衣装，佛靠金装”，仪器也一样，干净了才能干好活。

存放的时候，尽量放在干燥、通风的地方，免得它受潮变得“懒惰”！4.2 定期检查另外呢，建议大家定期检查一下仪器的电量和灵敏度。

美国汉斯RMLD-IS激光甲烷遥距检测仪（手持式）(信息内容由青岛聚创环保设备有限公司提供)一、产品概述：随着政府，企业及社会对燃气管道安全及环保的日益重视，燃气管道的安全巡检，尤其是泄漏检测越来越显得重要。

现有的便携式检漏仪都要求探头置于有燃气的环境中，与燃气直接接触。

实际现场中，常遇到管道或设施难以到达，甚至不能到达（例如围墙内，花圃中，河流上方，高楼外立管，房间里面等等）的情况。

这就使得管网泄漏巡检效率不高或对某些管段放弃巡检，给燃气管道安全带来隐患。

针对这一现象，RMLD-IS激光甲烷遥距检测仪应运而生。

美国汉斯激光甲烷遥距检测仪是一种高科技的先进技术，能检测出从远距离泄漏出的甲烷。

RMLD-IS 是泄漏检测的新一代的领先产品，它大大地提高了步行巡检的效率和安全性，该仪器面世以来，得到全世界的广泛认可，并获得2005年100佳发明奖。

使用RMLD-IS可以使原来不能到达或不易到达的地方的巡检变为可能。

因为采用了一种叫做TDLAS（可调谐二级管激光吸收）技术,不用像现有的便携式检测仪要求将探头置于有可燃气体的环境中，RMLD-IS 的激光束由探测器发出后，穿越管道或设施上方空间，射到另一端的目标（如墙，树，路面或柱子等）上。

二、工作原理：RMLD-IS是美国汉斯公司联合美国燃气研究院，以及多家大型燃气营运公司最新研究的成果，其核心部分采用了最先进的可变波长(TDLAS)技术。

该仪器工作原理如下：激光束由探测器发出，穿越管道或设施上方空间，射到另一端的目标（如墙，树或柱子等）上，部分被目标反射回到探测器。

被反射的光被收集起来并被转换成电信号。

这些电信号用来分析甲烷的浓度，其单位为ppm﹒m。

通过采用波长模制激光吸收光谱技术，该探测器达到极高的灵敏度。

某一波长的光只被甲烷吸收，因此，只对甲烷有反应，不受其它气体成份的影响，这大大提高了检测的准确性，消除了误测。

三、系统组成：1、激光发生子系统，包含激光光源模块及电子模块，用来综合激光和控制信号。