一种甲烷检测实验装置

本发明涉及一种甲烷检测实验装置，属于气体检测领域。

背景技术：

1、我国的煤矿井大多都为瓦斯矿井，而瓦斯的主要成分是甲烷，甲烷是一种易燃易爆的气体，在空气中的爆炸浓度范围是4.9％～16％，并且，就算甲烷浓度不在爆炸范围内，过高浓度的甲烷或者长时间吸入低浓度的甲烷都会有生命危险，而且甲烷也是温室气体的一种，并且较其他温室气体而言温室效应更强，大气中甲烷含量过高也会对环境带来一定的影响，严重破坏可持续发展的战略。因此，研究稳定性好、灵敏度高的甲烷检测装置是十分必要的。

2、目前，甲烷检测装置主要有以下几种：热传导类、催化燃烧类、光学检测类等。现有公开号为：cn109239137a，专利名称为：一种微型甲烷传感器及甲烷检测方法的发明专利，适用于煤矿井下的甲烷检测使用，该装置包括一个加热元件、多个测量元件，其加热元件单独加热到高温工作状态，利用甲烷气体和空气的热导率不同来实现甲烷的探测。该方法的甲烷检测装置缺陷在于需要将装置加热，并且检测灵敏度不够高。

3、还有人用了催化燃烧的方法，在阳极氧化铝薄膜上制备了平面型的催化燃烧式甲烷传感器(e.k.evgeny,f.k.evgeny,a.s.suchkova,etal.energyefficientplanarcatalyticsensorfor methanemeasurement[j].sensorsandactuatorsa；physical,2013,194:176-180.)，这种方法的甲烷检测装置功耗一般较高，适合用于检测爆炸下限范围内的低浓度甲烷。

4、而传统的利用光学检测原理制作的甲烷检测装置大多是基于白炽灯-滤光片-探测器结构，这类装置需要的光源功耗较大，并且无法克服水汽的干扰影响。现有公开号为：cn111398203a，专利名称为：一种低功耗甲烷检测装置及方法的发明专利，提出了一种采用led光源作为探测光的甲烷检测装置，大大降低了装置的功耗，但检测低浓度甲烷时信号很微弱，装置灵敏度不高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种甲烷检测实验装置。该实验装置不受电磁干扰、稳定性好、功耗低、灵敏度高，能够较好地解决现有技术缺陷。

2、本发明解决技术问题采用了下述技术方案：

3、一种甲烷检测实验装置，包括卤钨灯光源、窄带滤波片、聚焦透镜、甲烷气体、高纯氮气、甲烷流量计、氮气流量计、气体流量显示仪、“y”型气体三通管、铝合金气室、反射镜、石英玻璃片、单光子雪崩二极管探测器、稳压电源、示波器，所述铝合金气室四周壁上设置有进光孔、出光孔、进气口、出气口以及密封气室盖，所述反射镜分别安装在气室内壁进光孔和出光孔两侧，石英玻璃片安装在气室内壁进光孔和出光孔处，所述窄带滤波片放在卤钨灯光源之后正对光源出光口，聚焦透镜放在窄带滤波片之后并与所述铝合金气室进光孔对齐，所述甲烷气体与甲烷流量计进气端相连，高纯氮气与氮气流量计的进气端相连，两流量计的控制端口与气体流量显示仪连接，两流量计的出气端与“y”型气体三通管的两个同侧通气口相连，“y”型气体三通管与铝合金气室的进气口相连，所述单光子雪崩二极管探测器探测端与铝合金气室出光孔相连，示波器与单光子雪崩二极管探测器输出端相连，稳压电源与单光子雪崩二极管探测器供电管脚相连。

4、所述铝合金气室壁上的进光孔设置在第一气室壁上并且水平方向距离第二气室壁15mm，垂直方向在第一气室壁的中心，出光孔设置在第三气室壁上并且水平方向距离第四气室壁15mm，垂直方向在第三气室壁的中心，进气口设置在第二气室壁上并且水平方向距离第一气室壁20mm，垂直方向在第二气室壁的中心，出气口设置在第四气室壁上并且水平方向距离第三气室壁20mm，垂直方向在第四气室壁的中心，所述进光孔和出光孔为直径8mm的圆孔，进气口和出气口为直径12mm的圆口。

5、所述窄带滤波片的中心波长为1650nm，带宽为12nm。

6、所述单光子雪崩二极管探测器的探测端活性区为直径30μm，暗计数率小于10khz并且带有光纤尾纤。

7、本发明的有益效果：

8、(1)通过加入单光子雪崩二极管探测器，可以检测到极微弱的探测光信号，有效降低了光源功耗，提高了实验装置的甲烷检测灵敏度。

9、(2)通过加入反射镜，增加了甲烷气体与光之间的作用长度，缩小了气室的整体大小。

技术特征：

1.一种甲烷检测实验装置，其特征在于：包括卤钨灯光源、窄带滤波片、聚焦透镜、甲烷气体、高纯氮气、甲烷流量计、氮气流量计、气体流量显示仪、“y”型气体三通管、铝合金气室、反射镜、石英玻璃片、单光子雪崩二极管探测器、稳压电源、示波器，所述铝合金气室四周壁上设置有进光孔、出光孔、进气口、出气口以及密封气室盖，所述反射镜分别安装在气室内壁进光孔和出光孔两侧，石英玻璃片安装在气室内壁进光孔和出光孔处，所述窄带滤波片放在卤钨灯光源之后正对光源出光口，聚焦透镜放在窄带滤波片之后并与所述铝合金气室进光孔对齐，所述甲烷气体与甲烷流量计进气端相连，高纯氮气与氮气流量计的进气端相连，两流量计的控制端口与气体流量显示仪连接，两流量计的出气端与“y”型气体三通管的两个同侧通气口相连，“y”型气体三通管与铝合金气室的进气口相连，所述单光子雪崩二极管探测器探测端与铝合金气室出光孔相连，示波器与单光子雪崩二极管探测器输出端相连，稳压电源与单光子雪崩二极管探测器供电管脚相连。

2.根据权利要求书1所述甲烷检测实验装置，其特征在于：所述铝合金气室壁上的进光孔设置在第一气室壁上并且水平方向距离第二气室壁15mm，垂直方向在第一气室壁的中心，出光孔设置在第三气室壁上并且水平方向距离第四气室壁15mm，垂直方向在第三气室壁的中心，进气口设置在第二气室壁上并且水平方向距离第一气室壁20mm，垂直方向在第二气室壁的中心，出气口设置在第四气室壁上并且水平方向距离第三气室壁20mm，垂直方向在第四气室壁的中心，所述进光孔和出光孔为直径8mm的圆孔，进气口和出气口为直径12mm的圆口。

3.根据权利要求书1所述甲烷检测实验装置，其特征在于：所述窄带滤波片的中心波长为1650nm，带宽为12nm。

4.根据权利要求书1所述甲烷检测实验装置，其特征在于：所述单光子雪崩二极管探测器的探测端活性区为直径30μm，暗计数率小于10khz并且带有光纤尾纤。

技术总结
本发明涉及一种甲烷检测实验装置，包括卤钨灯光源，窄带滤波片和聚焦透镜放于光源后，甲烷气体和氮气分别用流量计控制流速，进气通过“Y”型气体三通管连于铝合金气室，两片反射镜安装在铝合金气室中，气室出光孔后连接单光子雪崩二极管探测器，示波器连于单光子雪崩二极管探测器后并显示数据，本发明结构简单，利用单光子探测器件提高了检测灵敏度，采用光学检测方法，不受电磁干扰，采用反射式气室结构，缩小了实验装置大小，提高了检测精度。

技术研发人员：徐睿,王振翔,赵天琦,刘海芹,黄杰,陈亮,赵春柳,金尚忠
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13