1.项目概述

污水处理厂污水处理池内有机物在厌氧过程中会释放甲烷（沼气）等爆炸气体，生化池在修建过程中很多地方密闭不严，特别是检查井井盖周围和井盖上的小孔，会逸出一定的沼气，还有一部分沿着从进出水管、从管路中间的检查井逸出，这部分逸出的沼气在一定条件下，遇到火星就会迅速燃烧，同时引燃池体内的沼气，从而引发爆炸。所以，在易泄漏区域安装在线监测设备，实时监测泄漏甲烷浓度非常有必要。由于泄漏一般从低浓度向高浓度变化，所以在泄漏之初准确监测低浓度是关键，可以提前预警以采取相应的措施。

    另外，厂区污水处理过程中，有机物发生反应，产生硫化氢、氨气等臭气气体，这些气体挥发到空气中易造成环境污染，引起人体不适，浓度高时甚至造成生命危险。如硫化氢在空气中的浓度达到0.00041ppm时，就可以闻到臭味；当空气中浓度达到0.41ppm时，可嗅到难闻气味；当浓度在50-120ppm时，会造成嗅觉麻痹；当浓度超过400ppm时，一小时内可以致死。所以，一般在作业区域或作业区域与生活区之间要安装臭气在线监测系统。同样，为了起到预警的作用，在线监测设备需要有极高精度，能测量痕量气体浓度。

针对以上测量环境范围广、测量浓度极低的特点，大方科技基于世界上先进的TDLAS气体监测技术，采用开放式、长光程的测量方式，实现对微量、痕量气体进行实时在线测量，通过无线信号将气体浓度值、报警信息等传输到中控室，使厂区能够实时掌握气体泄漏情况（如CH₄、H₂S、NH₃），提高预警的及时性，有助于及时采取必要的措施避免危险的发生。

2.测量原理

传统的气体检测方法是将传感器放置在被测气体的环境中，这种传统的测量方式受地理条件所限，只能测量传感器当前位置的气体浓度，对于高处、狭窄区域、隔着玻璃或围栏等障碍外区域无法及时准确测量。此外，该类传感器测量稳定性差，需要定期校准，不适于高精度在线测量。

可调谐激光吸收光谱（TDLAS）技术基于朗伯比尔定律，当激光通过待测气体时，特定气体只吸收特定波长的光谱，吸收的强度与气体浓度成比例关系，通过气体吸收强度的检测，计算出特定气体的浓度。激光具有非常好的单色性，线宽极窄，根据被测气体的种类及量程范围，选取该被测气体特定波长的吸收谱线，该吸收谱线避开背景气体的干扰，因此具有选择性好，不受背景气体干扰的优点。

测量原理为朗伯比尔定律：

3.测量方案

开放光程式激光气体分析系统由发射接收单元、反射单元、分析仪表、信号传输单元组成。发射接收单元将光纤导入的激光准直发射到远端的反射单元，反射单元将光束返回到发射接收单元并聚焦到检测器，检测器将光信号转换成电信号，并通过同轴信号线传输到分析仪表，分析仪表进行数据处理得到实时的气体浓度。

发射接收单元安装有对焦系统，方便与远距离的反射单元对准，发射接收单元和反射单元之间的距离可达1000米，长光程极大的提高了测量检测下限。

3.1发射接收单元

开放光程式激光气体分析系统的发射接收单元分发射模块和接收模块，发射模块由光学支杆、安装支架、透镜套筒等组成，完成与光纤连接、激光束准直等功能。接收模块由光学支杆、安装支架、光电探测器等组成，完成激光束接收、光电转换，并将转换后的电信号传输至分析仪表。

3.2反射单元

反射单元主要由反射镜组成，将发射模块发射的激光发射回接收模块接收。

3.3分析仪表

开放光程式激光气体分析仪表采用了模块化的设计方式，利于集成。分析仪内部包括电路主板、接口板、激光器、分光器、参比池、液晶显示以及按键等。

3.3.1 电路主板

电路主板功能包括：

1）激光器驱动；

2）激光器温度控制；

3）探测信号I/V变换、放大、滤波、模数转换等；

4）浓度计算。

3.3.2 接口板

接口板功能包括：

1）4~20mA输出；

2）RS485通信。

3.3.3 激光器

采用可调谐半导体激光器作为光源。

3.3.4 分光器、参比池

分析仪将激光器发射激光束经过分光器后，分为两路，一路经过参比池，参比池内封装参考气体，用于实时锁住气体吸收谱线，使其不受温度、压力以及环境变化的影响，不存在漂移现象。

3.3.5 液晶显示、按键

分析仪采用128×64点阵液晶进行显示，实时显示浓度、运行状态等信息，4个功能键实现菜单操作。

3.4信号传输单元

    信号传输单元主要由光纤和同轴电缆等组成，负责光、电信号的传输和处理。

4.开放光程式激光气体分析系统特点

4.1 采用TDLAS技术，不受背景气体影响

系统采用可调谐二极管激光吸收光谱技术进行气体的测量，以高稳定性、低噪声的可调谐激光器为光源，发射出特定波长激光束，穿过待测气体，通过探测器接收端将光信号转换成电信号，通过分析因被测气体吸收导致的激光光强衰减，实现高灵敏快速精确监测待测气体浓度。基于激光单色性、光谱线宽极窄（小于0.0001nm），且只发射待测气体吸收的特定波长，使测量不受测量环境中其它成分的干扰。

4.2 系统无漂移，避免了定期校正需要

分析系统采用波长调制光谱技术，并且进行动态的补偿，实时锁住气体吸收谱线，不受温度、压力以及环境变化的影响，不存在漂移现象。

4.3 系统响应快，适合在线监测

分析系统响应时间不到1s，适合在线实时监测。

4.4测量距离远

开放光程根据现场空间情况，测量距离可达1km，覆盖范围广。

4.5测量精度高

光程越长，精度越高，开放光程通过长光程测量，可以实现高精度痕量气体在线监测。

4.6仪表自检及自恢复功能

大方科技分析仪带有智能自检及自恢复功能，软件可以自动探测分析仪的测量异常状态，可以通过自检及自恢复，使分析仪重新恢复最理想测量工作状态。

4.7维护成本低 

分析仪结构简单，无预处理系统，避免预处理采样吸附、磨损、堵塞等问题，维护成本低。

4.8可扩展多通道测量

    可根据现场测量要求，扩展为多通道测量，通过一个仪表，控制多个测量通道，实现多个开放光程同时测量。