光纤气体监测仪

p style="text-align: justify text-indent: 2em " 由中兴通讯股份有限公司牵头的国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”重点专项“分布式光纤应变监测仪”项目经过近两年的努力，突破了高空间分辨率技术、超长距离测量技术和高精度布里渊信号处理等关键技术，开发出分布式光纤应变监测仪样机。近日，项目顺利通过了科技部高技术中心组织的中期检查。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "分布式光纤传感以光纤作为传感器，其测量参数包括应变和温度等，可以实现空间上的连续测量，监测点位可达百万个，测量距离可达百公里，具有传统点式传感器不可比拟的优势，是大尺度基础设施结构健康监测和大范围地质灾害监测最有效的技术手段。目前国内高性能分布式光纤传感监测仪主要依赖国外进口，国内还不能实现厘米级超高空间分辨率和百公里超长距离产品供货。该项目通过采用差分脉冲对技术和双频激光扫描技术，所开发的可工程化应用的分布式光纤应变监测仪，具有厘米级空间分辨率和百公里测量距离，已成功应用于油气管道、高速铁路、高压输电线、大型桥梁和山体滑坡监测等领域，中国公路学会组织的科技成果鉴定认为该项目整体技术达到了国际领先水平。开展分布式光纤应变监测仪的自主化研究，对于提高我国大型基础设施、大型结构装备和地质灾害的安全监测能力，提升公共安全水平，以及减小经济损失和社会影响具有重要意义。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "该项目下一步将加强仪器小型化设计，提高产品的工程使用灵活性；进一步加快工程应用示范及产业化推广等工作。 /p

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。大连理工大学 陈珂副教授本次会议中大连理工大学陈珂副教授介绍了其课题组在光纤光声气体传感技术及应用方面开展的一系列工作（点击回看》》》），得到与会老师的关注和认可。会后，我们也再次邀请陈珂副教授分享大连理工大学光纤光声传感研究团队的系列成果。1、成果简介大连理工大学光纤光声传感研究团队开展了光纤声波/振动传感技术和光声光谱微量气体检测技术的应用基础研究工作。在光纤传感技术研究方面，首次提出并设计了超高灵敏度光纤悬臂梁声波传感器，信噪比相比于传统电学麦克风提高了1-2个数量级；研制出超高速振动/声波传感解调仪器，采用光谱解调法实现了200 kHz的解调速度，将解调算法集成到FPGA中，大幅度提升了解调的稳定性。在光声光谱技术研究方面，将光纤声波传感器用于光声信号探测，提出了干涉型光纤声波锁相探测方法，设计了新型的光纤悬臂梁增强型光声光谱仪器，实现了对多种微量气体的超高灵敏度检测。研究了基于光纤光声传感的变压器油中溶解气体原位检测技术，研究了气体绝缘设备中六氟化硫分解产物的光纤光声检测技术，并在多个变电站开展了示范应用。根据变压器油中溶解气分析和煤矿瓦斯突出应用需求设计了多套激光光声光谱多组分气体分析仪器，掌握了目前世界上唯一的高瓦斯背景中多组分微量气体光学检测技术。成果1：光纤振动/声波传感器及解调仪器设计的光纤振动/声波传感器采用MEMS悬臂梁结构，具有灵敏度高、稳定性好的特点。研制了基于光谱解调的超高速光纤法布里-珀罗（F-P）传感解调仪，在FPGA中集成光谱采集、光谱相位解调等功能，显著提升了解调速度和稳定性。成果2：光声光谱变压器油中溶解气体分析仪针对高电压油浸式变压器油中溶解气体分析需求，研制了多套激光光声光谱气体分析仪。其中对油中溶解乙炔气体的检测极限达到0.05μL/L。，同时课题组还开发了光声光谱油中溶解气体原位检测仪，可以直接将光声传感器安装于变压器取油口。 成果3：光纤光声传感解调仪器本团队创新性地将光纤F-P声波传感器用于微弱光声信号探测，研制了多套光纤光声传感解调仪器。在FPGA中集成了相位解调算法、数字锁相、激光调制等功能。对乙炔气体的检测极限可达到ppt量级。 成果4：光声光谱煤矿自然发火监测仪研制的光声光谱煤矿自然发火监测仪，可对多种特征气体进行同时测量。检测指标如下：乙炔：0.5ppm；乙烯：1ppm；一氧化碳：1ppm；乙烷：5ppm；甲烷：0.1%；二氧化碳：0.1%成果5：高精度光声光谱环境气体分析仪开发的二氧化氮和二氧化硫气体分析仪，可对环境中痕量气体进行实时监测。二氧化氮气和二氧化硫气体的检测限分别达到1ppb和10ppb。下图中实验数据是开发的二氧化氮气体分析仪与环境监控站的对比结果。成果6：多通道同步FPGA数字锁相放大器针对光谱探测中微弱光信号检测需求，开发了多通道同步FPGA数字锁相放大器。采用定制的线阵探测器对光谱进行同步快速读取，光功率检测极限达到10fW量级，动态范围达到120dB。 2、产业化探索本团队开发的光谱检测、光纤传感类检测仪器具有较高的技术成熟度。在电力、石化等行业具有较好的应用前景。3、课题组未来研究计划光声光谱与光纤传感技术结合后，具有本质安全、抗电磁干扰、灵敏度高、可远距离探测以及多点测量等优势。本课题组将重点研究光纤光声传感技术中的基础科学问题以及工程应用关键技术。欢迎电力、石化、煤矿和环境监测等相关科研院所和公司联系我们。联系人：陈珂（大连理工大学）Email：chenke@dlut.edu.cn课题组介绍陈珂，大连理工大学光电工程与仪器科学学院副教授，博士生导师，大连市青年科技之星，光纤光声传感团队负责人，主要从事光纤传感、激光光谱和微弱信号检测等方面的研究工作。担任中国光学工程学会光谱技术及应用专委会委员，中国电气工程学会测试技术及仪表专委会状态监测学组委员，国家自然科学基金通讯评审专家。工作近8年来，共主持科研项目32项，其中，国家自然科学基金面上项目等国家级项目2项，省部级项目2项，大连市高层次人才创新支持计划项目1项，企业合作项目20余项；在Analytical Chemistry、Optics Letters等期刊上发表SCI/EI论文93篇，其中第一/通讯作者论文63篇；已申请和授权发明专利43项，其中第一发明人专利21项。

中国共产党第二十次全国代表大会于10月22日上午在人民大会堂胜利闭幕。习近平总书记在报告中指出，大自然是人类赖以生存发展的基本条件。尊重自然、顺应自然、保护自然，是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。我们要推进美丽中国建设，坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，统筹产业结构调整、污染治理、生态保护、应对气候变化，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展。近两年国家出台一系列政策，从“十四五”生态环境监测规划、碳监测评估试点工作方案，再到碳达峰碳中和目标的提出，政策明确提出开展温室气体监测和评估，推进碳排放实测技术发展和信息化水平提升等内容。预期在双碳战略下，温室气体监测将成为未来一段时期环境监测的重点，也将为整个环境监测市场带来新的增长点。这个增长点如何把握？仪器信息网为此采访了河北子曰企业总经理杨龙。仪器信息网：当前双碳等一系列政策出台将给环境监测市场带来哪些热点机遇？杨龙总经理：国内“30达峰60中和”的大背景下，温室气体的监测数据的数量和质量显得尤为重要。从国家战略角度出发，国家对温室气体监测设备的国产化进程以及国内自主核心技术的突破予以了高度重视和强力支持，这给国内从事环境监测领域的相关厂家带来了巨大的机遇。仪器信息网：基于当前的大环境，温室气体监测仪器的作用体现在哪里？杨龙总经理：温室气体监测设备的作用体现在以下几点：高精度温室气体监测设备能为我国开展标准化、常态化、高质量区级温室气体排放清单编制工作奠定数据基础，进而为我国全面建立区级温室气体清单并逐年更新，准确掌握各区温室气体排放情况，为碳排放精细化管理提供扎实基础。建立温室气体排放基础数据，强化温室气体排放基础数据积累，完善区级温室气体清单统计体系，有助于推动大气污染物源排放清单与温室气体排放清单协同编制，提高生态管理部门的工作效率。综上，开展减排路径研究、政策制定，均需要高精度的监测仪器进行数据采集。高精度温室气体监测仪器，可为我国碳核算做出数据贡献，也可对各地区区域内温室气体的排放进行实时监测，做到精准化管理等。仪器信息网：关于温室气体监测，目前国内外市场竞争格局是怎样的？有哪些技术被广泛使用？ 杨龙总经理：国内温室气体监测领域目前处于测试及初期应用阶段，各厂家应用的技术路线有所区别。可供各个客户选择的仪器其实并不是很多。在高精度温室气体监测领域，基本仍是国产仪器和国外仪器设备的竞争。国外仪器在全球应用广泛，有较强的技术积累。国内仪器厂家需要市场给予机会，促使技术更加完善以及更稳定。目前国内企业以及研究院所广泛应用的技术为：光强衰荡技术和离轴积分技术以及光声光谱技术等。仪器信息网：在这样的竞争格局下，贵公司有哪些技术上的竞争优势？杨龙总经理：我司技术完全自主化，主要部件均系自主开发，技术基本成熟。我司仪器现在已经更新到了第三版，仪器内部除了激光器本身外，均已实现了自主化及国产化，如内部的核心部件腔室反射镜片、探测器、电路控制系统、嵌入式程序、进样系统、信号斩断等。仪器信息网：具体来说贵公司的温室气体监测仪采用什么技术？克服了哪些难题？ 杨龙总经理：我公司温室气体监测仪采用光腔衰荡技术。公司原来掌握的是TDLAS技术，在研发期间对光腔衰荡技术、激光斩断以及衰荡信号的调试控制中遇到诸多困难。这些困难，都通过与国内的专家学者进行沟通得以攻克。作为一个以军工产品代工发展起来的企业，公司基本上仍以生产核心产品模块，提供技术服务为主营方式，主要为环保和气象行业内一些优秀企业进行战略合作或者OEM（Original Equipment Manufacturer）。河北子曰产品外型图河北子曰产品内部图监测结果展示：信号斩断10次后的重复性衰荡曲线图（斩断信号稳定且无漂移）仪器信息网：贵公司在温室气体检测产品线目前有哪些产品？杨龙总经理：我司定性为技术型企业，产品以OEM为主。目前公司主要主营方向在光谱和质谱类。现有产品包括：VOCs GC-MS质谱仪、光腔衰荡温室气体监测仪、黑炭仪、高光谱气体成像仪、机动车尾气遥感监测仪器、黑烟车抓拍系统等。仪器信息网：目前，贵公司温室气体监测仪的销售情况如何？有哪些典型的应用领域？杨龙总经理：我司的温室气体监测仪现在基本以战略合作模式居多，同时也包括国外市场。销售业绩在逐步上升阶段，国内环境行业标准出台后预计明年会有更大的提升和落地项目。从客户类型上来说，我们的用户基本集中在三大领域：环境领域、气象领域和学术领域。仪器信息网：贵公司将来重点关注和拓展的方向是什么？当前气体监测与分析领域还有哪些热点？目前已经在开展或将开展哪些气体监测创新仪器/应用的研究？杨龙总经理：我司未来拓展的方向仍然是光谱和质谱两大方向。光谱方向将在后期对高光谱以及多光谱技术进行拓展落地。质谱方向将在后期对高分辨质谱仪以及同位素和源解析工作细化以及生命科学领域进行升级拓展。公司生产车间实照公司4层1000平研发楼实照