天然气发动机尾气甲烷浓度在线实时监测系统

技术领域

本发明涉及一种甲烷浓度在线实时监测系统，尤其涉及一种天然气发动机尾气甲烷浓度在线实时监测系统，属于气体燃料发动机领域。

背景技术

由于能源结构调整和日益严重的大气污染，节约能源与环境保护的呼声越来越高。排放法规的要求日益严格，节能减排已然成为内燃机行业发展的重点之一。天然气发动机由于其良好的热效率以及低排放的特点受到越来越多的重视。随着我国天然气发动机的发展，我国对天然气发动机的研究也愈发深入，发展天然气发动机成为必然趋势。与传统的发动机相比，天然气发动机排放的非甲烷碳氢(NMHC)、CO和NO

发明内容

本发明的目的是为了解决天然气发动机尾气中甲烷浓度的精确测量，对进一步减少尾气甲烷控制及优化提供了可能，提供了一种在线、实时、精度高、反应迅速、非接触的天然气发动机尾气甲烷浓度在线实时监测系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种天然气发动机尾气甲烷浓度在线实时监测系统，包括激光可调谐系统部分、气体成分检测系统部分和数据处理系统部分；所属激光可调谐系统部分包括计算机、可调谐激光器和激光器驱动；所述气体成分检测系统部分包括准直器、排气系统管路、耐高温软管、冷却管路、阀门和气体吸收池，所述阀门包括进气阀门和排气阀门；所述数据处理系统部分包括探测器、锁相放大器、示波器、数据采集卡和计算机；排气系统管路中的发动机尾气通过耐高温软管，经过冷却管路，在通过进气阀门充入气体吸收池中，连接好可调谐激光器、激光器驱动、准直器、探测器、数据采集卡、计算机、锁相放大器后，先对温度进行粗调谐，控制温度不变，对电流进行精确的调谐，找到气体吸收峰值处所对应的波长，使调谐后的波长为该气体吸收峰值处波长，可调谐激光在经过气体吸收池吸收能量后，被探测器捕捉信号，再经过锁相放大器调制解调之后，输出与所测气体浓度成一定关系的谐波电压幅值信号，被数据采集卡记录，在经过计算机反演电压幅值信号，在计算机上显示出所测尾气甲烷浓度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的发动机尾气甲烷浓度在线实时监测系统，在工作过程中，通过对天然气发动机排气系统管路中废气的采集，实现在线实时监测尾气中甲烷浓度的变化，整个系统操作简单、成本低、恶劣环境适应能力强、维护成本低、安全无污染、实时测量、可靠性高等优点。

附图说明

图1为本发明尾气甲烷浓度在线实时监测系统的激光可调谐系统部分；

图2为本发明尾气甲烷浓度在线实时监测系统的气体成分检测系统部分；

图3为本发明尾气甲烷浓度在线实时监测系统的数据处理系统部分；

图4为本发明尾气甲烷浓度在线实时监测系统的总体布置图；

图中：1计算机、2激光器驱动、3可调谐激光器、4准直器、5进气阀门、6冷却器、7 排气系统管路、8耐高温软管、9排气阀门、10气体吸收池、11探测器、12锁相放大器、13 示波器、14数据采集卡。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1、图2和图3为本发明发动机尾气甲烷浓度在线实时监测系统的三个部分，1计算机、 2激光器驱动、3可调谐激光器、4准直器、5进气阀门、6冷却器、7排气系统管路、8耐高温软管、9排气阀门、10气体吸收池、11探测器、12锁相放大器、13示波器、14数据采集卡。图2为气体检测部分，首先将排气系统管路里面的发动机尾气通过耐高温软管经过冷却器，在经过进气阀门后充入气体吸收池。图1为可调谐激光部分，从图中可以看出，激光器由激光器驱动控制，首先将激光器调谐到检测气体敏感波长，具体操作如下：波长的调谐由温度和电流控制，温度实现粗调谐，电流实现精调谐，先调谐温度，在示波器中找到气体吸收峰值的大致波长，在控制温度保持不变的情况下，对电流进行精调谐，实现对气体检测峰值波长的锁定(若想知道检测气体精确敏感波长，则可以将激光器接到波长计中，便可得知敏感波长)。探测器将探测到的信号传递到锁相放大器处，锁相放大器实现对各次谐波信号的提取，提取到的谐波信号带有与所测浓度成一定关系的电压幅值信号，实时监测前，已完成对电压幅值信号与浓度之间关系的反演，将经过锁相放大器处理后的谐波电压幅值信号，传递到计算机中，即可实现对天然气尾气甲烷浓度的在线实时监测。

本系统操作简单，不影响天然气发动机的正常工作；该系统采用吸收光谱技术对尾气甲烷浓度进行在线实时监控，是一种非接触式技术，且响应速度快；该系统无后处理等操作，且无须后续投入，无需维护；该系统可移动，可以在任何需要监测甲烷浓度的地方，经过简单操作后实现在线实时监控。

综上所述：本发明提供的是发动机尾气甲烷浓度在线实时监测系统，包括激光器、激光器驱动、气体吸收池、排气系统管路、耐高温软管、气阀、探测器、锁相放大器、计算机、示波器、准直器、冷却器、夹具等。本发明在工作过程中，可实现对发动机尾气甲烷浓度的在线实时监控，反应速率快。满足发动机工作的要求，本发明方便携带，可实现对不同发动机的实时监测，本发明无需后处理，操作简单，无需后期维护，成本低。本发明恶劣环境适应能力强，安全可靠。