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应用于天然气的近红外CO气体分析系统的实验研究

李国林,  刘文雅,  季文海

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李国林, 刘文雅, 季文海. 应用于天然气的近红外CO气体分析系统的实验研究[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 114-119. doi: 10.3788/IRLA201948.S117007
引用本文: 李国林, 刘文雅, 季文海. 应用于天然气的近红外CO气体分析系统的实验研究[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 114-119. doi: 10.3788/IRLA201948.S117007
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Li Guolin, Liu Wenya, Ji Wenhai. Experimental research on near-infrared CO gas analysis system for natural gas[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(S1): 114-119. doi: 10.3788/IRLA201948.S117007
Citation: Li Guolin, Liu Wenya, Ji Wenhai. Experimental research on near-infrared CO gas analysis system for natural gas[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(S1): 114-119. doi: 10.3788/IRLA201948.S117007
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应用于天然气的近红外CO气体分析系统的实验研究

doi: 10.3788/IRLA201948.S117007
  • 1.

    中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院,山东 青岛 266580

基金项目: 

山东省自然科学基金（ZR2017LF023）;中国石油大学自主创新基金（15CX02121A）;青岛市科技惠民专项（17-3-3-89-nsh）

详细信息
    作者简介:

    李国林(1987-),男,讲师,博士,主要从事激光光谱技术的气体检测在化工过程分析和安全检测方面的研究。Email:liguolin@upc.edu.cn

    通讯作者: 季文海(1975-),男,副教授,博士,主要从事光谱分析技术方面的研究。Email:gas_upc@foxmail.com

  • 中图分类号: O436

Experimental research on near-infrared CO gas analysis system for natural gas

  • 1.

    College of Information and Control Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China

  • 摘要: 基于CO气体分子在1.56 m处的泛频吸收带，结合波长调制技术和谐波检测技术，采用长光程气体吸收池，研制了一种应用于天然气的CO浓度分析系统。该系统主要由激光器驱动模块（压控恒流源和温度控制电路）、Herriot型气体吸收池气室、锁相放大电路等信号处理模块构成。利用混合模拟气站模拟天然气环境，配备不同标准浓度的CO气体，经实验验证，该分析系统的最低检测下限5.6 ppm（1 ppm=10-6），浓度为0.05%的CO气体的相对误差小于2%；对于10%浓度的标准CO气体的相对误差小于1.8%。当被测CO气体浓度在0~100 ppm范围时，其系统检测灵敏度为0.09 mV/ppm；同采用QCL（Quantum Cascade Laser）的CO检测系统相比，该系统具有性价比高、适用于复杂油气开发场合等优势，在石油化工天然气领域具有很大的应用价值。
    Abstract: A CO concentration analysis system for natural gas was developed based on the diffuse absorption band of CO gas molecules at 1.56 m, combined with wavelength modulation and harmonic detection techniques. A long light path gas absorption cell was used to analyze CO concentration. The system was mainly composed of laser driving module (voltage-controlled constant current source and temperature control circuit) gas chamber of gas absorption cell and phase-locked amplifying circuit and other signal processing modules. A hybrid simulated gas station developed by the laboratory was used to simulate the natural gas background with different standard concentrations of CO gas. The experimental results show that the minimum detection limit of the system is up to 5.6 ppm; the relative error of CO gas with 0.05% concentration is less than 2; and the relative error is less than 1.8% for standard CO gas with 10% concentration. When the range of CO concentration is 0-100 ppm, the detection sensitivity is 0.09 mV/ppm. Compared with the CO detection system of the quantum cascade laser, the system has the advantages of high performance-to-price ratio, suitable for complex oil and gas development, and has great application value in the field of petroleum, chemical and natural gas.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-01
  • 修回日期:  2018-12-14
  • 刊出日期:  2019-04-25

应用于天然气的近红外CO气体分析系统的实验研究

doi: 10.3788/IRLA201948.S117007
  • 1. 中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院,山东 青岛 266580
    • 作者简介:

    李国林(1987-),男,讲师,博士,主要从事激光光谱技术的气体检测在化工过程分析和安全检测方面的研究。Email:liguolin@upc.edu.cn

    通讯作者: 季文海(1975-),男,副教授,博士,主要从事光谱分析技术方面的研究。Email:gas_upc@foxmail.com
  • 收稿日期: 2018-11-01
  • 修回日期: 2018-12-14
  • 刊出日期: 2019-04-25
基金项目:

山东省自然科学基金（ZR2017LF023）;中国石油大学自主创新基金（15CX02121A）;青岛市科技惠民专项（17-3-3-89-nsh）

  • 中图分类号: O436

摘要: 基于CO气体分子在1.56 m处的泛频吸收带，结合波长调制技术和谐波检测技术，采用长光程气体吸收池，研制了一种应用于天然气的CO浓度分析系统。该系统主要由激光器驱动模块（压控恒流源和温度控制电路）、Herriot型气体吸收池气室、锁相放大电路等信号处理模块构成。利用混合模拟气站模拟天然气环境，配备不同标准浓度的CO气体，经实验验证，该分析系统的最低检测下限5.6 ppm（1 ppm=10-6），浓度为0.05%的CO气体的相对误差小于2%；对于10%浓度的标准CO气体的相对误差小于1.8%。当被测CO气体浓度在0~100 ppm范围时，其系统检测灵敏度为0.09 mV/ppm；同采用QCL（Quantum Cascade Laser）的CO检测系统相比，该系统具有性价比高、适用于复杂油气开发场合等优势，在石油化工天然气领域具有很大的应用价值。

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