化工企业安全生产中红外气体检测技术的运用

摘要:红外气体检测技术具有响应快、精度高和可靠性高等优点，因此在化工企业监测气体泄漏方面具有广泛的应用。本文阐述了红外气体检测技术原理和常见应用，并介绍了一种基于单片机并结合非分散红外技术的一氧化碳气体监测系统设计方案，该系统基于红外光透过气体强度会有比例减弱的原理，利用红外传感系统和单片机，监测一氧化碳管道处的气体泄漏情况，以确保企业的安全生产。

关键词:红外气体检测;一氧化碳;泄漏;非分散红外技术

当前，红外气体检测技术广泛应用于化工企业的安全生产监测，这项技术用来监测化工企业在生产、储存、转运过程中是否有产品泄漏。红外气体检测技术的特点是精度高、分辨率高和维护方便，并且相比半导体式和电化学式等气体检测方式，它还具有应用范围广、响应快、不容易被杂质干扰等特点。因此应用红外气体检测技术解决监测极性分子气体泄漏与否，对确保化工企业的安全生产具有重大意义。本文剖析了红外气体检测技术的原理，介绍了当前常见的红外气体检测技术。详细阐述了当前可以成熟应用的红外光谱测量技术，并以一氧化碳检测系统为例，分析了红外检测方法在化工企业安全生产中的应用。

1红外气体检测基本原理

气体分子中的电子的运动情况总是处于一个特定的状态，每个特定的状态都具有一定的能量，称为能级，电子在受到某些特定波长的入射光激发的情况下，从低能级跃迁至高能级，此时入射光的强度会因而减弱。在特定情况下，如果以波长连续变化的入射光照射某种气体分子，并记录在各个波长入射光下的气体分子吸光度，并且以入射光波长或波数为横坐标，吸光强度或百分透过率为纵坐标，绘制成图，便得到特定情况下该气体分子的红外吸收谱图。由于每个气体分子都有其特定的红外吸收谱图，因此可以利用这一特点来确定被检测气体的成分及浓度。以乙烯的气体检测为例，乙烯气体在中红外3．341微米、6．892微米和10．917微米附近存在三个基本吸收光谱，将特定波长的入射光通过扇形扫描器分成完全相同的两束分别进入基本室和测试室，基本室充以非极性分子气体(氧气、氮气等)，因此在基本室的气体对入射的红外线没有吸收效果，而测试室如果含有非极性分子气体乙烯气体，入射的红外线强度会相应的有所减弱，检测通过基本室与测试室的两束红外线的强度差，可以测出是否有乙烯气体以及乙烯气体的浓度。

2红外气体检测技术在一氧化碳运输监测系统中的应用

本文提出了一种基于单片机并结合非分散红外气体技术的一氧化碳监测系统，该系统可以在近管道处实现对区域实时监测，一旦发生泄漏情况，可立即将报警信号和位置信号发送至中央控制室，以便及时抢修。整个系统工作流程如下:(1)激光器输出一氧化碳特征波长的激光经功率放大器放大后照射到管道上;(2)管道泄露处的一氧化碳气体吸收了一部分入射光，减弱后的入射光经管道面反射，再次被泄漏的一氧化碳气体吸收一部分;(3)被吸收两次的反射光通过窄带滤光片和螺纹透镜聚集到探测器中，窄带滤光片的作用是过滤特征吸收峰之外的其它干扰信号;(4)传感器将光信号转换成电信号传输至单片机，单片机处理数据并根据数据判断是否有泄漏情况来决定是否向中控室发送报警信号。

3监测系统的信号传输

对于短距离的信号传输，采用基于IEEE802．15．4标准的ZigBee技术进行无线通讯，它的主要特点是功耗低、成本低以及延时短，并且它的可靠性高，在物理层上采用了扩频技术，MAC应用层采用CSMA机制，发送信号前监听信道，最大化提高抗干扰能力。中远距离的信号传输采用基于ETSI标准的GPRS移动通讯技术，它引入分组交换的传输模式，极大地提高了传输速率，相比较GSM的9．6kbps的访问速度，GPRS为更高的171．2kbps的访问速度，这使得报警信号和位置信号能及时传送到中控室，降低了险情发生的概率。

4结语

本文作者从原理和检测方式上结合化工企业的实际情况，阐述了红外气体检测技术在化工企业中乙烯气体检测的应用。采用可调谐激光的光谱技术和分区间线性插值的数据处理技术，克服空气流动影响和光强波动影响，精确监测一氧化碳管道运输过程中的泄漏情况，给定了标准情况下的红外气体检测系统激光器入射光的最佳波长为4．660微米，此处的红外光吸收率为90．90%，满足了一氧化碳监测系统精确度上的需要，使得整个监测系统能够确保一氧化碳运输过程的本质安全。因此，红外气体检测技术是一种先进的、可靠的检测方式，在化工企业中有着巨大的应用前景。

作者:侍鹏宇 单位:淮阴工学院

参考文献:

［1］陈东，贾兆丽．可调谐半导体激光波长调制光谱信号分析［J］．环境光学监测技术，2008(03)．

［2］李彬．近红外光谱吸收式气体检测系统的研究［D］．吉林:吉林大学，2016．

［3］中国科学院上海有机化学研究所．化学专业数据库［DB/OL］．