專利名稱：開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體檢測(cè)系統(tǒng)，具體的說，涉及了一種開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在油氣的開采、集輸過程中，各種形式的泄露將會(huì)嚴(yán)重影響大氣環(huán)境和人民生命財(cái)產(chǎn)安全；由于檢測(cè)技術(shù)和管理水平的落后，油氣泄漏事故常有發(fā)生。甲烷是天然氣的主要可燃成分，同時(shí)又是一種強(qiáng)效的溫室氣體，甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的20多倍，是地球大氣中僅次于二氧化碳的第二號(hào)能導(dǎo)致全球變暖的溫室氣體。目前，對(duì)天然氣管線、石油平臺(tái)或者燃?xì)獯鎯?chǔ)分離站等場(chǎng)所進(jìn)行油氣泄漏檢測(cè)，只能選用半導(dǎo)體或催化或電化學(xué)的點(diǎn)式探測(cè)器，點(diǎn)式探測(cè)器具有靈敏度低、響應(yīng)速度慢、抗干擾能力差、容易受到氣體成分的交叉干擾、易受表面污染等缺點(diǎn)。為了避免事故的發(fā)生和減緩全球變暖，急需一種能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量危險(xiǎn)區(qū)域甲烷氣體濃度的開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種滿足大空間、大面積可燃?xì)怏w泄漏探測(cè)的開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)，它包括發(fā)射端電路、光束整形機(jī)構(gòu)、匯聚激光的透鏡和接收端電路；其中，所述發(fā)射端電路包括MCU處理電路、信號(hào)發(fā)生電路和激光器，所述MCU處理電路連接所述信號(hào)發(fā)生電路以便產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)待測(cè)甲烷氣體中心波長(zhǎng)掃描所需的調(diào)制信號(hào)，所述信號(hào)發(fā)生電路連接所述激光器以便根據(jù)調(diào)制信號(hào)通過激光器實(shí)現(xiàn)待測(cè)甲烷氣體中心波長(zhǎng)掃描；所述接收端電路包括微處理器電路、信號(hào)放大電路和探測(cè)器，所述探測(cè)器通過所述信號(hào)放大電路連接所述微處理器電路以便將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并經(jīng)放大后向微處理器電路輸出含有甲烷氣體濃度信息的模擬電壓信號(hào)；所述激光器對(duì)應(yīng)所述光束整形機(jī)構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述探測(cè)器通過所述透鏡對(duì)應(yīng)所述光束整形機(jī)構(gòu)的激光出射端設(shè)置?；谏鲜?，所述信號(hào)發(fā)生電路包括鋸齒波發(fā)生電路、正弦波發(fā)生電路和加法器，所述鋸齒波發(fā)生電路和所述正弦波發(fā)生電路的信號(hào)輸出端分別連接所述加法器的輸入端；所述MCU處理電路分別連接所述鋸齒波發(fā)生電路和所述正弦波發(fā)生電路的信號(hào)輸入端，所述加法器的輸出端連接所述激光器?；谏鲜?，所述微處理器電路通過信號(hào)輸出電路連接報(bào)警電路。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，具體的說，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)該系統(tǒng)能夠在天然氣管線、石油平臺(tái)或者燃?xì)獯鎯?chǔ)分離站等場(chǎng)所，實(shí)時(shí)進(jìn)行甲烷氣體泄漏的監(jiān)測(cè)，探測(cè)靈敏度高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)。該系統(tǒng)針對(duì)大空間、大面積甲烷氣體泄漏探測(cè)應(yīng)用，其采用先進(jìn)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)，檢測(cè)靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、抗水汽干擾、報(bào)警迅速且準(zhǔn)確度高、覆蓋區(qū)域廣、可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、傳感器不會(huì)中毒、壽命長(zhǎng)、易維護(hù)；該系統(tǒng)是一種被動(dòng)式的甲烷檢測(cè)系統(tǒng)，它能解決目前市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品在甲烷氣體泄漏領(lǐng)域應(yīng)用存在的缺陷問題，可以有效地避免甲烷泄漏事故的發(fā)生，該系統(tǒng)在氣體檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
圖1是所述開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示，一種開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)，它包括發(fā)射端電路、光束整形機(jī)構(gòu)、匯聚激光的透鏡和接收端電路；其中，所述發(fā)射端電路包括MCU處理電路、信號(hào)發(fā)生電路和激光器，所述MCU處理電路連接所述信號(hào)發(fā)生電路以便產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)待測(cè)甲烷氣體中心波長(zhǎng)掃描所需的調(diào)制信號(hào)，所述信號(hào)發(fā)生電路連接所述激光器以便根據(jù)調(diào)制信號(hào)通過激光器實(shí)現(xiàn)待測(cè)甲烷氣體中心波長(zhǎng)掃描；所述接收端電路包括微處理器電路、信號(hào)放大電路和探測(cè)器，所述探測(cè)器通過所述信號(hào)放大電路連接所述微處理器電路以便將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并經(jīng)放大后向微處理器電路輸出含有甲燒氣體濃度信息的模擬電壓信號(hào)；所述激光器對(duì)應(yīng)所述光束整形機(jī)構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述探測(cè)器通過所述透鏡對(duì)應(yīng)所述光束整形機(jī)構(gòu)的激光出射端設(shè)置；激光器發(fā)出的激光到光束整形機(jī)構(gòu)，光束整形機(jī)構(gòu)再把激光發(fā)射到空氣中，光束整形機(jī)構(gòu)使激光器發(fā)出的激光變?yōu)榘l(fā)散角更加小的平行光，通過光束整形機(jī)構(gòu)，激光器發(fā)出的激光在120m處，光斑直徑只有100mm?；谏鲜?，所述信號(hào)發(fā)生電路包括鋸齒波發(fā)生電路、正弦波發(fā)生電路和加法器，所述鋸齒波發(fā)生電路和所述正弦波發(fā)生電路的信號(hào)輸出端分別連接所述加法器的輸入端，高頻正弦信號(hào)和鋸齒信號(hào)的疊加由加法器完成；所述MCU處理電路分別連接所述鋸齒波發(fā)生電路和所述正弦波發(fā)生電路的信號(hào)輸入端，所述加法器的輸出端連接所述激光器。基于上述，所述微處理器電路通過信號(hào)輸出電路連接報(bào)警電路。從發(fā)射端發(fā)出的激光，通過空氣以后，到達(dá)接收端的激光就包含了空氣中氣體的濃度信息，經(jīng)過探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，由于該電流很微弱，用運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，則在運(yùn)放的輸出端得到電壓信號(hào)；信號(hào)放大電路和微處理器電路的作用是將光電轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號(hào)里反映氣體濃度的二次諧波信號(hào)用快速傅里葉變化提取出來后，換算出氣體的濃度并使含有氣體的濃度信息的信號(hào)輸出。信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)激光器，激光器發(fā)出的激光經(jīng)過光束整形機(jī)構(gòu)，通過開放空間照射到的探測(cè)器上，探測(cè)器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大后由內(nèi)部集成有A/D轉(zhuǎn)換器的MCU處理電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，計(jì)算出氣體的濃度后并輸出含有氣體濃度信息的信號(hào)。當(dāng)有氣體泄漏時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振吸收，其吸收強(qiáng)度與該氣體的濃度有關(guān)，通過測(cè)量光的吸收強(qiáng)度就可計(jì)算出氣體的濃度。開路激光甲烷氣體探測(cè)系統(tǒng)的基本原理是Beer-Lambert定律，即，一束激光通過被測(cè)氣體，當(dāng)激光器發(fā)出激光的波長(zhǎng)與被測(cè)氣體某個(gè)吸收譜線相同時(shí)，氣體分子就會(huì)發(fā)生共振吸收,其吸收強(qiáng)度可以由Beer-Lambert定律來描述；由于氣體的吸收譜線是由氣體分子結(jié)構(gòu)決定，不同氣體的吸收譜線不同，所以抗氣體交叉干擾能力強(qiáng)。當(dāng)光源的發(fā)射波長(zhǎng)與氣體的吸收波長(zhǎng)相吻合時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振吸收，其吸收強(qiáng)度與該氣體的濃度有關(guān)，通過測(cè)量光的吸收強(qiáng)度就可測(cè)量氣體的濃度?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光技術(shù)是利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和波長(zhǎng)隨注入電流改變的特性實(shí)現(xiàn)對(duì)分子的單個(gè)或幾個(gè)距離很近很難分辨的吸收線進(jìn)行測(cè)量。由于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的高單色性，因此可以利用氣體分子的一條孤立的吸收譜線對(duì)氣體的吸收光譜進(jìn)行測(cè)量，從而可方便地從混合污染成分中鑒別出不同的分子，避免了光譜的干擾。開路激光甲烷氣體檢測(cè)技術(shù)是根據(jù)氣體對(duì)激光束輻射選擇性吸收的原理進(jìn)行的，當(dāng)某物質(zhì)受到激光束照射時(shí)，該物質(zhì)選擇性吸收某頻率的光子，從而表現(xiàn)為特定波長(zhǎng)(1.66um)透射光的強(qiáng)度變小，利用光電器件將透射光強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算可以準(zhǔn)確得出甲烷濃度。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)，具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，它通常應(yīng)用在天然氣管線、石油平臺(tái)或者燃?xì)獯鎯?chǔ)分離站等場(chǎng)所，可實(shí)時(shí)探測(cè)甲烷氣體泄漏情況；在有甲烷泄漏發(fā)生時(shí)，及時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)，引起中控室的后級(jí)設(shè)備報(bào)警，提醒值班人員注意，以便采取進(jìn)一步的預(yù)防、補(bǔ)救措施，從而有效預(yù)防甲烷泄漏事故發(fā)生。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它包括發(fā)射端電路、光束整形機(jī)構(gòu)、 匯聚激光的透鏡和接收端電路；其中，所述發(fā)射端電路包括MCU處理電路、信號(hào)發(fā)生電路和激光器，所述MCU處理電路連接所述信號(hào)發(fā)生電路以便產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)待測(cè)甲烷氣體中心波長(zhǎng)掃描所需的調(diào)制信號(hào)，所述信號(hào)發(fā)生電路連接所述激光器以便根據(jù)調(diào)制信號(hào)通過激光器實(shí)現(xiàn)待測(cè)甲烷氣體中心波長(zhǎng)掃描；所述接收端電路包括微處理器電路、信號(hào)放大電路和探測(cè)器， 所述探測(cè)器通過所述信號(hào)放大電路連接所述微處理器電路以便將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并經(jīng)放大后向微處理器電路輸出含有甲燒氣體濃度信息的模擬電壓信號(hào)；所述激光器對(duì)應(yīng)所述光束整形機(jī)構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述探測(cè)器通過所述透鏡對(duì)應(yīng)所述光束整形機(jī)構(gòu)的激光出射端設(shè)置。
2.權(quán)利要求1所述的開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生電路包括鋸齒波發(fā)生電路、正弦波發(fā)生電路和加法器，所述鋸齒波發(fā)生電路和所述正弦波發(fā)生電路的信號(hào)輸出端分別連接所述加法器的輸入端；所述MCU處理電路分別連接所述鋸齒波發(fā)生電路和所述正弦波發(fā)生電路的信號(hào)輸入端，所述加法器的輸出端連接所述激光器。
3.權(quán)利要求1或2所述的開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器電路通過信號(hào)輸出電路連接報(bào)警電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種開路激光甲烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它包括發(fā)射端電路、光束整形機(jī)構(gòu)、匯聚激光的透鏡和接收端電路；其中，所述發(fā)射端電路包括MCU處理電路、信號(hào)發(fā)生電路和激光器，所述MCU處理電路連接所述信號(hào)發(fā)生電路，所述信號(hào)發(fā)生電路連接所述激光器；所述接收端電路包括微處理器電路、信號(hào)放大電路和探測(cè)器，所述探測(cè)器通過所述信號(hào)放大電路連接所述微處理器電路；所述激光器對(duì)應(yīng)所述光束整形機(jī)構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述探測(cè)器通過所述透鏡對(duì)應(yīng)所述光束整形機(jī)構(gòu)的激光出射端設(shè)置。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行甲烷氣體泄漏的監(jiān)測(cè)，探測(cè)靈敏度高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01N21/39GK102998282SQ201210558360
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者趙金領(lǐng), 王書潛, 賈林濤, 楊清永, 魯志遠(yuǎn), 胡海芝, 郭東歌, 陳海永 申請(qǐng)人:河南漢威電子股份有限公司