專利名稱：開路激光甲烷氣體檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體檢測系統(tǒng)，具體的說，涉及了一種開路激光甲烷氣體檢測系統(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嚴重影響大氣環(huán)境和人民生命財產(chǎn)安全；由于檢測技術(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，同時又是一種強效的溫室氣體，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能導(dǎo)致全球變暖的溫室氣體。目前，對天然氣管線、石油平臺或者燃氣存儲分離站等場所進行油氣泄漏檢測，只能選用半導(dǎo)體或催化或電化學的點式探測器，點式探測器具有靈敏度低、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。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、準確的測量危險區(qū)域甲烷氣體濃度的開路激光甲烷氣體檢測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種滿足大空間、大面積可燃氣體泄漏探測的開路激光甲烷氣體檢測系統(tǒng)。為了實現(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系統(tǒng)，它包括發(fā)射端電路、光束整形機構(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、信號發(fā)生電路和激光器，所述MCU處理電路連接所述信號發(fā)生電路以便產(chǎn)生實現(xiàn)待測甲烷氣體中心波長掃描所需的調(diào)制信號，所述信號發(fā)生電路連接所述激光器以便根據(jù)調(diào)制信號通過激光器實現(xiàn)待測甲烷氣體中心波長掃描；所述接收端電路包括微處理器電路、信號放大電路和探測器，所述探測器通過所述信號放大電路連接所述微處理器電路以便將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號并經(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；所述激光器對應(yīng)所述光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述探測器通過所述透鏡對應(yīng)所述光束整形機構(gòu)的激光出射端設(shè)置?；谏鲜觯鲂盘柊l(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)生電路的信號輸入端，所述加法器的輸出端連接所述激光器?；谏鲜觯鑫⑻幚砥麟娐吠ㄟ^信號輸出電路連接報警電路。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實質(zhì)性特點和顯著進步，具體的說，本發(fā)明具有以下優(yōu)點該系統(tǒng)能夠在天然氣管線、石油平臺或者燃氣存儲分離站等場所，實時進行甲烷氣體泄漏的監(jiān)測，探測靈敏度高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強。該系統(tǒng)針對大空間、大面積甲烷氣體泄漏探測應(yīng)用，其采用先進的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)，檢測靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、抗水汽干擾、報警迅速且準確度高、覆蓋區(qū)域廣、可實現(xiàn)實時監(jiān)控、傳感器不會中毒、壽命長、易維護；該系統(tǒng)是一種被動式的甲烷檢測系統(tǒng)，它能解決目前市場上現(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)在氣體檢測領(lǐng)域的應(yīng)用具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。


圖1是所述開路激光甲烷氣體檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。如圖1所示，一種開路激光甲烷氣體檢測系統(tǒng)，它包括發(fā)射端電路、光束整形機構(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、信號發(fā)生電路和激光器，所述MCU處理電路連接所述信號發(fā)生電路以便產(chǎn)生實現(xiàn)待測甲烷氣體中心波長掃描所需的調(diào)制信號，所述信號發(fā)生電路連接所述激光器以便根據(jù)調(diào)制信號通過激光器實現(xiàn)待測甲烷氣體中心波長掃描；所述接收端電路包括微處理器電路、信號放大電路和探測器，所述探測器通過所述信號放大電路連接所述微處理器電路以便將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號并經(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；所述激光器對應(yīng)所述光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述探測器通過所述透鏡對應(yīng)所述光束整形機構(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構(gòu)，光束整形機構(gòu)再把激光發(fā)射到空氣中，光束整形機構(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)生電路的信號輸出端分別連接所述加法器的輸入端，高頻正弦信號和鋸齒信號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輸出電路連接報警電路。從發(fā)射端發(fā)出的激光，通過空氣以后，到達接收端的激光就包含了空氣中氣體的濃度信息，經(jīng)過探測器轉(zhuǎn)換為電流信號，由于該電流很微弱，用運算放大器進行放大，則在運放的輸出端得到電壓信號；信號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里反映氣體濃度的二次諧波信號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輸出。信號發(fā)生電路產(chǎn)生調(diào)制信號，驅(qū)動激光器，激光器發(fā)出的激光經(jīng)過光束整形機構(gòu)，通過開放空間照射到的探測器上，探測器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大后由內(nèi)部集成有A/D轉(zhuǎn)換器的MCU處理電路對模擬信號進行處理和計算，計算出氣體的濃度后并輸出含有氣體濃度信息的信號。當有氣體泄漏時，就會發(fā)生共振吸收，其吸收強度與該氣體的濃度有關(guān)，通過測量光的吸收強度就可計算出氣體的濃度。開路激光甲烷氣體探測系統(tǒng)的基本原理是Beer-Lambert定律，即，一束激光通過被測氣體，當激光器發(fā)出激光的波長與被測氣體某個吸收譜線相同時，氣體分子就會發(fā)生共振吸收,其吸收強度可以由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。當光源的發(fā)射波長與氣體的吸收波長相吻合時，就會發(fā)生共振吸收，其吸收強度與該氣體的濃度有關(guān)，通過測量光的吸收強度就可測量氣體的濃度?？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隨注入電流改變的特性實現(xiàn)對分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進行測量。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氣體的吸收光譜進行測量，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技術(shù)是根據(jù)氣體對激光束輻射選擇性吸收的原理進行的，當某物質(zhì)受到激光束照射時，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(1.66um)透射光的強度變小，利用光電器件將透射光強度變化轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過計算可以準確得出甲烷濃度。該系統(tǒng)采用先進的可調(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、反應(yīng)速度快等特點，它通常應(yīng)用在天然氣管線、石油平臺或者燃氣存儲分離站等場所，可實時探測甲烷氣體泄漏情況；在有甲烷泄漏發(fā)生時，及時輸出報警信號，引起中控室的后級設(shè)備報警，提醒值班人員注意，以便采取進一步的預(yù)防、補救措施，從而有效預(yù)防甲烷泄漏事故發(fā)生。最后應(yīng)當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；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)明請求保護的技術(shù)方案范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種開路激光甲烷氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括發(fā)射端電路、光束整形機構(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、信號發(fā)生電路和激光器，所述MCU處理電路連接所述信號發(fā)生電路以便產(chǎn)生實現(xiàn)待測甲烷氣體中心波長掃描所需的調(diào)制信號，所述信號發(fā)生電路連接所述激光器以便根據(jù)調(diào)制信號通過激光器實現(xiàn)待測甲烷氣體中心波長掃描；所述接收端電路包括微處理器電路、信號放大電路和探測器， 所述探測器通過所述信號放大電路連接所述微處理器電路以便將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號并經(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；所述激光器對應(yīng)所述光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述探測器通過所述透鏡對應(yīng)所述光束整形機構(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系統(tǒng)，其特征在于所述信號發(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系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器電路通過信號輸出電路連接報警電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種開路激光甲烷氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括發(fā)射端電路、光束整形機構(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、信號發(fā)生電路和激光器，所述MCU處理電路連接所述信號發(fā)生電路，所述信號發(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、信號放大電路和探測器，所述探測器通過所述信號放大電路連接所述微處理器電路；所述激光器對應(yīng)所述光束整形機構(gòu)的激光入射端設(shè)置，所述探測器通過所述透鏡對應(yīng)所述光束整形機構(gòu)的激光出射端設(shè)置。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r進行甲烷氣體泄漏的監(jiān)測，探測靈敏度高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強。
文檔編號G01N21/39GK102998282SQ201210558360
公開日2013年3月27日 申請日期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, 胡海芝, 郭東歌, 陳海永 申請人:河南漢威電子股份有限公司