CN103398945B - 可调节激光气体遥测仪及其焦平面调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种焦平面调整机构,所述焦平面调整机构包括底座、安装于所述底座上的步进电机、安装在所述步进电机输出转轴上的丝杠和安装架,所述安装架上设置有丝杠丝孔,所述丝杠设置在所述丝杠丝孔内,所述光电探测器和所述滤波片安装在所述安装架上,所述微处理器单元电连接所述步进电机的启停控制单元;本发明还提供了一种可调节激光气体遥测仪的焦平面调整方法。该可调节激光气体遥测仪具有设计科学、光接收面可调节、方便于远、近距离测量、体积小、性价比高的优点;该可调节激光气体遥测仪的焦平面调整方法具有设计科学、定位精准、定位速度快、操作简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及激光气体测量装置,具体的说,涉及了一种可调节激光气体遥测仪及其焦平面调整方法。
背景技术
激光气体遥测仪在天然气站和燃气管网等需要检测燃气泄露的地方有着广泛的应用需求,常见的激光遥测仪均采用收发一体的光学结构,遥测仪的激光光源发出激光束照射在测量目标后面的背景反射物上,经折射或反射后,遥测仪接收反射光并汇聚到光电探测器上,对接收的光信号进行分析就得到测量目标的气体信息,现有的激光气体遥测仪从结构大致分为透射式和反射式,主要包括背景反射物、滤波片、聚光镜、光电探测器和控制处理系统,光电探测器以及滤波片设置于光线汇聚焦点所在的光轴上,所述聚光镜一般为菲涅尔透镜、凹面反射镜或凸透镜。在远距离测量时,反射光以平行光的方式入射到聚光镜上,经聚光镜汇聚于其焦点处。但在近距离测量时,反射光以发散形式入射到聚光镜上,之后汇聚于其焦点后的一点。如果将光电探测器固定于聚光镜的焦点处,远距离测量时,该光电探测器的光接受面可以接受到最大的光功率,保证遥测仪正常工作,而当近距离测量时,该光电探测器的光接收面上只能收到较少部分的光线,使得激光气体遥测仪的探测灵敏度下降,有时甚至无法进行测量。同理,如果将光电探测器固定在聚光镜焦点后的一点,那么在近距离测量时,该光电探测器的光接受面可以接受到最大的光功率,保证遥测仪正常工作,而当远距离测量时,该光电探测器的光接受面只能接收到较少部分的光线,使得激光气体遥测仪的探测灵敏度下降,有时甚至无法进行测量。现有技术一般将光电探测器位置固定于聚光镜的焦点处。
为了解决以上存在的问题,人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的提供一种可调节激光气体遥测仪及其焦平面调整方法, 从而解决现有的激光气体遥测仪将探测器位置固定,无法同时满足远、近距离的高灵敏测量的技术问题。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种可调节激光气体遥测仪,包括微处理器单元、电连接所述微处理器单元的信号接收与处理单元、电连接所述信号接收与处理单元的光电探测器、与所述光电探测器配套使用的滤光片、电连接所述微处理器单元的激光光源调制与发射单元、电连接所述激光光源调制与发射单元的准直器、聚光镜以及焦平面调整机构,所述焦平面调整机构包括底座、安装于所述底座上的步进电机、安装在所述步进电机输出转轴上的丝杠和安装架,所述安装架上设置有丝杠丝孔,所述丝杠设置在所述丝杠丝孔内,所述光电探测器和所述滤波片安装在所述安装架上,所述微处理器单元电连接所述步进电机的启停控制单元。
基上所述,所述安装架包括导轨、设置在所述导轨一端的调节板和设置在所述导轨另一端的固定板,所述丝杠丝孔设置在所述调节板上,所述光电探测器和所述滤波片安装在所述固定板上,所述底座上设置有导轨导向孔,所述导轨穿设在所述导轨导向孔内。
基上所述,所述安装架包括导轨、设置在所述导轨一端的调节板和设置在所述导轨另一端的固定板,所述丝杠丝孔设置在所述调节板上,所述光电探测器和所述滤波片安装在所述固定板上,所述底座上固定有滑块,所述滑块上设置有导轨导向孔,所述导轨穿设在所述导轨导向孔内。
基上所述,所述安装架上固定有多头螺母,所述多头螺母的螺孔即为所述丝杠丝孔。
一种可调节激光气体遥测仪的焦平面调整方法,该焦平面调整方法包括以下步骤:
步骤1、确定当前探测距离下的标定点:启动可调节激光气体遥测仪,微处理器单元通过信号接收与处理单元、光电探测器实时获取透光率;
微处理器单元控制电机带动光电探测器在可调范围内运动,将实时获取的透光率进行判断并得到最大透光率,确定最大透光率所对应的光电探测器位置为标定点,并将光电探测器稳定在该标定点;
所述可调范围是指沿丝杠轴向上可供光电探测器行走的最大长度范围;
步骤2、调整焦平面:根据可调节激光气体遥测仪实时获取的透光率,将n个连续获取的透光率求和后平均,得到平均透光率Mi,然后,求差值a,即a=M(i+1)-Mi;
当a大于预设的透光率最大差值a1时,微处理器单元控制电机带动光电探测器在可调范围内运动,将实时获取的透光率进行判断并得到最大透光率,确定最大透光率所对应的光电探测器位置为最佳位置点;
当a小于预设的透光率最大差值a1并大于预设的透光率最小差值a2时,微处理器单元控制电机带动光电探测器在微调范围内运动,将实时获取的透光率进行判断并得到最大透光率,确定最大透光率所对应的光电探测器位置为最佳位置点;
当a小于预设的透光率最小差值a2时,光电探测器稳定在该标定点;
其中,i是自然数,n是不小于2的自然数,所述微调范围是指沿丝杠轴向上可供光电探测器行走的且以标定点为中心的6-14mm的长度范围。
基上所述,微处理器单元控制电机带动光电探测器在丝杠上的运动速度设定为10mm/秒,微处理器单元通过信号接收与处理单元、光电探测器实时获取透光率的速度是500次/秒。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步,具体的说,该可调节激光气体遥测仪增加了可轴向调整位置的安装架,配套使用的滤波片和光电探测器设置于安装架上,开始测量时,若光线焦点不在光电探测器的焦平面上时,光电探测器按照其采集频率,将采集的透光率发送给信号接收与处理单元,信号接收与处理单元将信号处理之后发送给微处理器,微处理器得到实时的透光率,并按照焦平面调整方法开始判断,然后控制步进电机转动,调整光电探测器的位置至最佳位置,开始检测,使得该激光气体遥测仪保持较高的灵敏度,保证测量的质量;进一步的,调节板和固定板之间设置导轨,滑块/底座上设置有导轨导向孔,导轨穿设于导轨导向孔内,保证调节板带动固定板运动时的稳定性,从而保证了光电探测器和滤波片可以稳定的在轴向来回移动,其具有设计科学、光接收面可调节、方便于近距离测量、体积小、性价比高的优点;该可调节激光气体遥测仪的焦平面调整方法采用平均值求当前透光率更加准确,用相邻两透光率差值比较设定值来判断以及调整焦平面的位置,更加精准,也更加快速,采用微处理器自动操作,工作人员工作量少,操作简单,其具有设计科学、定位精准、定位速度快、操作简单的优点。
附图说明
图1是该发明中实施例1中可调节激光气体遥测仪的结构示意图。
图2是该发明中处理系统的模块示意图。
图3是该发明中可调节激光气体遥测仪的焦平面调整方法的理论示意图。
图中:1.底座;2.滤波片;3.光电探测器;4.丝杠;5.步进电机;6.多头螺母;7.调节板;8.固定板;9.导轨;10.滑块;11.信号接收与处理单元;12.微处理器单元;13. 菲涅尔透镜;14.背景反射物;15. 激光光源调制与发射单元;16.准直器;17.标定点。
具体实施方式
下面通过具体实施方式,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1和图2所示,一种可调节激光气体遥测仪,包括微处理器单元12、电连接所述微处理器单元12的信号接收与处理单元11、电连接所述信号接收与处理单元11的光电探测器3、与所述光电探测器3配套使用的滤光片2、电连接所述微处理器单元12的激光光源调制与发射单元15、电连接所述激光光源调制与发射单元15的准直器16、聚光镜以及焦平面调整机构,所述聚光镜一般是菲涅尔透镜、凹面反射镜或凸透镜,所述焦平面调整机构包括底座1、安装于所述底座1上的步进电机5、安装在所述步进电机5输出转轴上的丝杠4和安装架,所述安装架上设置有丝杠丝孔,所述丝杠丝孔为多头螺母6,所述丝杠4设置在所述多头螺母6内,所述光电探测器3和所述滤波片2安装在所述安装架上,所述微处理器单元12电连接所述步进电机5的启停控制单元,所述安装架包括导轨9、设置在所述导轨9一端的调节板7和设置在所述导轨9另一端的固定板8,所述多头螺母6设置在所述调节板7上,所述光电探测器3和所述滤波片2安装在所述固定板8上,所述底座1上固定有滑块10,所述滑块10上设置有导轨导向孔,所述导轨9穿设在所述导轨导向孔内,在进行激光测量时,如果测量距离够远,反射光线为平行光,对于测量无影响;当距离较近时,反射光线为发散式的光,焦点汇聚于光电探测器3的后方,这时,光电探测器3按照其采集频率,将采集的透光率发送给信号接收与处理单元11,信号接收与处理单元11将信号处理之后发送给微处理器单元12,微处理器单元12得到实时的透光率,并按照焦平面调整方法开始判断并调整,控制步进电机5转动,调整光电探测器3的位置至最佳位置,开始检测,使得该激光气体遥测仪保持较高的灵敏度,保证测量的质量;进一步的,调节板和固定板之间设置导轨,滑块/底座上设置有导轨导向孔,导轨穿设于导轨导向孔内,保证调节板带动固定板运动时的稳定性,从而保证了光电探测器和滤波片可以稳定的在轴向来回移动,是最优的实施例。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于:所述安装架包括导轨、设置在所述导轨一端的调节板和设置在所述导轨另一端的固定板,所述丝杠丝孔设置在所述调节板上,所述光电探测器和所述滤波片安装在所述固定板上,所述底座上设置有导轨导向孔,所述导轨穿设在所述导轨导向孔内,导轨导向孔设置于底座上,同样能够保证固定板与调节板的稳定行走,节省了滑块的设计。
如图3所示,一种可调节激光气体遥测仪的焦平面调整方法,该焦平面调整方法包括以下步骤:
步骤1、确定当前探测距离下的标定点:启动可调节激光气体遥测仪,微处理器单元通过信号接收与处理单元、光电探测器实时获取透光率;
微处理器单元控制电机带动光电探测器在可调范围内运动,将实时获取的透光率进行判断并得到最大透光率,确定最大透光率所对应的光电探测器位置为标定点17,并将光电探测器稳定在该标定点17;
所述可调范围是指沿丝杠轴向上可供光电探测器行走的最大长度范围;
步骤2、调整焦平面:根据可调节激光气体遥测仪实时获取的透光率,将n个连续获取的透光率求和后平均,得到平均透光率Mi,然后,求差值a,即a=M(i+1)-Mi;
当a大于预设的透光率最大差值a1时,微处理器单元控制电机带动光电探测器在可调范围内运动,将实时获取的透光率进行判断并得到最大透光率,确定最大透光率所对应的光电探测器位置为最佳位置点;
当a小于预设的透光率最大差值a1并大于预设的透光率最小差值a2时,微处理器单元控制电机带动光电探测器在微调范围内运动,将实时获取的透光率进行判断并得到最大透光率,确定最大透光率所对应的光电探测器位置为最佳位置点;
当a小于预设的透光率最小差值a2时,光电探测器稳定在该标定点17;
其中,i是自然数,n是不小于2的自然数,所述微调范围是指沿丝杠轴向上可供光电探测器行走的且以标定点为中心的6-14mm的长度范围。
微处理器单元控制电机带动光电探测器在丝杠上的运动速度设定为10mm/秒,微处理器单元通过信号接收与处理单元、光电探测器实时获取透光率的速度是500次/秒。
步骤1中所述的当前探测距离指的是菲涅尔透镜13与背景反射物14之间的距离;该装置会在行走过程中按照其频率持续的获取透光率,并一直按照步骤2中的方法进行判断和执行。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种可调节激光气体遥测仪,包括微处理器单元、电连接所述微处理器单元的信号接收与处理单元、电连接所述信号接收与处理单元的光电探测器、与所述光电探测器配套使用的滤波片、电连接所述微处理器单元的激光光源调制与发射单元、电连接所述激光光源调制与发射单元的准直器以及聚光镜,其特征在于:它还包括焦平面调整机构,所述焦平面调整机构包括底座、安装于所述底座上的步进电机、安装在所述步进电机输出转轴上的丝杠和安装架,所述安装架上设置有丝杠丝孔,所述丝杠设置在所述丝杠丝孔内,所述光电探测器和所述滤波片安装在所述安装架上,所述微处理器单元电连接所述步进电机的启停控制单元。
2.根据权利要求1所述的可调节激光气体遥测仪,其特征在于:所述安装架包括导轨、设置在所述导轨一端的调节板和设置在所述导轨另一端的固定板,所述丝杠丝孔设置在所述调节板上,所述光电探测器和所述滤波片安装在所述固定板上,所述底座上设置有导轨导向孔,所述导轨穿设在所述导轨导向孔内。
3.根据权利要求1所述的可调节激光气体遥测仪,其特征在于:所述安装架包括导轨、设置在所述导轨一端的调节板和设置在所述导轨另一端的固定板,所述丝杠丝孔设置在所述调节板上,所述光电探测器和所述滤波片安装在所述固定板上,所述底座上固定有滑块,所述滑块上设置有导轨导向孔,所述导轨穿设在所述导轨导向孔内。
4.根据权利要求1或2或3所述的可调节激光气体遥测仪,其特征在于:所述安装架上固定有多头螺母,所述多头螺母的螺孔即为所述丝杠丝孔。
5.一种权利要求1-4所述可调节激光气体遥测仪的焦平面调整方法,其特征在于,该焦平面调整方法包括以下步骤:
步骤1、确定当前探测距离下的标定点:启动可调节激光气体遥测仪,微处理器单元通过信号接收与处理单元、光电探测器实时获取透光率;
微处理器单元控制电机带动光电探测器在可调范围内运动,将实时获取的透光率进行判断并得到最大透光率,确定最大透光率所对应的光电探测器位置为标定点,并将光电探测器稳定在该标定点;
所述可调范围是指沿丝杠轴向上可供光电探测器行走的最大长度范围;
步骤2、调整焦平面:根据可调节激光气体遥测仪实时获取的透光率,将n个连续获取的透光率求和后平均,得到平均透光率Mi,然后,求差值a,即a=M(i+1)-Mi;
当a大于预设的透光率最大差值a1时,微处理器单元控制电机带动光电探测器在可调范围内运动,将实时获取的透光率进行判断并得到最大透光率,确定最大透光率所对应的光电探测器位置为最佳位置点;
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6.根据权利要求5所述的焦平面调整方法,其特征在于:微处理器单元控制电机带动光电探测器在丝杠上的运动速度设定为10mm/秒,微处理器单元通过信号接收与处理单元、光电探测器实时获取透光率的速度是500次/秒。
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Address after: 450001 Zhengzhou high tech Development Zone, Henan, Cedar Road, No. 169 Patentee after: Hanwei Technology Group Limited by Share Ltd Address before: 450001 Zhengzhou high tech Development Zone, Henan, Cedar Road, No. 169 Patentee before: Henan Hanwei Electronics Co., Ltd. |
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