CN107064058A - 一种页岩气泄漏多种气体在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气泄漏多种气体在线监测装置，包括气体采样模块、激光传感模块、信号调理模块、主控制模块、通讯模块、供电模块。本发明还公开了一种上述页岩气泄漏多种气体在线监测装置的监测方法。本发明能够改进现有技术的不足，能够实现对页岩气开采、输送区域的长时间实时监测，及早发现并掌握可能存在的气体泄漏情况，最大限度的避免或减少页岩气泄漏造成的空气污染。
Description
技术领域
本发明涉及地质环境监测技术领域，尤其是一种页岩气泄漏多种气体在线监测装置及方法。
背景技术
随着社会对清洁能源需求的不断扩大，石油天然气价格的不断攀升，页岩气资源勘探开发，已成为世界主要页岩气资源大国和地区的共同选择。我国页岩气资源的战略调查与勘探开发已引起党中央和国务院的高度重视。我国页岩气资源丰富，潜力巨大，页岩气资源主要集中在我国南方古生界海相页岩，不仅将为我国带来巨大的经济效益，也很有可能改变世界能源格局，所以我国页岩气开发利用势在必行，目前我国页岩气勘察开发工作已在西南川渝地区大规模展开。页岩气开采、处理、和输送作为一项高技术、高风险的生产活动，各种形式的气体泄漏都可能造成大气环境污染以及为生产生活带来安全隐患。
页岩气中主要成为分甲烷(CH4)，是一种高易燃性气体，同时也是一种强效的温室气体，甲烷泄漏不仅会造成大气环境破坏，还可能导致爆炸直接威胁人身安全；页岩气中另一个安全隐患是硫化氢(H2S)，这是一种剧毒的危害性气体，且易燃易爆，少量的硫化氢会导致人体健康和仪器设备的损害，达到较高浓度后还能引起爆炸。
目前用于气体成分监测的技术主要分为非光学法和光学法两种，非光学法主要包括催化燃烧法、电化学法、气相色谱法等；光学法目前应用较多的为光干涉法和光谱吸收法。
催化燃烧法为接触式气体成分测量方法，其原理是利用可燃性气体在气敏材料表面燃烧，放出一定的热量，从而引起气敏元件的电导率发生变化，以达到检测可燃性气体的目的。目前基于该原理的气体传感器在安全检测领域占据主导地位，气主要特点是不受环境温度影响，稳定性高，电路设计简单。其缺点是工作寿命短，对多种可燃气体导致的干扰难以解决，而且元件表面的催化剂接触到一些非可燃性气体会发生反应从而发生催化剂中毒。
电化学法主要是利用传感电极与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。相当一部分的可燃、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或还原，利用这些反应，可以分辨气体成分、检测气体浓度。电化学式传感器在防毒、防爆领域应用较广，其优点是功耗小、检测灵敏度高；其缺点是难以分辨杂质气体，难以应用于由多种目标气体的环境，另外由于传感电极属于消耗式，使用寿命较短，需要定期更换和标定。
气相色谱法是利用试样中各组分在气相和固定相间的分配系数不同，当试样被载气带入色谱柱中运行时，组分在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组分的吸附或溶解能力不同，因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定长度的色谱柱后彼此分离，按顺序进入检测器，产生的离子流信号经过放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱峰，从而实现对物质的分析检验。该方法不仅可分析气体，也可分析易挥发的液体及固体。该方法的需要采样可预处理才能进行检验，操作较为复杂，实时性差，且由于氧气、水蒸气、二氧化碳等空气成分造成的干扰较大，难以实现精准测量，所以应用较少。
光干涉法主要是利用光折射率的变化直接与待测气体浓度有关的原理，采用两束光干涉的方法检测气室中折射率的变化的方法来检测待测气体浓度。目前采用该原理的光干涉型甲烷测定器被广泛应用于煤矿等井下甲烷浓度的人工检测，该类传感器具有体积小、测量准确度高、寿命长等优点；其缺点是需要经常调教，可靠性及稳定性较差，难以作为长期在线监测的手段。
目前利用光谱吸收法进行气体成分检验的主要是红外型检验设备，红外型由于目前技术较为成熟，发光器件、感光器件成本相对较低，应用较为广泛，但是由于目前红外发光器件发射波长覆盖范围较宽，容易引入杂质气体的干扰，对成分较复杂的气体测量精度较低。
中国发明专利CN201310187206.5(一种智能红外甲烷气体检测装置)，提出了一种采用光谱吸收法的甲烷检测装置，该装置通过置于气室内的二极管激光器发射光信号，利用光信号在气室内壁之间的反射传播过程完成目标气体对光信号的吸收，计算出目标气体浓度。该装置的主要缺陷在于：①该装置中光路采用多次反射方式，通过步进电机带动机械结构调整光线反射次数，虽然延长了吸收光程，但是仍然难以实现对气室内气体的均匀照射，对于随机采样的气体，可能存在气体成分不均匀导致的测量误差；②该装置需要配合计算机等辅助设备和软件工作，对现场常观型监测适用性差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种页岩气泄漏多种气体在线监测装置及方法，能够解决现有技术的不足，能够实现对页岩气开采、输送区域的长时间实时监测，及早发现并掌握可能存在的气体泄漏情况，最大限度的避免或减少页岩气泄漏造成的空气污染。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种页岩气泄漏多种气体在线监测装置，包括，
气体采样模块，包括通气阀、抽气装置、过滤装置；通气阀分别位于进气管路和出气管路上，由主控制模块控制，用于控制进气通道和出气通道的通断；抽气装置位于出气通道，用于排出样品气储气管内残留气体，吸进新的样品气体；过滤装置位于进气通道内，用于虑除样品气体内的颗粒物质和水分，为测量过程排除干扰成分；
激光传感模块，包括相互独立的一号激光光头和二号激光光头，一号激光光头和二号激光光头通过光头切换装置进行切换控制，以及标准气储气管和样品气储气管；用于对两个储气管内的气体进行均匀照射，并将穿过两储气管后的光强转化为电信号；
信号调理模块，用于接收激光传感模块的电信号进行锁定、放大和补偿；
主控制模块，用于按照设定流程总体控制监测装置各功能模块协同 工作；接收监测原始信号并进行分析计算，获得可读监测数据；将监测数据交由通讯模块上传至数据库或推送至本地显示设备，并将监测数据进行本地存储；解析下发命令，并根据命令控制监测装置运行；监测并判断装置自身运行工况；
通讯模块，用于上发监测数据并接受下发命令，由主控模块控制其工作，与主控模块通过SPI总线连接；
供电模块，用于为监测装置各功能模块提供能源。
作为优选，所述信号调理模块包括信号放大电路和温度补偿模块；信号放大电路为两路完全相同的独立放大电路，用于将激光传感模块输出的微小电信号进行锁定和放大；温度补偿模块用于探测环境温度，并将温度信息输入主控制模块进行温度补偿计算。
作为优选，所述信号放大电路的输入端通过第一电阻连接至第一运放的正相输入端，第一运放的反相输入端通过第二电阻接地，第一运放的反相输入端通过串联的第三电阻和第四电阻连接至第一运放的输出端，第三电阻和第四电阻之间通过第五电阻接地，第一运放的输出端通过串联的第六电阻和第七电阻连接至第二运放的正相输入端，第二运放的反相输入端通过第八电阻接地，第六电阻和第七电阻之间通过第一电容连接至第二运放的输出端，第二运放的正相输入端通过第二电容接地，第二运放的输出端连接至第一三极管的集电极，第一运放的输出端通过第九电阻连接至第一三极管的基极，第一三极管的发射极通过第三电容接地，第一三极管的发射极通过串联的第四电容和第五电容连接至第三运放的正相输入端，第三运放的正相输入端通过第十电阻接地，第三运放的反相输入端通过第十一电阻接地，第四电容和第五电容之间通过第二十三电阻连接至第三运放的输出端，第二运放的反相输入端通过第十二电阻连接至第二运放的输出端，第二运放的反相输入端通过第十三电阻连接至第二三极管的集电极和基极，第二三极管的发射极连接至第三运放的反相输入端，第三运放的反相输入端通过第十四电阻连接至第三运放的输出端。
作为优选，所述通讯模块包括，
4G全网通模块，利用现有公共无线网络与上位机进行通讯；
北斗通讯模块，利用北斗卫星的短报文通讯技术与上位机进行通讯，针对无公共无线网络覆盖的盲点区域；
无线数传电台模块，利用433MHz电磁波数据收发技术，用于向现场显示设备发送显示或报警数据。
作为优选，所述供电模块包括，
储电模块，用于存储电能，供监测装置工作使用，采用锂电池；
充电模块，包括充电装置和充电控制器，其中充电装置采用薄膜太阳能板，充电控制器用于控制电池充放电电流，并对电池进行过充和过放保护；
放电控制电路，根据各功能模块需求提供相应的电源供应，放电控制电路由主控制模块统一控制，通过通断逻辑避免能源浪费，其包括：两路高精度电流供电电路，分别为一号激光光头和二号激光光头提供准确的供电电流；两路微型电机供电电路，分别为气体采样模块中的抽气装置和激光传感模块中的光头切换装置供电；主控制模块供电电路，为主控制模块各芯片提供稳定的电源；通讯模块供电电路，针对4G全网通模块、北斗通讯模块、无线数传电台模块三种通讯方式的不同供电电压电流要求，含三路独立供电电路，由主控制模块控制通断。
一种上述的页岩气泄漏多种气体在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：
A、系统上电，监测装置进行初始化，主控制模块检测各功能模块是否工作正常、控制光头切换装置将一号激光光头移动到位；
B、气体采样模块工作，打开进气阀和出气阀，启动抽气装置将样品气储气管内残留气体抽空，关闭出气阀，待样品气储气管内气压与外界气压平衡后关闭进气阀；
C、一号激光光头发射1653.72nm波长激光，激光通过扩束和分束后分别进入两储气管，两光探测器接收到光信号后将其转换为电信号，电 信号经信号调理模块进入主控模块进行计算，通过对两路原始信号对比，判断样品气内是否含有CH4，若含有CH4，利用差分计算其浓度；
D、将光头切换至二号激光光头，二号激光光头到位后发射1576.37nm波长激光，激光通过扩束和分束后分别进入两储气管，两光探测器接收到光信号后将其转换为电信号，电信号经信号调理模块进入主控制模块进行计算，判断样品气内是否含有H2S，若含有H2S，计算其浓度；
E、主控制模块将两次计算结果进行打包，将监测数据进行上传同时进行本地存储。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明提出的监测方法监测精度高、获取结果速度快、受环境及装置影响小，本发明中提出的监测装置工作寿命长、监测实时性好、无需人工干预、后期维护及校正简单。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的原理图。
图2是本发明一个具体实施方式中气体采样模块的结构图。
图3是本发明一个具体实施方式中激光传感模块的结构图。
图4是本发明一个具体实施方式中储气管的结构图。
图5是本发明一个具体实施方式中信号调理模块的结构图。
图6是本发明一个具体实施方式中信号放大电路的结构图。
图7是本发明一个具体实施方式中通讯模块的结构图。
图8是本发明一个具体实施方式中供电模块的结构图。
图9是本发明一个具体实施方式中充电控制器的充电稳压电路的结构图。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1-9，本发明的一个具体实施方式包括气体采样模块1，包括 通气阀11、抽气装置12、过滤装置13；通气阀11分别位于进气管路和出气管路上，由主控制模块4控制，用于控制进气通道和出气通道的通断；抽气装置12位于出气通道，用于排出样品气储气管24内残留气体，吸进新的样品气体；过滤装置13位于进气通道内，用于虑除样品气体内的颗粒物质和水分，为测量过程排除干扰成分；
激光传感模块2，包括相互独立的一号激光光头21和二号激光光头22，一号激光光头21和二号激光光头22通过光头切换装置进行切换控制，以及标准气储气管23和样品气储气管24；用于对两个储气管内的气体进行均匀照射，并将穿过两储气管后的光强转化为电信号；
信号调理模块3，用于接收激光传感模块2的电信号进行锁定、放大和补偿；
主控制模块4，用于按照设定流程总体控制监测装置各功能模块协同工作；接收监测原始信号并进行分析计算，获得可读监测数据；将监测数据交由通讯模块上传至数据库或推送至本地显示设备，并将监测数据进行本地存储；解析下发命令，并根据命令控制监测装置运行；监测并判断装置自身运行工况；
通讯模块5，用于上发监测数据并接受下发命令，由主控模块控制其工作，与主控模块通过SPI总线连接；
供电模块6，用于为监测装置各功能模块提供能源。
信号调理模块3包括信号放大电路31和温度补偿模块32；信号放大电路31为两路完全相同的独立放大电路，用于将激光传感模块2输出的微小电信号进行锁定和放大；温度补偿模块32用于探测环境温度，并将温度信息输入主控制模块4进行温度补偿计算。
信号放大电路31的输入端通过第一电阻R1连接至第一运放A1的正相输入端，第一运放A1的反相输入端通过第二电阻R2接地，第一运放A1的反相输入端通过串联的第三电阻R3和第四电阻R4连接至第一运放A1的输出端，第三电阻R3和第四电阻R4之间通过第五电阻R5接地，第一运放A1的输出端通过串联的第六电阻R6和第七电阻R7连接至第二运 放A2的正相输入端，第二运放A2的反相输入端通过第八电阻R8接地，第六电阻R6和第七电阻R7之间通过第一电容C1连接至第二运放A2的输出端，第二运放A2的正相输入端通过第二电容C2接地，第二运放A2的输出端连接至第一三极管Q1的集电极，第一运放A1的输出端通过第九电阻R9连接至第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的发射极通过第三电容C3接地，第一三极管Q1的发射极通过串联的第四电容C4和第五电容C5连接至第三运放A3的正相输入端，第三运放A3的正相输入端通过第十电阻R10接地，第三运放A3的反相输入端通过第十一电阻R11接地，第四电容C4和第五电容C5之间通过第十一电阻R11连接至第三运放A3的输出端，第二运放A2的反相输入端通过第十二电阻R12连接至第二运放A2的输出端，第二运放A2的反相输入端通过第十三电阻R13连接至第二三极管Q2的集电极和基极，第二三极管Q2的发射极连接至第三运放A3的反相输入端，，第三运放A3的反相输入端通过第十四电阻R14连接至第三运放A3的输出端。
通讯模块5包括，
4G全网通模块51，利用现有公共无线网络与上位机进行通讯；
北斗通讯模块52，利用北斗卫星的短报文通讯技术与上位机进行通讯，针对无公共无线网络覆盖的盲点区域；
无线数传电台模块53，利用433MHz电磁波数据收发技术，用于向现场显示设备发送显示或报警数据。
供电模块6包括，
储电模块61，用于存储电能，供监测装置工作使用，采用锂电池；
充电模块62，包括充电装置和充电控制器，其中充电装置采用薄膜太阳能板，充电控制器用于控制电池充放电电流，并对电池进行过充和过放保护；
放电控制电路63，根据各功能模块需求提供相应的电源供应，放电控制电路由主控制模块4统一控制，通过通断逻辑避免能源浪费，其包括：两路高精度电流供电电路，分别为一号激光光头21和二号激光光头22提供准确的供电电流；两路微型电机供电电路，分别为气体采样模块1中的抽气装置12和激光传感模块2中的光头切换装置供电；主控制模块供电电路，为主控制模块各芯片提供稳定的电源；通讯模块供电电路，针对4G全网通模块51、北斗通讯模块52、无线数传电台模块53三种通讯方式的不同供电电压电流要求，含三路独立供电电路，由主控制模块4控制通断。
参照图3，激光传感模块2中，传动滑轨25、步进电机26、对位开关27组成了光头切换装置，光头切换装置主要负责对两个光头位置进行切换，主控制模块通过控制步进电机26控制固定于传动滑轨25上的两个光头左右移动，通过对位开关27的通断状态判断光头是否移动到位。一号激光光头21和二号激光光头22负责发射监测所需的光信号，两光头内部结构一致，均采用DFB半导体激光发射器作为光源，其发射光线通过光头内置的集束透镜形成平行光束发出，一号激光光头21负责发射1653.72nm波长激光，二号激光光头22负责发射1576.37nm波长激光，两个光头采用独立恒流供电，光头内部有温控装置，保证激光器工作电流和温度符合要求。第三透镜28和第四透镜29组成扩束透镜组，主要作用是将光头发出的平行光束均匀扩展为与储气管截面积相同的光束，第三透镜28与第四透镜29焦点重合，光头发出的平行光线通过第三透镜28聚焦于焦点，再通过第四透镜29后集束为符合要求的平行光束。半透镜210和反光镜211组成分束系统，其中半透镜210为透光率50％的半透镜，安装角度与扩束后的光束成45％，光束到达半透镜210后50％通过半透镜直线传播，50％被半透镜210反射，形成与原光路垂直的光束，反光镜211安装角度与半透镜210平行，反射光束到达反光镜211后被完全反射，形成与原光路平行的光束，通过分束系统，可将原始光束分为两个截面积不变、强度相同的平行光束。样品气储气管24和标准气储气管23组成了储气装置，其中样品气储气管24与气体采样模块连通，通过气体采样模块工作通入待测气体；标准气储气管23为完全封闭，内部冲入标准成分空气，两储气管内部结构一致，样品气储气管24通入样 品气体后两储气管内气体体积、压力相同；两储气管顶端为透明平面玻璃，安装角度与光束通路一致，内部截面积与扩束后光束截面积相同，光信号照射后受到的光照强度及光路长度一致。第一透镜212、第二透镜213安装于两储气管光路末端，用于聚焦通过储气管后的光信号，第一光电传感器214与第二光电传感器215为两个同型号的PIN光电探测器(海特公司生产)，响应范围为1000nm-1700nm，分别安装于第一透镜212与第二透镜213的焦点位置，用于感应光信号强度并将其转换为电信号。
参照图4，为储气管结构示意图，本图以储存标准气储气管为例。储气管采用折叠式结构，采用90°垂直弯角，在储气管内每个弯角安装反光镜，反光镜与储气管壁夹角为45°，可保证在储气管内传播的光线在弯角处发生90°反射，该设计可在不增大装置体积的情况下有小延长吸收池光路，且不会产生光线的漫反射损耗；储气管顶端为透明平面玻璃封口，底端为聚焦透镜，用于将通过储气管的光线聚焦到光探测器。
充电控制器中的充电稳压电路的输入端通过第十五电阻R15连接至第四运放A4的正相输入端，第四运放A4的反相输入端通过第十六电阻R16接地，输入端通过串联的第六电容C6、第十七电阻R17和第七电容C7连接至第四运放A4的输出端，输入端通过第十八点组R18连接至第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的集电极通过第八电容C8接地，第三三极管Q3的基极通过第十九电阻R19连接至第四运放A4的正相输入端，第三三极管Q3的发射极通过第九电容C9连接至第五运放A5的正相输入端，第五运放A5的反相输入端通过第二十电阻R20接地，第五运放A5的正相输入端通过第二十一电阻R21连接至第五运放A5的输出端，第五运放A5的输出端通过第二十二电阻R22连接至第四运放A4的输出端。
上述的页岩气泄漏多种气体在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：
A、装置上电，进行设备初始化，判断各功能模块是否正常，连入通讯网络检查是否有新的下发命令，若有下发命令则解析并执行下发命令，若无下发命令则直接进行下一步‘
B、将光头切换至一号激光光头21，并利用光电开关通断状态判断一号激光光头21是否到位，光头到位后启动气体采样装置，将样品气储气管内残余气体抽空并使环境内样品气体注入样品气储气管，待样品气储气管内样品气注满且与外界气压平衡后关闭通气阀门；
C、启动一号激光光头21发射波长为1653.72nm、光强为I0的光信号，光信号经过扩束与分束后分别进入样品气储气管24和标准气储气管23，然后分别由两个DIF光探测器接收经过储气管内气体吸收后的光信号，将两光信号强度转换为电信号放大后输入主控模块，获得两储气管对应的接收光强I1(v)和I2(v)，同时通过温度补偿模块获取样品气储气管内温度T输入主控模块；
D、主控模块利用接收光强信号判断样品气体内是否存在CH4，若不存在，将结果存入缓存后直接进行下一步；若存在，计算CH4浓度，并将结果存入缓存；
E、将光头切换至二号激光光头22，切换到位后启动二号激光光头22，发射波长为1576.37nm、光强为I0’的光信号，获得接收光强I1′(v)和I2′(v)，同时通过温度补偿模块获取储气管1内温度T’，输出主控模块；
F、重复步骤D，判断是否存在H2S，若不存在，将结果存入缓存后直接进行下一步；若存在，计算H2S浓度，并将结果存入缓存；
G、将两次结果打包成本次监测数据，将监测数据进行本地存储并上发至远程数据控制终端或现场显示设备，完成本次监测。
其中步骤D与步骤F分别为对样品气体中CH4和H2S两种目标气体成分的判断和分析过程，两步骤基本一致，下面以步骤D为例对目标气体成分的判断和分析过程进行说明：
一号激光光头21发出的波长为1653.72nm，目标气体CH4对该波长的光信号由较强的吸收效应，而空气内其他主要成分(如C02等)对该波长 的光信号吸收效应与目标气体相比可忽略不计，由于标准气储气管23内为标准成分空气，不含有目标气体，故标准气储气管23对通过的光信号吸收为0。在此情况下，若获得的接收光强I1(v)和I2(v)相等，则说明样品气储气管24内样品气未对通过的光信号产生吸收效应，从而证明样品气内不含CH4成分；反正则证明样品气内含有CH4。若样品气内含有CH4，则按以下步骤计算其浓度：
根据Beer-Lambert定律，激光器发出强度为I0的激光，经过一个吸收样品池后，其强度为：
I(v)＝I0(v)exp[-σ(v)NL]
其中I(v)为吸收后的光强，I0(v)为未经吸收的光强，-σ(v)为气体在频率v处的吸收截面，L为吸收光路长度，N为气体浓度。
根据装置光路设计，可知进入两储气管的未经吸收光强相等，且
则对于样品气储气管24：
I1(v)＝I0(v)exp[-σ1(v)N1L1]
对于标准气储气管23：
I2(v)＝I0(v)exp[-σ2(v)N2L2]
则：
即：
由于对于标准气储气管23，对光信号不产生吸收作用，N2＝0，
则：
则目标气体浓度为：
由于σ1(v)和L1可根据储气管设计获得，故可通过计算获得目标气体浓度。
步骤F中H2S气体判断和浓度计算与步骤D相同，此处不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种页岩气泄漏多种气体在线监测装置，其特征在于：包括，
气体采样模块(1)，包括通气阀(11)、抽气装置(12)、过滤装置(13)；通气阀(11)分别位于进气管路和出气管路上，由主控制模块(4)控制，用于控制进气通道和出气通道的通断；抽气装置(12)位于出气通道，用于排出样品气储气管(24)内残留气体，吸进新的样品气体；过滤装置(13)位于进气通道内，用于虑除样品气体内的颗粒物质和水分，为测量过程排除干扰成分；
激光传感模块(2)，包括相互独立的一号激光光头(21)和二号激光光头(22)，一号激光光头(21)和二号激光光头(22)通过光头切换装置进行切换控制，以及标准气储气管(23)和样品气储气管(24)；用于对两个储气管内的气体进行均匀照射，并将穿过两储气管后的光强转化为电信号；
信号调理模块(3)，用于接收激光传感模块(2)的电信号进行锁定、放大和补偿；
主控制模块(4)，用于按照设定流程总体控制监测装置各功能模块协同工作；接收监测原始信号并进行分析计算，获得可读监测数据；将监测数据交由通讯模块上传至数据库或推送至本地显示设备，并将监测数据进行本地存储；解析下发命令，并根据命令控制监测装置运行；监测并判断装置自身运行工况；
通讯模块(5)，用于上发监测数据并接受下发命令，由主控模块控制其工作，与主控模块通过SPI总线连接；
供电模块(6)，用于为监测装置各功能模块提供能源。
2.根据权利要求1所述的页岩气泄漏多种气体在线监测装置，其特征在于：所述信号调理模块(3)包括信号放大电路(31)和温度补偿模块(32)；信号放大电路(31)为两路完全相同的独立放大电路，用于将激光传感模块(2)输出的微小电信号进行锁定和放大；温度补偿模块(32)用于探测环境温度，并将温度信息输入主控制模块(4)进行温度补偿计算。
3.根据权利要求2所述的页岩气泄漏多种气体在线监测装置，其特征在于：所述信号放大电路(31)的输入端通过第一电阻(R1)连接至第一运放(A1)的正相输入端，第一运放(A1)的反相输入端通过第二电阻(R2)接地，第一运放(A1)的反相输入端通过串联的第三电阻(R3)和第四电阻(R4)连接至第一运放(A1)的输出端，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)之间通过第五电阻(R5)接地，第一运放(A1)的输出端通过串联的第六电阻(R6)和第七电阻(R7)连接至第二运放(A2)的正相输入端，第二运放(A2)的反相输入端通过第八电阻(R8)接地，第六电阻(R6)和第七电阻(R7)之间通过第一电容(C1)连接至第二运放(A2)的输出端，第二运放(A2)的正相输入端通过第二电容(C2)接地，第二运放(A2)的输出端连接至第一三极管(Q1)的集电极，第一运放(A1)的输出端通过第九电阻(R9)连接至第一三极管(Q1)的基极，第一三极管(Q1)的发射极通过第三电容(C3)接地，第一三极管(Q1)的发射极通过串联的第四电容(C4)和第五电容(C5)连接至第三运放(A3)的正相输入端，第三运放(A3)的正相输入端通过第十电阻(R10)接地，第三运放(A3)的反相输入端通过第十一电阻(R11)接地，第四电容(C4)和第五电容(C5)之间通过第二十三电阻(R23)连接至第三运放(A3)的输出端，第二运放(A2)的反相输入端通过第十二电阻(R12)连接至第二运放(A2)的输出端，第二运放(A2)的反相输入端通过第十三电阻(R13)连接至第二三极管(Q2)的集电极和基极，第二三极管(Q2)的发射极连接至第三运放(A3)的反相输入端，第三运放(A3)的反相输入端通过第十四电阻(R14)连接至第三运放(A3)的输出端。
4.根据权利要求1所述的页岩气泄漏多种气体在线监测装置，其特征在于：所述通讯模块(5)包括，
4G全网通模块(51)，利用现有公共无线网络与上位机进行通讯；
北斗通讯模块(52)，利用北斗卫星的短报文通讯技术与上位机进行通讯，针对无公共无线网络覆盖的盲点区域；
无线数传电台模块(53)，利用433MHz电磁波数据收发技术，用于向现场显示设备发送显示或报警数据。
5.根据权利要求1所述的页岩气泄漏多种气体在线监测装置，其特征在于：所述供电模块(6)包括，
储电模块(61)，用于存储电能，供监测装置工作使用，采用锂电池；
充电模块(62)，包括充电装置和充电控制器，其中充电装置采用薄膜太阳能板，充电控制器用于控制电池充放电电流，并对电池进行过充和过放保护；
放电控制电路(63)，根据各功能模块需求提供相应的电源供应，放电控制电路由主控制模块(4)统一控制，通过通断逻辑避免能源浪费，其包括：两路高精度电流供电电路，分别为一号激光光头(21)和二号激光光头(22)提供准确的供电电流；两路微型电机供电电路，分别为气体采样模块(1)中的抽气装置(12)和激光传感模块(2)中的光头切换装置供电；主控制模块供电电路，为主控制模块各芯片提供稳定的电源；通讯模块供电电路，针对4G全网通模块(51)、北斗通讯模块(52)、无线数传电台模块(53)三种通讯方式的不同供电电压电流要求，含三路独立供电电路，由主控制模块(4)控制通断。
6.一种权利要求1-5任意一项所述的页岩气泄漏多种气体在线监测装置的监测方法，其特征在于包括以下步骤：
A、系统上电，监测装置进行初始化，主控制模块(4)检测各功能模块是否工作正常、控制光头切换装置将一号激光光头(21)移动到位；
B、气体采样模块(1)工作，打开进气阀和出气阀，启动抽气装置将样品气储气管内残留气体抽空，关闭出气阀，待样品气储气管内气压与外界气压平衡后关闭进气阀；
C、一号激光光头(21)发射1653.72nm波长激光，激光通过扩束和分束后分别进入两储气管，两光探测器接收到光信号后将其转换为电信号，电信号经信号调理模块进入主控模块进行计算，通过对两路原始信号对比，判断样品气内是否含有CH4，若含有CH4，利用差分计算其浓度；
D、将光头切换至二号激光光头(22)，二号激光光头(22)到位后发射1576.37nm波长激光，激光通过扩束和分束后分别进入两储气管，两光探测器接收到光信号后将其转换为电信号，电信号经信号调理模块(3)进入主控制模块(4)进行计算，判断样品气内是否含有H2S，若含有H2S，计算其浓度；
E、主控制模块(4)将两次计算结果进行打包，将监测数据进行上传同时进行本地存储。
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