CN109632701A - 具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置 - Google Patents
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Abstract
具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置涉及激光气体探测仪器技术领域，本发明由激光发生器、激光探测器、光谱分析模块、阈值设定模块、速度与浓度补偿模块、告警信号产生模块、其他通用模块、距离补偿模块、运动速度输入模块组成；本发明可以在指定被测气团大小的前提下实现连续的贴地面以横扫的方式进行甲烷泄露探测和定位，具有连续性，实时性，移动性的特点，极大提高甲烷气体泄露点的巡检效率，省去了车速的预设条件，并且能够自动给出停车后车载的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置与泄漏点的距离。
Description
技术领域
本发明涉及激光气体检测仪器技术领域。
背景技术
城市燃气管线的巡检，是一个永恒的课题，随着城市建设不断发展，历史管网和新建设的管网的，都需要进行泄漏排查、巡检，对于特大城市、人口密集度高，燃气的安全使用更加重要。
以北京为例现在高压管网泄漏排查，燃气公司的分公司级别基层单位，主要面向着城市中低压管路。中低压管路主要分布在城市的街道、胡同、小街巷、居民小区的等区域，大型检测机动车，不能行走的地区。而目前我们使用的步行小推车式燃气泄漏巡检仪，存在着滞后效应大的问题，这样就造成管网泄漏排查效率比较低。根据整个一年的运行维护所数据跟踪，市政路管网泄漏量占比约为22%，低压庭院线管网泄漏量占比大约为78%，所以低压庭院线管网泄漏次数占比还是非常高的。且庭院线泄漏多数处于居民区，社会影响较大。所以，低压庭院线泄漏定位准确率，以及如何能提高泄漏排查效能比都是一直是亟待解决的问题。
现行小推车式燃气泄漏巡检仪主要存在着如下缺陷：
①燃气检测技术，是电化学的或热催化式的，存在响应时间的长的弊病，一般在20~30秒钟，这样就造成了滞后性比较大；
②、燃气检测方式，是靠抽气到检测装置分析；
③、燃气感知方式：属于点式感知方式，小推车行走检测后，检测的是一条线，即小推车的行走轨迹；
④、小推车巡检速度比较慢，实际使用的行进速度大概只有每小时3公里且存在着严重的滞后性。
现行的手持式激光气体探测仪主要存在的缺陷是：
由于泄露气体被环境的流动气流影响，手持式激光气体探测仪在进行巡检时，提高检测准确性的方法只有弯腰尽量贴近地面进行探测。
若将手持式激光气体探测装置安装到距离地面10cm的机动车上，包括电动自行车和小型汽车，可以由贴近地面提高检测的准确性，但是由于速度对漫反射后的气体浓度有影响，因此无法直接进行应用。
在发明人之前申请的专利，申请号2019100055990，申请名称为《激光气体遥测中速度与浓度补偿方法及装置》中已经克服了电动自行车和小型汽车装备激光气体探测装置由于速度对漫反射后的气体浓度有影响而无法直接应用的缺陷，通过增加速度与浓度补偿模块使得激光气体遥测中速度与浓度补偿方法及装置在电动自行车和小型汽车装备下，在设定运动速度的前提下，完成对中低压管路的路径进行平行于地面高于地面10厘米的扫射面的巡检。
但是申请号2019100055990，申请名称为《激光气体遥测中速度与浓度补偿方法及装置》中也存在必须预先设定运动速度的缺点，并且当车体所载的激光气体遥测中速度与浓度补偿方法及装置发出告警后，运动的车体已经移动了一段距离需要倒回去一段距离寻找泄露点。为了弥补泄漏点定位及运动速度自动测定的缺点，需要完成本发明的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置由激光发生器、激光探测器、光谱分析模块、阈值设定模块、速度与浓度补偿模块、告警信号产生模块、其他通用模块、距离补偿模块、运动速度输入模块组成；其他通用模块由电源模块和计时模块组成；
电源模块用于为激光发生器、激光探测器、光谱分析模块、阈值设定模块、速度与浓度补偿模块、告警信号产生模块、计时模块、距离补偿模块、运动速度输入模块供电；
计时模块为速度与浓度补偿模块和运动速度输入模块提供时间信号；
激光发生器用于产生波长为1653nm的激光光束，能量小于10mw、线宽2MHz；
激光探测器用于接收通过漫反射返回的波长1653nm的激光光束，并将返回的激光光束传送给光谱分析模块；
光谱分析模块根据比尔朗伯定律由激光发生器发射的激光强度和激光探测器接收的激光强度计算出甲烷气体的浓度n，并将甲烷气体浓度n传递给速度与浓度补偿模块；
运动速度输入模块将由测速仪传来的运动速度信号和由计时模块传递来的时间信号传递给速度与浓度补偿模块和距离补偿模块；
速度与浓度补偿模块，对接收到的甲烷气体浓度n进行补偿计算并得出补偿后的甲烷气体浓度n0；补偿计算的方法是：设补偿系数为k，设备响应时间为t，气团长度为L，电动车速度为v，实际反应时间为t0，t0=L/v，k=t0/t=L/vt；当k小于等于1时n0=n/k，当k大于1时n0=n；速度与浓度补偿模块将n0发送给告警信号产生模块；
阈值设置模块用于设定设备响应时间t，被测气团长度L，甲烷浓度阈值N；
告警信号产生模块对比甲烷浓度阈值N与补偿后的甲烷气体浓度n0，当n0大于N时，产生告警信号；
距离补偿模块收到告警信号产生模块发出的告警信号后，发出刹车信号，并计算停车后车载的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置与泄漏点的距离S；S=（1/2）vt，v是报警时刻车的行驶速度，t是开始报警到停车的时间，S是停车后车载的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置与泄漏点的距离。
有益效果
本发明的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置进行气体测试可以在指定被测气团大小的前提下实现连续的贴地面以横扫的方式进行甲烷泄露探测和定位，具有连续性，实时性，移动性的特点，极大提高甲烷气体泄露点的巡检效率，省去了车速的预设条件，并且能够自动给出停车后车载的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置与泄漏点的距离。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
A是激光气体遥测中速度与浓度补偿的装置；B是被测气团；C是障碍物；D是测速仪
1是激光发生器；2是激光探测器；3是光谱分析模块；4是阈值设定模块；5是速度与浓度补偿模块；6是告警信号产生模块；7是其他通用模块；8是距离补偿模块；9是运动速度输入模块；71是电源模块，72是计时模块。
具体实现方式
参看图1本发明的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置A在运动中发射波长为1653nm激光经由被测气团B经由障碍物C进行漫反射返回到具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置A的在运动中的位置，测速仪D向运动速度输入模块提供实时车速，具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置A由激光发生器1、激光探测器2、光谱分析模块3、阈值设定模块4、速度与浓度补偿模块5、告警信号产生模块6、其他通用模块7、距离补偿模块8、运动速度输入模块9组成；其他通用模块7由电源模块71和计时模块72组成；
电源模块71用于为激光发生器1、激光探测器2、光谱分析模块3、阈值设定模块4、速度与浓度补偿模块5、告警信号产生模块6、计时模块72、距离补偿模块8、运动速度输入模块9供电；
计时模块72为速度与浓度补偿模块5和运动速度输入模块9提供时间信号；
激光发生器1用于产生波长为1653nm的激光光束，能量小于10mw、线宽2MHz；
激光探测器2用于接收通过漫反射返回的波长1653nm的激光光束，并将返回的激光光束传送给光谱分析模块3；
光谱分析模块3根据比尔朗伯定律由激光发生器1发射的激光强度和激光探测器2接收的激光强度计算出甲烷气体的浓度n，并将甲烷气体浓度n传递给速度与浓度补偿模块5；
运动速度输入模块9将由测速仪D传来的运动速度信号和由计时模块72传递来的时间信号传递给速度与浓度补偿模块5和距离补偿模块8；
速度与浓度补偿模块5，对接收到的甲烷气体浓度n进行补偿计算并得出补偿后的甲烷气体浓度n0；补偿计算的方法是：设补偿系数为k，设备响应时间为t，气团长度为L，电动车速度为v，实际反应时间为t0，t0=L/v，k=t0/t=L/vt；当k小于等于1时n0=n/k，当k大于1时n0=n；速度与浓度补偿模块将n0发送给告警信号产生模块6；
阈值设置模块4用于设定设备响应时间t，被测气团长度L，甲烷浓度阈值N；
告警信号产生模块6对比甲烷浓度阈值N与补偿后的甲烷气体浓度n0，当n0大于N时，产生告警信号；
距离补偿模块8收到告警信号产生模块6发出的告警信号后，发出刹车信号，并计算停车后车载的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置A与泄漏点的距离S；S=（1/2）vt，v是报警时刻车的行驶速度，t是开始报警到停车的时间，S是停车后车载的具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置A与泄漏点的距离。
Claims (1)
1.具备距离补偿功能和浓度补偿功能的激光气体探测装置，其特征在于由激光发生器、激光探测器、光谱分析模块、阈值设定模块、速度与浓度补偿模块、告警信号产生模块、其他通用模块、距离补偿模块、运动速度输入模块组成；其他通用模块由电源模块和计时模块组成；
电源模块用于为激光发生器、激光探测器、光谱分析模块、阈值设定模块、速度与浓度补偿模块、告警信号产生模块、计时模块、距离补偿模块、运动速度输入模块供电；
计时模块为速度与浓度补偿模块和运动速度输入模块提供时间信号；
激光发生器用于产生波长为1653nm的激光光束，能量小于10mw、线宽2MHz；
激光探测器用于接收通过漫反射返回的波长1653nm的激光光束，并将返回的激光光束传送给光谱分析模块；
光谱分析模块根据比尔朗伯定律由激光发生器发射的激光强度和激光探测器接收的激光强度计算出甲烷气体的浓度n，并将甲烷气体浓度n传递给速度与浓度补偿模块；
运动速度输入模块将由测速仪传来的运动速度信号和由计时模块传递来的时间信号传递给速度与浓度补偿模块和距离补偿模块；
速度与浓度补偿模块，对接收到的甲烷气体浓度n进行补偿计算并得出补偿后的甲烷气体浓度n0；补偿计算的方法是：设补偿系数为k，设备响应时间为t，气团长度为L，电动车速度为v，实际反应时间为t0，t0=L/v，k=t0/t=L/vt；当k小于等于1时n0=n/k，当k大于1时n0=n；速度与浓度补偿模块将n0发送给告警信号产生模块；
阈值设置模块用于设定设备响应时间t，被测气团长度L，甲烷浓度阈值N；
告警信号产生模块对比甲烷浓度阈值N与补偿后的甲烷气体浓度n0，当n0大于N时，产生告警信号；
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| GR01 | Patent grant | ||
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