CN113588567A - 基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法 - Google Patents
基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113588567A CN113588567A CN202111009914.0A CN202111009914A CN113588567A CN 113588567 A CN113588567 A CN 113588567A CN 202111009914 A CN202111009914 A CN 202111009914A CN 113588567 A CN113588567 A CN 113588567A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- vacuum pipeline
- pipeline
- vacuum
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 132
- 238000004867 photoacoustic spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000001834 photoacoustic spectrum Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 82
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 5
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000001307 laser spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D5/00—Protection or supervision of installations
- F17D5/005—Protection or supervision of installations of gas pipelines, e.g. alarm
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D5/00—Protection or supervision of installations
- F17D5/02—Preventing, monitoring, or locating loss
- F17D5/06—Preventing, monitoring, or locating loss using electric or acoustic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
- G01N2021/1704—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids in gases
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，包括设置在管道内壁上的多个探测单元，所述的探测单元包括相对应设置的激光器和声波探测器；所述的每一个声波探测器均设置有与其在管道内位置所对应的唯一的编码标签；所述的激光器包括激光发射器和光学斩波器；所述的激光器和声波探测器通过沿真空管道内壁设置的信号线路与控制中心连接；本发明还公开了基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置的检测方法，实现实时在线监测，准确判断漏气位置和异常气体集聚位置，检测灵敏度高、响应时间快、降低检测成本、不影响车辆正常行驶，不破坏管道内真空环境。
Description
技术领域
本发明属于真空管道交通与真空检漏技术领域，具体涉及基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法。
背景技术
高铁和磁悬浮列车，当速度超过300km/h后，空气阻力则成为主要的运行阻力，速度超过350km/h时，空气阻力达到列车运行总阻力的85％以上。要想进一步提高速度，则必须降低气动阻力。现有列车均通过优化车辆轮廓(如流线形车头、车尾)有效降低了气动阻力，然而，应用此法降低气动阻力已接近其潜力极限。要想让列车达到600km/h以上的高速，一种可行、有效的方法是，在地面或地下建设管道，管道内抽成一定真空，磁悬浮列车在真空管道中行驶。由于消除了气动阻力和摩擦阻力，运行车辆不仅可达到600km/h以上高速，甚至超音速、高超音速，而且能耗低，气动噪声、气动振动小。这就是真空管道高速磁浮交通(简称真空管道交通，Vacuum Tube Transportation)。
真空管道交通区别于现有铁路和磁悬浮列车的主要特征是，建设有管道并抽成真空，即真空管道。真空管道交通能够正常、低能耗、高效运行的基本条件和要求是，管道不允许漏气，管道内不能有气体积累，真空度能够较长时间保持。一旦出现漏孔、漏缝，必须尽快修复；一旦出现异常气体积累，必须尽快排出。因此，管道内气体检测，尤其是检漏，是保障真空管道交通正常运行的重要工作之一。
传统的真空检漏方法有：压降法、听音法、超声法、气泡法、氨检漏法、卤素检漏仪法、放射性同位素气体法、氦质谱检漏法。
压降法也即压力检测法，是通过气压表或气压型真空计对压力变化进行检测，从而判断真空容器是否漏气。对于小型真空容器，可以用充入高压空气的方法，但真空管道交通的管道是超大型真空腔体，一次抽真空的能耗很大、时间很长，内部需要长期保持低压真空，不适合用以破坏真空为代价的充气方法检漏。真空管道交通的真空管道，在无车辆运行干扰的行车窗口期，如在某区间有明显、快速的气压升高，则可知该处管道发生漏气。用这种方法对真空管道交通管道进行检漏，存在灵敏度低、漏孔位置不易确定的问题。
听音法是在容器内充入约3个大气压的空气，通过人耳听是否有咝咝声来判断有无漏气现象。超声法、气泡法也是充入约3个大气压的空气，用超声波或涂抹肥皂液来判断是否漏气。
氨检漏法是在容器内充入约3个大气压的氨气，通过试纸颜色变化来判断是否漏气并确定漏孔位置。
上述真空检漏方法只适合实验室、小型容器，不适合超大型的、需要长期保持真空的真空管道交通真空腔体的实时、在线检漏。
放射性同位素气体法、氦质谱检漏法也仅适合实验室以及小型真空设备检漏，不适用于真空管道交通的气体检测与管道检漏。
随着各类光源技术、入射激励方式和光学检测方式的快速发展，激光光谱技术检测方法对气体的探测灵敏度和信噪比均得到大幅度提高，在气体检测领域获得越来越多应用。激光光谱技术气体检测方法具有信号选择性强、反应时间短、无环境影响等优点，适合实时、在线检测，通过适当的设计和创造性设置，有可能为真空管道交通提供一种高灵敏度、时效性强、简便和低成本的管道气体检测与检漏方法。
激光光谱技术又可分为直接吸收光谱技术和间接吸收光谱技术两大类。直接吸收光谱技术是根据Lambert-Beer定律，通过探测光束经过气体物质前后的光强变化量来获取气体浓度信息；间接吸收光谱技术的基本原理是，气体分子或者原子在吸收激光的能量，跃迁到激发态后，气体分子或者原子重新回到基态，会根据能量守恒原则释放荧光、热波或声波等能量信息，通过探测该能量信息就可以反推出气体的浓度信息。因此，当测量的气体中不包含目标气体时，就不存在以上几种能量信息，即测量的信号为零。一旦气室中存在微量的目标气体，就会产生信号，在一个无背景干扰的基础上测量一个小信号，这就是间接吸收光谱技术的独特优势。
光声光谱是间接吸收光谱技术中的一种，基本原理是，待测的气体分子或原子在吸收对应波长的激光能量后，会从分子的基态吸收能量跃迁到激发态，然后通过分子碰撞(无幅射跃迁)重新回到基态并将分子的内能耗散，这个过程会使局部空间内气体的温度升高，气体的体积也会因此膨胀(图1)。如果激光器的波长偏离了气体的吸收限，气体的体积就停止膨胀。因此，采用波长调制形式，以一定的调制激光的波长，会导致气体的体积也以相同的频率膨胀和收缩，气体的压强会以周期性的规律进行变化，从而形成周期性声波。用适当的技术对该声波进行探测、测量，即可判断气体浓度变化。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法，及时发现真空管道漏气和探测异常气体积累，准确判断漏孔位置，灵敏度高、时效性强、操作简便、成本低。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，包括设置在管道内壁上的多个探测单元，所述的探测单元包括相对应设置的激光器和声波探测器；
所述的每一个声波探测器均设置有与其在真空管道内位置所对应的唯一的编码标签；
所述的激光器包括激光发射器和光学斩波器；
所述的激光器和声波探测器通过沿真空管道内壁设置的信号线路与控制中心连接，所述的控制中心设置有漏气报警器；
所述的探测单元对相应区域的真空管道内部气体浓度变化进行探测：所述的激光发射器发射激光光路，光学斩波器对激光光路的光束进行强度调制，产生同样频率的声波能量，所述的声波探测器收取声波能量并将声波信号转变为电流信号；
电流信号通过信号线路传输到控制中心，漏气报警器报警，根据声波能量大小推算出气体的浓度信息变化，判断真空管道内异常气体积累或者管道泄漏，再根据所在探测单元声波探测器编码标签判断真空管道的泄露位置。
本发明还具有以下技术特征：
优选的，所述的声波探测器和控制中心之间设置有放大电流信号的锁相放大器；
所述的光学斩波器和控制中心之间并联设置有扫描光学斩波器的波长与频率的函数发生器一和调谐光学斩波器的波长与频率的函数发生器二。
优选的，所述的一个探测单元由一个激光器和多个分布式布置的声波探测器组成；
所述的探测单元沿真空管道内壁连续布置。
优选的，所述的激光器与声波探测器集成一体式结构。
优选的，所述的激光器采用双方向发射激光器。
优选的，所述的激光器设置在真空管道内侧壁，激光光路跟真空管道平行；声波探测器分布设置在激光光路对应的真空管道内侧壁。
优选的，所述的激光器采用智能旋转激光器，激光发射器可多角度旋转；
激光器设置在真空管道内顶部、侧部或底部，激光光路不平行于管道；声波探测器设置在真空管道内顶部、侧部或底部。
本发明还保护如上所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置的检测方法，具体包括以下步骤：
步骤一：对管道抽真空，达到车辆运行所要求的额定真空度；同步调谐激光器，使其输出具有一定波长范围且包含泄漏气体特征谱线或波长的激光，完成激光光谱或波长标定；在抽真空过程中，根据气体浓度的变化曲线，对声波探测器进行标定；
步骤二：真空管道内车辆正常运行后，在车辆按规定速度通过时，对全真空管道线路内部所有探测单元的光声光谱进行标定；
步骤三：保持所有探测单元处于开机工作状态，当管道发生泄漏，漏气报警器报警，控制中心指示管道泄漏位置；
步骤四：全管道线路停止运行，关闭泄漏管道前后两边相邻的两个气闸门；
步骤五：检漏人员到达泄漏管段处，用精确检漏方法寻找、确定漏孔或漏缝。
优选的，采用间歇式探测方法对真空管道进行检漏，即沿线探测单元平常处于关机状态，每隔一定时间打开一次，对管道进行检漏。
优选的，采用择机开机探测方法对真空管道进行检漏，即对不通过车辆区段管道、不受车辆运行干扰区段管道开机检漏，以及利用行车天窗时间进行检漏，择机开机的时间点根据车辆运行时刻表规划确定，由预先编制的程序发出启动和关机指令。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明有效利用高灵敏度的气体探测技术，实现对真空交通管道的大型空间泄漏和异常气体积累的检测，判断漏气位置和异常气体集聚位置，检测灵敏度高，响应时间快；激光发射器、声波探测器覆盖距离大，有利于提高探测效率，降低检测成本；
本发明可采用间歇式探测方法或择机开机探测方法对真空管道进行检漏，实现实时在线监测，不影响车辆正常行驶，不破坏管道内真空环境。
附图说明
图1为光声光谱气体检测基本原理图；
图2为本发明基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置示意图，图中激光器3、声波探测器4设置在管道1内顶部；
图3为本发明基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置断面图，图中激光器3、声波探测器4设置在管道1内顶部；
图4为本发明基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置示意图；
图5为本发明基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置示意图，图中激光器3、声波探测器4设置在管道1内侧面；
图6为曲线管道侧壁设置探测单元6平面示意图，探测单元6设置在曲线外径一侧；
图7为曲线管道顶部设置探测单元6平面示意图；
图8为激光光路与管道水平方向之间存在一个夹角的激光器3、声波探测器4设置示意图，其中激光器3设置在管道内顶部，声波探测器4设置在管道内底部；
图9为采用双方向发射激光器3，双方向光路5均与管道1纵向成一定夹角，图中声波探测器4在管道内顶部；
图10为双方向发射激光器3，双方向光路5均与管道1纵向成一定夹角，图中声波探测器4在管道内底部；
图11为择机开机探测模式下判断管道泄漏及漏孔位置的实施方法原理图，图中泄漏的左向前锋气体71到达漏孔左侧探测单元6的激光器3发射的激光光路5上，并被激励发出声波；
图12为择机开机探测模式下判断管道泄漏及漏孔位置的实施方法原理图，图中泄漏的右向前锋气体71到达漏孔右侧探测单元6的激光器3发射的激光光路5上，并被激励发出声波；
图中各标号的含义为：1-真空管道，2-车辆，3-激光器，4-声波探测器；5-激光光路，6-探测单元，7-气体，81-函数发生器一，82-函数发生器二，83-锁相放大器，9-控制中心，10-漏孔；
101-弦距(a)；31-光学斩波器，32-激光发射器；71-前锋气体。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
如图1至12所示，基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，包括设置在真空管道1内壁上的多个探测单元6，对相应区域的管道内部气体7浓度变化进行探测。探测单元6包括相对应设置的激光器3和声波探测器4；
每一个声波探测器4均设置有与其在真空管道1内位置所对应的唯一的编码标签，对应其所在位置；
激光器3包括激光发射器32和光学斩波器31；激光发射器32的作用是发射激光，光学斩波器31的作用是对激光光束进行强度调制，产生同样频率的声波能量。
激光器3和声波探测器4通过沿真空管道1内壁设置的信号线路与控制中心9连接，控制中心9设置有漏气报警器。
声波探测器4和控制中心9之间设置有放大电流信号的锁相放大器83；
光学斩波器31和控制中心9之间并联设置有扫描光学斩波器31的波长与频率的函数发生器一81和调谐光学斩波器31的波长与频率的函数发生器二82。
一个探测单元6由一个激光器3和多个分布式布置的声波探测器4组成；
探测单元6沿真空管道1内壁连续布置，从而实现真空管道1线路全覆盖检漏。
为方便安装施工，激光器3与声波探测器4可集成为一体式结构；不足之处是，由于声波探测器4数量减少，相邻探测单元6的声波探测器4之间的距离增大，降低探测灵敏度。若增加声波探测器数量4，则会相应增加激光器3，相应增加设备成本。
激光器3可采用双方向发射激光器，双方向激光光路5均平行于管道1，但方向相反；或者双方向光路均与管道1纵向成一定夹角，如图9所示。
激光器3设置在真空管道1内侧壁，激光光路5跟真空管道1平行，如图5所示；声波探测器4分布设置在激光光路5对应的真空管道1内侧壁，间隔距离越小，即声波探测器4布置越密，探测越灵敏，位置探测精度越高，但相应增加设备成本。一个探测单元6内的激光光路5不允许有异物遮挡。
在曲线管道区间，包括激光器3和声波探测器4的探测单元6应设置在真空管道1内侧壁外径一侧，这时一个探测单元6的激光器3与该探测单元6内最远处声波探测器4之间的距离(弦长)所形成的弦距(a，弦长中点到外径圆的垂直距离)101不得大于真空管道1的内径d，如图6所示。
在曲线管道区间，当探测单元6设置在真空管道1顶部时，探测单元6的长度(弦长)所形成的弦距(a，弦长中点到外径圆的垂直距离)101不得大于真空管道1的内径d的一半，如图7所示。
激光器3可采用智能旋转激光器，激光发射器32可多角度旋转，让发射激光5对真空管道1内进行扫描，当探测到泄漏气体7或异常气体时，根据不同位置声波探测器4探测到的声波强度，即可推算出气团位置，扩散范围和扩散速度，从而判断真空管道1泄漏位置或异常气体集聚位置。
激光器3可设置在真空管道1内顶部、侧部或底部，激光光路5不平行于真空管道1，有一定夹角；声波探测器4可设置在真空管道1内顶部、侧部或底部适当位置。图8所示为激光器3设置在真空管道1内顶部，声波探测器4设置在真空管道1内底部，激光光路5不平行于真空管道1，有一定夹角。
声波探测器4为高灵敏度麦克风(电容、电压式，或新型薄膜型)，或悬臂梁、音叉式石英晶振(简称为音叉)，用来收取声波能量并将声波信号转变为电流信号。
基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置工作原理是，声波的能量与被测气体浓度、激光器3的功率成正比例关系，通过声波探测器4收取声波能量，再通过声波探测器4的电流大小来衡量声波能量大小，从而推算出气体7的浓度信息变化，判断真空管道1内异常气体积累或管道泄漏，再根据所在探测单元6声波探测器4的编码标签信息，进一步判断异常气体积累位置和真空管道1泄漏位置，达到管道内气体检测和管道检漏目的，如图4所示。
气体分子吸收激光能量后产生的声波信号一般较弱，声波探测器4产生的电流信号也会很低，因此设置锁相放大器83对电流信号放大后再传送到控制中心9，同时，采用函数发生器一81用于扫描光学斩波器31的波长与频率，采用函数发生器二82用于调谐光学斩波器31的波长与频率。
基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：对管道抽真空，达到车辆2运行所要求的额定真空度；同步调谐激光器3，使其输出具有一定波长范围且包含泄漏气体特征谱线或波长的激光，完成激光光谱或波长标定；在抽真空过程中，根据气体浓度的变化曲线，对声波探测器4进行标定；
步骤二：真空管道1内车辆2正常运行后，在车辆2按规定速度通过时，对全真空管道1线路内部所有探测单元6的光声光谱进行标定，这时的光声光谱是由于高速通过车辆2气动压力形成的气流增量激发的声波所致，对真空管道1检漏而言属于干扰气流；
步骤三：保持所有探测单元6处于开机工作状态，基于上述各步骤的标定结果，当某处管道发生泄漏，泄漏气体7弥漫到激光光路5上，声波探测器4探测到异常声波，传递到控制中心9，触发漏气报警器，并指示真空管道1泄漏位置；
步骤四：全真空管道1线路停止运行，关闭泄漏管段前后两边相邻的两个气闸门；若属于影响较小的缓慢漏气，则等到运行天窗时间，如晚上车辆2停止运行期间，再关闭泄漏管道前后两边相邻的两个气闸门；
步骤五：检漏人员到达泄漏管段处，用传统的精确检漏方法寻找、确定漏孔或漏缝；由检漏机器人检漏、寻找、确定漏孔或漏缝。
确定漏孔或漏缝后由堵漏、修复机器人对漏孔或漏缝堵漏、修复，完成修复后对泄漏处相邻两气闸门之间的管段内补抽真空，直到达到额定真空度；最后打开两个气闸门，真空管道1全线路恢复通车运营。
可采用间歇式探测方法对真空管道1进行检漏，即沿线探测单元平常处于关机状态，无车辆通过时，每隔一定时间打开一次，对真空管道1进行检漏。
可采用择机开机探测方法对真空管道1进行检漏，即对不通过车辆2区段真空管道1、不受车辆2运行干扰区段真空管道1开机检漏，以及利用行车天窗时间进行检漏，择机开机的时间点根据车辆2运行时刻表规划确定，由预先编制的程序发出启动和关机指令。
采用择机开机探测模式判断管道泄漏及漏孔位置的原理如下：
若真空管道1出现漏孔10，发生气体7泄漏，在无外界干扰的情况下，泄漏气体7将会向漏孔两侧弥漫。
当前锋气体71(Qz1)遇到激光光路5被激励时，发出光声光谱，被漏孔左侧声波探测器4(Hz1、Hz2、Hz3、Hz4……)探测到。根据各声波探测器4(Hz1、Hz2、Hz3、Hz4……)探测到的声波强度和时序，控制中心9计算机即可推算出泄漏气体7的弥漫方向。
跟前锋气体71(Qz1)同步向右弥漫的前锋气体71(Qy1)这时还没到达漏孔10右侧探测单元6的激光光路5，且不被激励发出声波。
当向右弥漫的前锋气体71到达Qy2位置时，被漏孔10右侧探测单元6的激光光路5激励发出声波，被漏孔10右侧声波探测器4(Hy1、Hy2、Hy3、Hy4……)探测到。根据各声波探测器4(Hy1、Hy2、Hy3、Hy4……)探测到的声波强度和时序，控制中心9计算机即可推算出泄漏气体71向右弥漫的时间序列。
根据漏孔10左侧声波探测器4(Hz1、Hz2、Hz3、Hz4……)和漏孔10右侧声波探测器4(Hy1、Hy2、Hy3、Hy4……)探测到的声波强度和时间序列，控制中心9计算机即可推算出漏孔10位于声波探测器Hz1和Hy1之间。
最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，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等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在发明的保护范围当中。
Claims (10)
1.基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，其特征在于，包括设置在真空管道(1)内壁上的多个探测单元(6)，所述的探测单元(6)包括相对应设置的激光器(3)和声波探测器(4)；
所述的每一个声波探测器(4)均设置有与其在真空管道(1)内位置所对应的唯一的编码标签；
所述的激光器(3)包括激光发射器(32)和光学斩波器(31)；
所述的激光器(3)和声波探测器(4)通过沿真空管道(1)内壁设置的信号线路与控制中心(9)连接，所述的控制中心(9)设置有漏气报警器；
所述的探测单元(6)对相应区域的真空管道(1)内部气体(7)浓度变化进行探测：所述的激光发射器(32)发射激光光路(5)，光学斩波器(31)对激光光路(5)的光束进行强度调制，产生同样频率的声波能量，所述的声波探测器(4)收取声波能量并将声波信号转变为电流信号；
电流信号通过信号线路传输到控制中心(9)，漏气报警器报警，根据声波能量大小推算出气体(7)的浓度信息变化，判断真空管道(1)内异常气体积累或者管道泄漏，再根据所在探测单元(6)声波探测器(4)编码标签判断真空管道(1)的泄露位置。
2.如权利要求1所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，其特征在于，所述的声波探测器(4)和控制中心(9)之间设置有放大电流信号的锁相放大器(83)；
所述的光学斩波器(31)和控制中心(9)之间并联设置有扫描光学斩波器(31)的波长与频率的函数发生器一(81)和调谐光学斩波器(31)的波长与频率的函数发生器二(82)。
3.如权利要求1所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，其特征在于，所述的一个探测单元(6)由一个激光器(3)和多个分布式布置的声波探测器(4)组成；
所述的探测单元(6)沿真空管道(1)内壁连续布置。
4.如权利要求3所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，其特征在于，所述的激光器(3)与声波探测器(4)集成一体式结构。
5.如权利要求3所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，其特征在于，所述的激光器(3)采用双方向发射激光器。
6.如权利要求3所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，其特征在于，所述的激光器(3)设置在真空管道(1)内侧壁，激光光路(5)跟真空管道(1)平行；声波探测器(4)分布设置在激光光路(5)对应的真空管道(1)内侧壁。
7.如权利要求3所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，其特征在于，所述的激光器(3)采用智能旋转激光器，激光发射器(32)可多角度旋转；
激光器(3)设置在真空管道(1)内顶部、侧部或底部，激光光路(5)不平行于真空管道(1)；声波探测器(4)设置在真空管道(1)内顶部、侧部或底部。
8.如权利要求1至7任一项所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置的检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：对管道抽真空，达到车辆(2)运行所要求的额定真空度；同步调谐激光器(3)，使其输出具有一定波长范围且包含泄漏气体特征谱线或波长的激光，完成激光光谱或波长标定；在抽真空过程中，根据气体浓度的变化曲线，对声波探测器(4)进行标定；
步骤二：真空管道(1)内车辆(2)正常运行后，在车辆(2)按规定速度通过时，对全真空管道(1)线路内部所有探测单元(6)的光声光谱进行标定；
步骤三：保持所有探测单元(6)处于开机工作状态，当管道发生泄漏，漏气报警器报警，控制中心(9)指示管道泄漏位置；
步骤四：全真空管道(1)线路停止运行，关闭泄漏管段前后两边相邻的两个气闸门；
步骤五：检漏人员到达泄漏管段处，用精确检漏方法寻找、确定漏孔或漏缝。
9.如权利要求8所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体的检测方法，其特征在于，采用间歇式探测方法对真空管道(1)进行检漏，即沿线探测单元平常处于关机状态，每隔一定时间打开一次，对真空管道(1)进行检漏。
10.如权利要求8所述的基于光声光谱的激光痕量真空管道气体的检测方法，其特征在于，采用择机开机探测方法对真空管道(1)进行检漏，即对不通过车辆(2)区段真空管道(1)、不受车辆(2)运行干扰区段真空管道(1)开机检漏，以及利用行车天窗时间进行检漏，择机开机的时间点根据车辆(2)运行时刻表规划确定，由预先编制的程序发出启动和关机指令。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111009914.0A CN113588567B (zh) | 2021-08-31 | 2021-08-31 | 基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111009914.0A CN113588567B (zh) | 2021-08-31 | 2021-08-31 | 基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113588567A true CN113588567A (zh) | 2021-11-02 |
| CN113588567B CN113588567B (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=78240269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111009914.0A Active CN113588567B (zh) | 2021-08-31 | 2021-08-31 | 基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113588567B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117927884A (zh) * | 2024-03-21 | 2024-04-26 | 天津市正方科技发展有限公司 | 一种基于声学和振动传感器的管道泄漏检测装置及方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04122833A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-23 | Yamaha Corp | 漏れ試験方法および装置 |
| DE19650257A1 (de) * | 1996-12-04 | 1998-06-10 | Gerhart Schroff | Verfahren und Anordnung zur integralen Dichtheitsprüfung |
| US5917193A (en) * | 1995-01-14 | 1999-06-29 | Schroff; Gerhart | Method and apparatus for detecting leaks in a container |
| US20080196477A1 (en) * | 2005-07-06 | 2008-08-21 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Photo-Acoustic Spectrometer Apparatus |
| CN103472002A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 山东大学 | 一种光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 |
| CN108801928A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-13 | 南昌航空大学 | 一种基于光声光谱分布式光纤气体检测装置 |
| KR102014763B1 (ko) * | 2019-06-24 | 2019-10-23 | (주)탑환경기술 | 관거시설의 누설검사장치 및 방법 |
| CN111579495A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-25 | 湖北鑫英泰系统技术股份有限公司 | 一种光声光谱油气监测单元 |
-
2021
- 2021-08-31 CN CN202111009914.0A patent/CN113588567B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04122833A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-23 | Yamaha Corp | 漏れ試験方法および装置 |
| US5917193A (en) * | 1995-01-14 | 1999-06-29 | Schroff; Gerhart | Method and apparatus for detecting leaks in a container |
| DE19650257A1 (de) * | 1996-12-04 | 1998-06-10 | Gerhart Schroff | Verfahren und Anordnung zur integralen Dichtheitsprüfung |
| US20080196477A1 (en) * | 2005-07-06 | 2008-08-21 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Photo-Acoustic Spectrometer Apparatus |
| CN103472002A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 山东大学 | 一种光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 |
| CN108801928A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-13 | 南昌航空大学 | 一种基于光声光谱分布式光纤气体检测装置 |
| KR102014763B1 (ko) * | 2019-06-24 | 2019-10-23 | (주)탑환경기술 | 관거시설의 누설검사장치 및 방법 |
| CN111579495A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-25 | 湖北鑫英泰系统技术股份有限公司 | 一种光声光谱油气监测单元 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117927884A (zh) * | 2024-03-21 | 2024-04-26 | 天津市正方科技发展有限公司 | 一种基于声学和振动传感器的管道泄漏检测装置及方法 |
| CN117927884B (zh) * | 2024-03-21 | 2024-05-28 | 天津市正方科技发展有限公司 | 一种基于声学和振动传感器的管道泄漏检测装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113588567B (zh) | 2024-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104237135A (zh) | 基于石英音叉增强型光声光谱技术的co气体检测系统及方法 | |
| CN105424631B (zh) | 一种基于紫外可见波段吸收光谱的超高灵敏度氮氧化物测量系统 | |
| CN101498690B (zh) | 在线式电力变压器故障监测系统 | |
| US3771350A (en) | Pipeline leak detector | |
| US5917193A (en) | Method and apparatus for detecting leaks in a container | |
| CN108801927B (zh) | 一种利用光致超声法检测乙炔气体浓度的装置及方法 | |
| CN113588567B (zh) | 基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法 | |
| CN105651374A (zh) | 单管共轴光声光谱测声器及采用该测声器的气体探测装置 | |
| CN102169085B (zh) | 温度可控光声吸收光谱测量装置 | |
| CN104315348A (zh) | 基于多次反射光路的天然气管道泄漏车载检测设备 | |
| CN104280340A (zh) | 基于led光源并采用电学调制相消法的气体探测装置及方法 | |
| CN107867129B (zh) | 胎压检测方法和装置 | |
| CN207730930U (zh) | 一种可测量臭氧浓度分布的走航激光雷达系统 | |
| CN110261349A (zh) | 基于tdlas的气体浓度测量方法及装置 | |
| KR101795992B1 (ko) | 테라헤르츠파를 이용한 튜브 형태 시편 분석장치 및 이를 이용한 튜브 형태 시편 분석방법 | |
| CN109085134A (zh) | 一种气体泄漏红外检测仪及其检测方法 | |
| CN112098355A (zh) | 一种适用于宽带发散光束的光声光谱痕量气体检测装置 | |
| CN100383496C (zh) | 一种适用于井下石油流量测量的超声方法及测量装置 | |
| CN113719763B (zh) | 基于激光痕量气体吸收光谱的真空管道检漏装置与方法 | |
| CN102539330A (zh) | 可用于无创血糖检测的非共振双腔光声池及检测方法 | |
| CN208311966U (zh) | 管道泄漏监测装置 | |
| CN113281263A (zh) | 一种基于t型光声池的差分光声微量气体检测装置 | |
| CN114607944A (zh) | 一种天然气管道泄漏监测装置及方法 | |
| CN202994656U (zh) | 开路激光甲烷气体检测系统 | |
| CN114354500A (zh) | 一种光声池检测结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |