CN116106261A - 一种集成云台激光检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种集成云台激光检测装置及检测方法，涉及激光检测技术领域，包括底座组件、侧板组件和核心筒组件，底座组件与侧板组件固定连接，且底座组件的竖向横截面呈L形，侧板组件位于底座组件的上方右侧面，侧板组件远离底座组件的一侧与核心筒组件固定连接，且核心筒组件位于底座组件的L形凹槽内；在核心筒组件的核心筒壳体的一侧依次设置有激光检测模块、准直器和相机模块，在核心筒组件下方的底座组件上设置有校准气池；本申请解决了现有技术中气体激光检测装置存在的体积较大、检测精度较低的技术问题。

Description

一种集成云台激光检测装置及检测方法

技术领域

本申请涉及激光检测技术领域，尤其涉及一种集成云台激光检测装置及检测方法。

背景技术

大多数气体都有自己的红外吸收光谱，激光穿过气体后通过分析和计算光信号变化能够获得气体浓度信息，从而实现对气体浓度的测量。基于该原理的激光甲烷遥测仪发出激光，激光被反射面（墙面、草地、木板等）反射回来后，被激光甲烷遥测仪接收端接收到，通过可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术，获取到反射光中携带的气体浓度信息。激光甲烷遥测仪目前已经得到了比较广泛的应用。

申请号为202011535553.9的发明申请公开了一种激光甲烷遥测云台及其使用方法，通过设置激光遥测装置、摄像头、电机和底座，通过动态采集场景内各点发射激光，并根据激光吸收光谱技术计算探测光路上甲烷气体的浓度，并在确定甲烷气体浓度过高时录制报警视频，以提高激光甲烷遥测云台的检测效率和检测精度。但是该装置体积较大，重量较重，维保难度大，此外该方案对不同坐标的甲烷气体只进行一次浓度检测，检测后即判断是否有甲烷气体泄漏，检测精度有限，检测误差较大。

基于上述情况，本申请提供了一种集成云台激光检测装置及检测方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种集成云台激光检测装置及检测方法，旨在解决现有技术中的气体浓度激光检测装置存在的体积较大、检测精度较低的技术问题。

本申请实施例提供了一种集成云台激光检测装置，所述装置包括：

底座组件、侧板组件和核心筒组件，所述底座组件与所述侧板组件固定连接，且所述底座组件的竖向横截面呈L形，所述侧板组件位于所述底座组件的上方右侧面，所述侧板组件远离所述底座组件的一侧与所述核心筒组件固定连接，且所述核心筒组件位于所述底座组件的L形凹槽内；在所述核心筒组件的核心筒壳体的一侧依次设置有激光检测模块、准直器和相机模块，所述激光检测模块用于发射检测激光，所述准直器用于调节检测激光的方向，所述相机模块用于记录泄露点；在所述核心筒组件下方的所述底座组件上设置有校准气池，所述校准气池用于对所述激光检测模块进行校准。

优选的，所述底座组件依次包括第一底座、第二底座和弧形竖板，所述第一底座与所述第二底座活动连接，所述弧形竖板固定连接在所述第二底座的一侧，所述校准气池设置在所述第二底座的顶部；所述侧板组件与所述弧形竖板固定连接；在所述第一底座远离所述弧形竖板的一侧设置有电缆接口。

优选的，在所述弧形竖板内设置有水平驱动模块，所述水平驱动模块用于驱动所述核心筒组件的平移。

优选的，在所述第一底座的内部设置有用于记录旋转角度的编码器。

优选的，所述校准气池与所述第二底座的顶部通过螺纹压紧压板和硅胶垫固定连接。

优选的，所述侧板组件包括电机驱动模块和齿轮模块，所述电机驱动模块和所述齿轮模块电连接；所述齿轮模块包括主动轮和从动轮，所述主动轮与所述电机驱动模块电连接，所述从动轮与所述核心筒组件连接，使得所述电机驱动模块驱动所述齿轮模块，以利用所述齿轮模块调整所述核心筒组件的俯仰角度。

优选的，在所述从动轮的一侧设置有挡板，在所述从动轮的上方设置有光电传感器。

优选的，在所述核心筒组件上位于所述激光检测模块的一侧设置有清洁雨刷。

优选的，在所述核心筒壳体的外侧面固定设置有遮阳罩。

本申请实施例的另一方面提供了一种集成云台激光检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S101：所述激光检测模块输出波长在2.0-2.4μm间的第一检测激光，所述第一检测激光的谱线宽度小于2nm；所述相机模块接受所述第一检测激光的反射激光；所述第一检测激光的反射激光进入所述校准气池对甲烷气体进行检测；

S102：所述激光检测模块输出波长在2.4-2.8μm间的第二检测激光，所述第二检测激光的谱线宽度小于2.5nm；所述相机模块接受所述第二检测激光的反射激光；所述第二检测激光的反射激光进入所述校准气池对甲烷气体进行检测；

S103：所述激光检测模块输出波长在2.8-3.2μm间的第三检测激光，所述第三检测激光的谱线宽度小于3nm；所述相机模块接受所述第三检测激光的反射激光；所述第三检测激光的反射激光进入所述校准气池对甲烷气体进行检测；

S104：所述准直器调节检测激光的方向角度；

S105：所述激光检测模块输出波长在2.0-2.4μm间的第四检测激光，所述第四检测激光的谱线宽度小于2nm；所述相机模块接受所述第四检测激光的反射激光；所述第四检测激光的反射激光进入所述校准气池对甲烷气体进行检测；

S106：所述激光检测模块输出波长在2.4-2.8μm间的第五检测激光，所述第五检测激光的谱线宽度小于2.5nm；所述相机模块接受所述第五检测激光的反射激光；所述第五检测激光的反射激光进入所述校准气池对甲烷气体进行检测；

S107：所述激光检测模块输出波长在2.8-3.2μm间的第六检测激光，所述第六检测激光的谱线宽度小于3nm；所述相机模块接受所述第六检测激光的反射激光；所述第六检测激光的反射激光进入所述校准气池对甲烷气体进行检测；

S108：基于所述第一检测激光的反射激光、所述第二检测激光的反射激光、所述第三检测激光的反射激光，计算甲烷气体密度；基于所述第四检测激光的反射激光、所述第五检测激光的反射激光、所述第六检测激光的反射激光，计算甲烷气体密度；

计算公式如下：

其中，，c为光速，为第一检测激光的反射激光吸收峰的波长，、、、、以此类推；

L为校准气池的长度；

h为普朗克常量；

B为甲烷吸收跃迁常数；

，为第一检测激光的强度，为第一检测激光的反射激光强度，、、、、以此类推；

S109：选择、中的最大值作为甲烷气体的测量浓度。

与现有技术相比，本申请能够达到以下有益效果：

通过设置激光检测模块、准直器和相机模块，将激光检测、泄漏点判定、检测记录、巡航路径管理和网络通信等都集成在一个云台上，使得集成云台激光检测装置成为完整功能的监控报警设备，即使后台系统离线，装置也能够独立不间断的进行现场气体泄漏监控，并在系统连线恢复后同步断点报警数据。

本申请提供的集成云台激光检测装置及检测方法，可以实现闭环控制，检测精度提高，功率降低，体积缩小，重量减轻，还能够实现即插即用自动恢复巡航、云台集成气体浓度检测、报警和轨迹控制功能。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种集成云台激光检测装置的平面结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种集成云台激光检测装置的立体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种集成云台激光检测装置中底座组件的具体结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种集成云台激光检测装置中侧板组件的具体结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种集成云台激光检测装置中核心筒组件的具体结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种集成云台激光检测装置的上位机界面的示意图。

图中符号说明：

1、底座组件，11、第一底座，12、第二底座，13、弧形竖板，14、校准气池，15、电缆接口，16、水平驱动模块，2、侧板组件，21、电机驱动模块，22、主动轮，23、从动轮，24、挡板，25、光电传感器，3、核心筒组件，31、激光检测模块，32、准直器，33、相机模块，34、核心筒壳体，35、清洁雨刷，36、遮阳罩。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1和图2所示，为本申请实施例提供的一种集成云台激光检测装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在其中一实施例中，一种集成云台激光检测装置，包括：

底座组件1、侧板组件2和核心筒组件3，底座组件1与侧板组件2固定连接，且底座组件1的竖向横截面呈L形，侧板组件2位于底座组件1的上方右侧面，侧板组件2远离底座组件1的一侧与核心筒组件3固定连接，且核心筒组件3位于底座组件1的L形凹槽内。

优选的，底座组件1可以与侧板组件2通过螺丝固定连接，侧板组件2远离底座组件1的一侧与核心筒组件3也可以通过螺丝固定连接。

请参阅图2和图3，底座组件1依次包括第一底座11、第二底座12和弧形竖板13，第一底座11与第二底座12活动连接，弧形竖板13固定连接在第二底座12的一侧，校准气池14设置在第二底座12的顶部；侧板组件2与弧形竖板13固定连接；在第一底座11远离弧形竖板13的一侧设置有电缆接口15。

在本申请实施例中，电缆接口15可以用于集成云台激光检测装置与外部的数据传输接口和供电接口。

优选的，第一底座11与第二底座12可以为半径相同的圆形，弧形竖板13的横向横截面可以为圆弧形，圆弧形的半径可以与第一底座11、第二底座12的半径相同。第一底座11、第二底座12与弧形竖板13共同组成竖向横截面呈L形的底座组件1，在第二底座12的顶部与弧形竖板13之间形成平台。

在弧形竖板13内设置有水平驱动模块16，水平驱动模块16用于驱动核心筒组件3的平移。

进一步的，在第一底座11的内部可以设置有用于记录旋转角度的编码器。

在底座组件1的内部还可以设置有用于检测零点的光电开关，用于防止内部电线缠绕的滑环模块。

具体的，校准气池14与第二底座12的顶部通过螺纹压紧压板和硅胶垫固定连接，并且校准气池14可以包括外圈和内圈，通过轴承连接外圈，且内圈可以旋转，校准气池14的底盖与第二底座12内的支架固定连接。

由于集成云台激光检测装置内部自带校准气池14，同时设备内部可以记录时间，因此设备可以进入自动标定程序，进行周期性标定，以提高设备的检测精度。

请参阅图2和图4，侧板组件2包括电机驱动模块21和齿轮模块，电机驱动模块21和齿轮模块电连接；齿轮模块包括主动轮22和从动轮23，主动轮22与电机驱动模块21电连接，从动轮23与核心筒组件3连接，使得电机驱动模块21驱动齿轮模块，以利用齿轮模块调整核心筒组件3的俯仰角度。

在从动轮23的一侧设置有挡板24，在从动轮23的上方设置有光电传感器25。

在本申请实施例中，挡板24结合光电传感器25在一定程度上可以减少在调整核心筒组件3的俯仰角度的过程中而产生的机械磨损。

请参阅图1、图2和图5 ，在核心筒组件3的核心筒壳体34的一侧依次设置有激光检测模块31、准直器32和相机模块33，激光检测模块31用于发射检测激光，准直器32用于调节检测激光的方向，相机模块33用于记录泄露点；在核心筒组件3下方的底座组件1上设置有校准气池14，校准气池14用于对激光检测模块31进行校准。

在本申请实施例中，激光检测模块31发射的检测激光可以为固定波长或者不固定波长的激光，在此不做具体限定。

相机模块33具体可以是可见光相机，可见光相机的作用是记录巡检点或泄露点。

优选的，在相机模块33中还可以设置加热垫，以用于防止相机模块33的镜头起雾，影响拍摄视线。

在核心筒组件3设置有激光检测模块31的一侧设置有清洁雨刷35，清洁雨刷35可以用于清洁激光检测模块31、准直器32和相机模块33。

在核心筒壳体34的外侧面固定设置有遮阳罩36，避免光线对核心筒组件3的运行产生影响。

优选的，核心筒组件3还可以设置有软胶垫，设置的软胶垫可以为POM材质，以满足安全防爆要求。

本申请实施例还提供了一种集成云台激光检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S101：激光检测模块31输出波长在2.0-2.4μm间的第一检测激光，第一检测激光的谱线宽度小于2nm；相机模块33接受第一检测激光的反射激光；第一检测激光的反射激光进入校准气池14对甲烷气体进行检测；

S102：激光检测模块31输出波长在2.4-2.8μm间的第二检测激光，第二检测激光的谱线宽度小于2.5nm；相机模块33接受第二检测激光的反射激光；第二检测激光的反射激光进入校准气池14对甲烷气体进行检测；

S103：激光检测模块31输出波长在2.8-3.2μm间的第三检测激光，第三检测激光的谱线宽度小于3nm；相机模块33接受第三检测激光的反射激光；第三检测激光的反射激光进入校准气池14对甲烷气体进行检测；

S104：准直器32调节检测激光的方向角度；

S105：激光检测模块31输出波长在2.0-2.4μm间的第四检测激光，第四检测激光的谱线宽度小于2nm；相机模块33接受第四检测激光的反射激光；第四检测激光的反射激光进入校准气池14对甲烷气体进行检测；

S106：激光检测模块31输出波长在2.4-2.8μm间的第五检测激光，第五检测激光的谱线宽度小于2.5nm；相机模块33接受第五检测激光的反射激光；第五检测激光的反射激光进入校准气池14对甲烷气体进行检测；

S107：激光检测模块31输出波长在2.8-3.2μm间的第六检测激光，第六检测激光的谱线宽度小于3nm；相机模块33接受第六检测激光的反射激光；第六检测激光的反射激光进入校准气池14对甲烷气体进行检测；

S108：基于第一检测激光的反射激光、第二检测激光的反射激光、第三检测激光的反射激光，计算甲烷气体密度；基于第四检测激光的反射激光、第五检测激光的反射激光、第六检测激光的反射激光，计算甲烷气体密度；

计算公式如下：

其中，，c为光速，为第一检测激光的反射激光吸收峰的波长，、、、、以此类推；

L为校准气池的长度；

h为普朗克常量；

B为甲烷吸收跃迁常数；

，为第一检测激光的强度，为第一检测激光的反射激光强度，、、、、以此类推；

S109：选择、中的最大值作为甲烷气体的测量浓度。

甲烷气体的吸收峰波长为2766.99nm，因此通过采用不同输出波长的激光进行叠加计算，提高了计算的准确性和精度。

基于上述检测方法，集成云台激光检测装置具体可以是一种集成云台激光检测系统，是一款以集成云台为载体，可以用于观测监测目标和远程测量甲烷气体浓度的气体检测系统，激光检测模块31输出不同波长的激光进行叠加计算，即可测量出远距离上存在的甲烷气体的单位浓度。

与其他工控产品相似，本申请实施例提供的集成云台激光检测装置可以通过上位机来完成云台的控制。

如图6所示，为本申请实施例提供的集成云台激光检测装置的上位机界面的示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

其中，在上位机界面的左上角为设备的实时状态，具体显示的数据可以包括光强、检测到的气体浓度、设备的报警线、报警标志、以及设备是否在线等，在此不做具体限定。此模块是实时显示模块，除报警线以外，其余不需要用户特别设置。

在上位机上还设置有实时视频模块，可以用于显示云台实时拍摄的视频，用于拍摄报警位置，以第一时间捕捉报警现场。

在上位机上还设置有设备列表模块，可以选择不同的设备查看设备的具体状态，支持多台设备、多台上位机同时运行。

在上位机的最下面还设置有多功能操作模板，主要可以包括雨刷的控制、报警算法的设置、自带校准功能、提高设备检测精度、报警记录的显示、设备运行状态的实时显示，设备每次报警都会生成报警记录，此报警记录可以包括报警时间、报警时气体浓度、报警路径、报警时视频录像、报警位置（可以快速让设备回到报警位置），设备支持摇杆运行以及预置点巡航运行模式，云台精度可达0.05度以内。

基于上述发明思想，本申请实施例提供的集成云台激光检测装置通过激光气体检测，核心模块计算出气体浓度，核心模块与控制器通过RS485以私有协议将浓度数据传输给控制器模块，控制器与上位机之间通过网线以TCP传输浓度给上位机，以进行浓度数据的实时显示。

报警标志，报警标志打开时，会伴有报警音响对用户进行提示，提示检测到泄露点。

在本申请实施例中，由于集成云台激光检测装置的实际使用环境会对检测结果存在一定程度的干扰，设备可能会造成误报现象，为避免此情况，设备在检测到报警点时，会进行多判断、重复判断，确定是否为泄露点，进一步提升设备检测精度。

另外，设备还可以提供摇杆操作界面，可通过移动摇杆进行运动任意方向运动。

设备还可以进行预置点巡航和检测，作为本设备常用的功能，用户可以通过摇杆移动云台到指定位置，设置该位置点作为预置点，并将该预置点的位置信息等进行存储。

对于云台的精度，云台电机控制可以引入PID控制，形成闭环控制，同时加入编码器，由于此编码器拥有0.05度的高精度，云台水平垂直精度均在0.05度范围内。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成云台激光检测装置，其特征在于，所述装置包括：

底座组件（1）、侧板组件（2）和核心筒组件（3），所述底座组件（1）与所述侧板组件（2）固定连接，且所述底座组件（1）的竖向横截面呈L形，所述侧板组件（2）位于所述底座组件（1）的上方右侧面，所述侧板组件（2）远离所述底座组件（1）的一侧与所述核心筒组件（3）固定连接，且所述核心筒组件（3）位于所述底座组件（1）的L形凹槽内；在所述核心筒组件（3）的核心筒壳体（34）的一侧依次设置有激光检测模块（31）、准直器（32）和相机模块（33），所述激光检测模块（31）用于发射检测激光，所述准直器（32）用于调节检测激光的方向，所述相机模块（33）用于记录泄露点；在所述核心筒组件（3）下方的所述底座组件（1）上设置有校准气池（14），所述校准气池（14）用于对所述激光检测模块（31）进行校准。

2.如权利要求1所述的一种集成云台激光检测装置，其特征在于，所述底座组件（1）依次包括第一底座（11）、第二底座（12）和弧形竖板（13），所述第一底座（11）与所述第二底座（12）活动连接，所述弧形竖板（13）固定连接在所述第二底座（12）的一侧，所述校准气池（14）设置在所述第二底座（12）的顶部；所述侧板组件（2）与所述弧形竖板（13）固定连接；在所述第一底座（11）远离所述弧形竖板（13）的一侧设置有电缆接口（15）。

3.如权利要求2所述的一种集成云台激光检测装置，其特征在于，在所述弧形竖板（13）内设置有水平驱动模块（16），所述水平驱动模块（16）用于驱动所述核心筒组件（3）的平移。

4.如权利要求2所述的一种集成云台激光检测装置，其特征在于，在所述第一底座（11）的内部设置有用于记录旋转角度的编码器。

5.如权利要求2所述的一种集成云台激光检测装置，其特征在于，所述校准气池（14）与所述第二底座（12）的顶部通过螺纹压紧压板和硅胶垫固定连接。

6.如权利要求1所述的一种集成云台激光检测装置，其特征在于，所述侧板组件（2）包括电机驱动模块（21）和齿轮模块，所述电机驱动模块（21）和所述齿轮模块电连接；所述齿轮模块包括主动轮（22）和从动轮（23），所述主动轮（22）与所述电机驱动模块（21）电连接，所述从动轮（23）与所述核心筒组件（3）连接，使得所述电机驱动模块（21）驱动所述齿轮模块，以利用所述齿轮模块调整所述核心筒组件（3）的俯仰角度。

7.如权利要求6所述的一种集成云台激光检测装置，其特征在于，在所述从动轮（23）的一侧设置有挡板（24），在所述从动轮（23）的上方设置有光电传感器（25）。

8.如权利要求1所述的一种集成云台激光检测装置，其特征在于，在所述核心筒组件（3）上位于所述激光检测模块（31）的一侧设置有清洁雨刷（35）。

9.如权利要求1所述的一种集成云台激光检测装置，其特征在于，在所述核心筒壳体（34）的外侧面固定设置有遮阳罩（36）。

10.如权利要求1-9中任一项所述的集成云台激光检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：所述激光检测模块（31）输出波长在2.0-2.4μm间的第一检测激光，所述第一检测激光的谱线宽度小于2nm；所述相机模块（33）接受所述第一检测激光的反射激光；所述第一检测激光的反射激光进入所述校准气池（14）对甲烷气体进行检测；

S102：所述激光检测模块（31）输出波长在2.4-2.8μm间的第二检测激光，所述第二检测激光的谱线宽度小于2.5nm；所述相机模块（33）接受所述第二检测激光的反射激光；所述第二检测激光的反射激光进入所述校准气池（14）对甲烷气体进行检测；

S103：所述激光检测模块（31）输出波长在2.8-3.2μm间的第三检测激光，所述第三检测激光的谱线宽度小于3nm；所述相机模块（33）接受所述第三检测激光的反射激光；所述第三检测激光的反射激光进入所述校准气池（14）对甲烷气体进行检测；

S104：所述准直器（32）调节检测激光的方向角度；

S105：所述激光检测模块（31）输出波长在2.0-2.4μm间的第四检测激光，所述第四检测激光的谱线宽度小于2nm；所述相机模块（33）接受所述第四检测激光的反射激光；所述第四检测激光的反射激光进入所述校准气池（14）对甲烷气体进行检测；

S106：所述激光检测模块（31）输出波长在2.4-2.8μm间的第五检测激光，所述第五检测激光的谱线宽度小于2.5nm；所述相机模块（33）接受所述第五检测激光的反射激光；所述第五检测激光的反射激光进入所述校准气池（14）对甲烷气体进行检测；

S107：所述激光检测模块（31）输出波长在2.8-3.2μm间的第六检测激光，所述第六检测激光的谱线宽度小于3nm；所述相机模块（33）接受所述第六检测激光的反射激光；所述第六检测激光的反射激光进入所述校准气池（14）对甲烷气体进行检测；

S108：基于所述第一检测激光的反射激光、所述第二检测激光的反射激光、所述第三检测激光的反射激光，计算甲烷气体密度；基于所述第四检测激光的反射激光、所述第五检测激光的反射激光、所述第六检测激光的反射激光，计算甲烷气体密度；

计算公式如下：

其中，，c为光速，为第一检测激光的反射激光吸收峰的波长，、、、、以此类推；

L为校准气池的长度；

h为普朗克常量；

B为甲烷吸收跃迁常数；

，为第一检测激光的强度，为第一检测激光的反射激光强度，、、、、以此类推；

S109：选择、中的最大值作为甲烷气体的测量浓度。

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