CN206177812U - 一种遥测气体分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于气体非接触检测领域，具体涉及一种遥测气体分析仪，特别是一种能够识别油气管线天然气泄漏的浓度分布及位置的非接触式无人机载遥测甲烷分析仪。本实用新型提出的气体分析仪包括锁相电路板、半导体激光驱动电路板、单片机、半导体激光器和光学接收装置。本实用新型是把激光雷达和WMS‑TDLAS技术相结合的遥测气体分析仪，不仅能够解决测量气体浓度的精准性和数据复现性问题，还可以应用在无人机平台上进行油气管道巡线监测。
Description
技术领域
本实用新型属于气体非接触检测领域，具体涉及一种遥测气体分析仪，特别是一种能够识别油气管线天然气泄漏的浓度分布及位置的非接触式无人机载遥测甲烷分析仪。
背景技术
可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术是一种吸收光谱技术，通过分析测量光束被气体的选择吸收获得气体浓度，其激光源的线宽小于气体单吸收谱线宽度，避免气体交叉干扰。在采用TDLAS测量气体的浓度时，将以电流按照一定频率调制了波长的入射激光导入装有一种或多种要分析的目标气体的测量气室中，并且利用气体传感测量装置的光电传感装置检测已通过该气体并返回的透射激光的光功率。该待测气体可以包含多种气体成分，其中各种特定的气体成分分别具有特定波长的吸收特性。因此，在将具有特定波长的入射激光导入待测气体时，入射激光在该待测气体的目标气体成分的特定频率附近被强烈吸收。获取入射激光被目标气体成分吸收的强度，并参照入射激光的强度，可以反演计算出待测气体中目标气体成分的浓度。
TDLAS技术可以分为直接吸收光谱技术和调制光谱技术(Wavelength ModulationSpectroscopy，WMS)，相对于直接吸收光谱技术来说，调制光谱技术能够通过相位敏感的锁相放大器有选择性地检测某个足够高的频率分量信号，从而有效抑制激光器和系统带来的低频背景和电子噪声，实现高灵敏度的测量。WMS-TDLAS技术已广泛应用于接触式、抽取式气体样品池的气体浓度检测，但是其在非接触式遥测领域应用方向还存在着测量气体浓度准确性、测量重复性和环境适应性等问题。
激光雷达是一种很好的遥测遥感工具，由于它以激光器为辐射源，激光具有高准直性和高亮度性，所以它在测量精度、分辨率和抗干扰等方面都是普通雷达所无法比拟的。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型提出一种遥测气体分析仪，以在对大气气体进行非接触式遥测时，提高测量气体浓度的精准性和数据复现性。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种遥测气体分析仪，该分析仪包括锁相电路板、半导体激光驱动电路板、单片机、半导体激光器和光学接收装置；其中，锁相电路板，与半导体激光驱动电路板、光学接收装置和单片机相连，其用于驱动半导体激光驱动电路板工作，将光学接收装置发送的电信号解算为气体浓度数据，以及将气体浓度数据传输至单片机；半导体激光驱动电路板，与半导体激光器相连，其用于为半导体激光器提供直流驱动电流，使半导体激光器发光；半导体激光器，其用于向大气发射激光；光学接收装置，其用于接收大气中反射的光信号，并在进行光电转换后将电信号发送至锁相电路板；单片机，其用于将接收到的气体浓度数据进行存储与分析。
进一步地，分析仪还包括电源和供电电源板；电源与供电电源板相连，其用于为供电电源板供电；供电电源板，与半导体激光驱动电路板、锁相电路板和单片机相连，其用于为半导体激光驱动电路板、锁相电路板和单片机供电。
进一步地，供电电源板在将电源提供的电压降压后进行供电。
进一步地，锁相电路板向半导体激光驱动电路板发出由重复频率为20Hz的低重复频率锯齿波和81KHz的高频正弦波叠加的电信号。
进一步地，半导体激光驱动电路板上具有温控装置，其用于控制半导体激光器的工作温度。
进一步地，半导体激光器为分布反馈式半导体激光器。
进一步地，半导体激光器包括光纤准直器和光学调整架，光纤准直器固定在光学调整架上，光纤准直器用于准直从尾纤出射的激光，光学调整架用于调整发射到大气中的激光光路。
进一步地，光学接收装置包括卡式接收系统和光电探测器，卡式接收系统与光电探测器相连。
进一步地，光学接收装置还包括GPS装置，GPS装置用于记录与气体浓度数据对应的时间和位置信息，并将信息发送至单片机。
进一步地，单片机具有SD卡，将气体浓度数据和信息存储在SD卡中。
(三)有益效果
本实用新型是把激光雷达和WMS-TDLAS技术相结合的遥测气体分析仪，不仅能够解决测量气体浓度的精准性和数据复现性问题，还可以应用在无人机平台上进行油气管道巡线监测。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式中遥测气体分析仪使用示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，在本实用新型的具体实施方式中，提出一种遥测气体分析仪，该分析仪包括电源、供电电源板、锁相电路板、半导体激光驱动电路板、单片机、半导体激光器和光学接收装置。
其中，电源为电压22.8V的移动电源，与供电电源板相连，为供电电源板供电。
供电电源板与半导体激光驱动电路板、锁相电路板和单片机相连，在将电源提供的电压降压后，为半导体激光驱动电路板、锁相电路板和单片机供电。
锁相电路板与半导体激光驱动电路板、光学接收装置和单片机相连，向半导体激光驱动电路板发出由重复频率为20Hz的低重复频率锯齿波和81KHz的高频正弦波叠加的电信号，驱动半导体激光驱动电路板工作；同时能够将光学接收装置发送的电信号解算为气体浓度数据，并将气体浓度数据传输至单片机。
半导体激光驱动电路板与半导体激光器相连，为半导体激光器提供直流驱动电流，使半导体激光器发光。同时，半导体激光驱动电路板上具有温控装置，以控制半导体激光器的工作温度。
半导体激光器1为分布反馈式半导体激光器，用于向大气发射激光，包括光纤准直器和光学调整架，光纤准直器固定在光学调整架上，光纤准直器用于准直从尾纤出射的激光，光学调整架用于调整发射到大气中的激光光路。
光学接收装置包括卡式接收系统2和光电探测器3，卡式接收系统2接收大气中反射的携带气体吸收峰的光信号，并通过目镜4发送至光电探测器3，光电探测器3将接收到的光信号进行光电转换，并发送至锁相电路板。同时，光学接收装置还包括GPS装置，用于记录与气体浓度数据对应的时间和位置信息，并将信息发送至单片机。
单片机具有SD卡，将接收到的气体浓度数据以及对应的时间和位置信息存储在SD卡中并进行分析。
本实用新型的遥测气体分析仪能够作为非接触式无人机载遥测甲烷分析仪，识别油气管线天然气泄漏的浓度分布及位置信息。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种遥测气体分析仪，其特征在于，所述分析仪包括锁相电路板、半导体激光驱动电路板、单片机、半导体激光器和光学接收装置；其中，所述锁相电路板，与所述半导体激光驱动电路板、所述光学接收装置和所述单片机相连，其用于驱动所述半导体激光驱动电路板工作，将所述光学接收装置发送的电信号解算为气体浓度数据，以及将所述气体浓度数据传输至所述单片机；所述半导体激光驱动电路板，与所述半导体激光器相连，其用于为所述半导体激光器提供直流驱动电流，使所述半导体激光器发光；所述半导体激光器，其用于向大气发射激光；所述光学接收装置，其用于接收大气中反射的光信号，并在进行光电转换后将电信号发送至所述锁相电路板；所述单片机，其用于将接收到的所述气体浓度数据进行存储与分析。
2.如权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述分析仪还包括电源和供电电源板；所述电源与所述供电电源板相连，其用于为所述供电电源板供电；所述供电电源板，与所述半导体激光驱动电路板、所述锁相电路板和所述单片机相连，其用于为所述半导体激光驱动电路板、所述锁相电路板和所述单片机供电。
3.如权利要求2所述的分析仪，其特征在于，所述供电电源板在将所述电源提供的电压降压后进行供电。
4.如权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述锁相电路板向所述半导体激光驱动电路板发出由重复频率为20Hz的低重复频率锯齿波和81KHz的高频正弦波叠加的电信号。
5.如权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述半导体激光驱动电路板上具有温控装置，其用于控制所述半导体激光器的工作温度。
6.如权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述半导体激光器为分布反馈式半导体激光器。
7.如权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述半导体激光器包括光纤准直器和光学调整架，所述光纤准直器固定在所述光学调整架上，所述光纤准直器用于准直从尾纤出射的激光，所述光学调整架用于调整发射到大气中的激光光路。
8.如权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述光学接收装置包括卡式接收系统和光电探测器，所述卡式接收系统与所述光电探测器相连。
9.如权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述光学接收装置还包括GPS装置，所述GPS装置用于记录与所述气体浓度数据对应的时间和位置信息，并将所述信息发送至所述单片机。
10.如权利要求9所述的分析仪，其特征在于，所述单片机具有SD卡，将所述气体浓度数据和所述信息存储在所述SD卡中。
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|---|---|---|---|---|
| CN110940632A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-31 | 河南农业大学 | 一种基于tdlas的甲烷气体浓度的检测装置及检测方法 |
| CN111537157A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-14 | 嘉兴极光物联网科技有限公司 | 直观定性和精确定量协同高效检测气体泄漏的方法及系统 |
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| CN110940632A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-31 | 河南农业大学 | 一种基于tdlas的甲烷气体浓度的检测装置及检测方法 |
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