CN207729254U - 用于地下管廊的气体泄漏检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于地下管廊的气体泄漏检测系统，包括主机以及多个开放式气室，所述主机包括具有A/D转换器的MCU电路、N个激光产生单元、光束耦合整形机构、输出光路切换开关、输入光路切换开关、光电转换模块和报警显示单元，所述激光产生单元连接所述MCU电路，以便产生实现某种待测气体中心波长扫描的激光，任意两个激光产生单元产生的激光均不相同；N个激光产生单元发出的激光经所述光束耦合整形机构耦合后形成耦合光束并通过其中一个开放式气室以及所述输入光路切换开关传送给所述光电转换模块进行光电转换，并经信号放大电路连接所述MCU电路以进行气体浓度信息检测和报警。

Description

用于地下管廊的气体泄漏检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种气体泄漏检测系统，具体的说，涉及了一种用于地下管廊的气体泄漏检测系统。

背景技术

综合管廊就是地下城市管道综合走廊。即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通讯，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。地下管廊装有各种线信号线、热力管、燃气管、电信管道、给水管道、电力管道等等，是一个多种信号与传输对象交汇的场所，为了充分保障管廊内环境安全，对其内部环境进行监测的重要性不言而喻。主要涉及到管廊内的温湿度、天然气泄露、火险、硫化氢气体、积水监测等。尽管国家规定天然气管道应铺设在独立的管舱内，且从防泄漏和控制火源方面对燃气管道有着严格的要求，但对甲烷和硫化氢泄漏的监控是必不可少的。目前，对甲烷、硫化氢气体等气体的泄漏检测，一般选用半导体或电化学的反射式气路，该类反射式气路具有灵敏度低、响应速度慢、抗干扰能力差、容易受到气体成分的交叉干扰、易受表面污染等缺点，而且地下管廊环境复杂，空间密闭区域广，传统的检测手段无法起到很好的检测效果，为了避免地下管廊燃气泄漏所带来的危害，急需一种能够及时、准确的测量地下管廊环境下气体检测系统。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、实用性强、生产成本的用于地下管廊的气体泄漏检测系统。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于地下管廊的气体泄漏检测系统，包括主机以及分别与所述主机连接的多个开放式气室，

所述主机包括具有A/D转换器的MCU电路、N个激光产生单元、光束耦合整形机构、输出光路切换开关、输入光路切换开关、光电转换模块和报警显示单元，其中，N大于等于1；

每个激光产生单元均连接所述MCU电路，以便产生实现某种待测气体中心波长扫描的激光，任意两个激光产生单元产生的激光均不相同；

N个激光产生单元发出的激光经所述光束耦合整形机构耦合后形成耦合光束输送至所述输出光路切换开关；

所述输出光路切换开关连接所述MCU电路以便所述耦合光束通过入射光纤输入至其中一个开放式气室；

所述输入光路切换开关连接所述MCU电路以便将从所述开放式气室射出的耦合光束通过出射光纤输送至所述光电转换模块；

所述光电转换模块通过信号放大电路连接所述MCU电路，以便将光电转换后获得的电信号经放大处理后向所述MCU电路输出包含N种待测气体浓度信息的电信号；

所述MCU电路根据所述电信号获得N种待测气体的浓度信息，并控制所述报警显示模块进行显示和报警。

基于上述，所述激光产生单元包括信号发生电路和激光器，所述信号发生电路连接所述MCU电路，以便产生实现待测气体中心波长扫描所需的调制信号，所述激光器对应连接所述信号发生电路以便根据所述调制信号发出激光。

基于上述，所述开放式气室为透射式气室，所述透射式气室包括气室腔以及对应设置在所述气室腔两侧的进光口和出光口，所述进光口和所述出光口处均设置有准直透镜，所述耦合光束从所述进光口入射至所述气室腔，并从所述出光口射出。

基于上述，所述开放式气室为反射式气室，所述反射式气室包括气室腔以及设置在所述气室腔一侧的进光口和出光口，所述进光口和所述出光口处均设置有准直透镜，所述气室腔内设置有至少一块反射镜，所述耦合光束从所述进光口入射至所述反射镜，经所述反射镜反射后从所述出光口射出。

基于上述，所述反射镜为平面反射镜或凹面反射镜。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型通过N个激光产生单元产生不同的激光并经光束耦合整形机构耦合后向外发送耦合光束实现了N种气体的同时检测，并且通过输入光路切换开关和输出光路切换开关的来回切换实现了主机和多个反射式气路的连接，从而实现多种气体的多点检测；并且所述主机兼具激光发射和激光接收两个作用，减少了整个系统的体积，又因为发射单元和接收单元共用一个MCU处理电路，使得同步性、实时性以及协同性大大提高，使得检测结果精度提高。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型透射式气室的结构示意图。

图3是本实用新型反射式气室的结构示意图。

图中，1.准直透镜；2.反射镜；3.入射光纤；4.出射光纤。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型提供一种用于地下管廊的气体泄漏检测系统，包括主机以及分别与所述主机连接的多个开放式气室，

所述主机包括具有A/D转换器的MCU电路、N个激光产生单元、光束耦合整形机构、输出光路切换开关、输入光路切换开关、光电转换模块和报警显示单元，其中，N大于等于1；

每个激光产生单元均连接所述MCU电路，以便产生实现某种待测气体中心波长扫描的激光，任意两个激光产生单元产生的激光均不相同；

N个激光产生单元发出的激光经所述光束耦合整形机构耦合后形成耦合光束输送至所述输出光路切换开关；

所述输出光路切换开关连接所述MCU电路以便所述耦合光束通过入射光纤3输入至其中一个开放式气室；

所述输入光路切换开关连接所述MCU电路以便将从所述开放式气室射出的耦合光束通过出射光纤4输送至所述光电转换模块；

所述光电转换模块通过信号放大电路连接所述MCU电路，以便将光电转换后获得的电信号经放大处理后向所述MCU电路输出包含N种待测气体浓度信息的电信号；

所述MCU电路根据所述电信号获得N种待测气体的浓度信息，并控制所述报警显示模块进行显示和报警。

优选的，所述开放式气室为透射式气室，如图2所示，所述透射式气室包括气室腔以及对应设置在所述气室腔两侧的进光口和出光口，所述进光口和所述出光口处均设置有准直透镜，所述耦合光束从所述进光口入射至所述气室腔，并从所述出光口射出。

优选的，所述开放式气室为反射式气室，如图3所示，所述反射式气室包括气室腔以及设置在所述气室腔一侧的进光口和出光口，所述进光口和所述出光口处均设置有准直透镜，所述气室腔内设置有至少一块反射镜2，所述耦合光束从所述进光口入射至所述反射镜2，经所述反射镜2反射后从所述出光口射出。

需要注意的是，所述反射镜2的长度越长或者所述反射镜2的个数越多，所述耦合光束在所述内腔内反射的次数越多，环境气体对所述耦合光束的吸收程度也越高，此时对所述耦合光束进行检测所得到的多种气体的浓度也越准确，因此在实际应用中，可以根据需要调节所述反射镜2的长度或者调节所述反射镜2的个数。

本实用新型在使用时，可将所述主机固定在地下管廊的中控室内，多个开放式气室分布式设置在管道附近，所述主机控制所述输出光路切换开关和所述输入光路切换开关以实现所述主机与不同开放式气室的光路连接，从而实现多种气体如硫化氢、甲烷、氧气或二氧化碳等气体的多点检测；通过光纤来传输耦合光束，使得耦合光束的传输距离变长，从而使得所述系统对于多种气体的检测范围变广；并且所述主机设置在中控室内，避免了表面污染或易受气体成分烦扰的影响，提高了检测的精准度；由此可见，本系统弥补目前市场上现有产品在无法在地下管廊环境下进行测量的缺陷，可以有效地避免地下管廊燃气泄漏所带来的危害，该设备在地下管廊燃气检测领域的应用与其所能带来的经济效益和社会效益将会是相当可观的。

耦合光束经过所述开放式气室反射到所述光电转换模块上，并通过所述信号放大电路连接所述MCU电路的A/D转换器以便将探测到的电信号经放大处理后向所述MCU处理电路输出包含多种气体浓度信息的数字信号；由于所述开放式气室的作用，光接收单元和光发射单元集成在一个设备上，并公用一个MCU电路，既减小了装置的体积，又使得同步性、实时性以及协同性大大提高，使得检测结果精度提高。

需要注意的是，所述激光产生单元的个数决定所述气体泄漏检测系统可以同时检测的气体种类，当所述激光产生单元的个数为1时，所述气体泄漏检测系统只检测一种待测气体是否有泄漏；当所述激光产生单元的个数为2时，所述气体泄漏检测系统可以同时检测两种待测气体是否有泄漏；当所述激光产生单元的个数为N时，所述气体泄漏检测系统可以同时检测N种待测气体是否有泄漏。

本实用新型以甲烷气体和硫化氢气体为例，来具体说明本实用新型的工作原理：

所述主机包括激光产生单元A和激光产生单元B，所述激光产生单元A包括信号发生电路A和激光器A，所述激光产生单元B包括信号发生电路B和激光器B；所述信号发生电路A连接所述MCU电路以便产生实现甲烷气体中心波长扫描所需的调制信号A，所述激光器A连接所述信号发生电路A以便根据所述调制信号A发出激光A，优选的，所述激光A的波长为1653nm；所述信号发生电路B连接所述MCU电路以便产生实现硫化氢气体中心波长扫描所需的调制信号B，所述激光器B连接所述信号发生电路B以便根据所述调制信号B发出激光B，优选的，所述激光B的波长为1577nm；所述激光A和所述激光B经所述光束耦合整形机构耦合后形成耦合光束输送至所述输出光路切换开关；

在所述输出光路切换开关的切换下，所述耦合光束输入至某一个开放式气室，这里所述开放式气室选用反射式气室，且所述开放式气室包括两个相对设置的凹面反射镜，其中所述进光口和所述出光口设置在同一个凹面反射镜上；所述耦合光束通过所述入射光纤3、所述进光口入射至所述气室腔，经所述凹面反射镜反射后从所述出光口射出，并通过所述出射光纤4、所述输入光路切换开关输送至所述光电转换模块；

所述光电转换模块将所述耦合光束光电转换后获得包含甲烷气体和硫化氢气体的浓度信息的电信号，所述信号放大电路将所述电信号放大并输出至所述MCU电路，所述MCU电路根据所述电信号获得甲烷气体和硫化氢气体的浓度信息。

在实际应用中，还需要注意的是，所述输出光路切换开关和所述输入光路切换开关必须同时切换连接至同一个开放式气室；同样，所述主机可按照所述开放式气室的距离远近等参数来控制所述输出光路切换开关和所述输入光路切换开关的切换顺次，并且还可以预先设置每次切换的时间间隔。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种用于地下管廊的气体泄漏检测系统，其特征在于：包括主机以及分别与所述主机连接的多个开放式气室，

所述主机包括具有A/D转换器的MCU电路、N个激光产生单元、光束耦合整形机构、输出光路切换开关、输入光路切换开关、光电转换模块和报警显示单元，其中，N大于等于1；

每个激光产生单元均连接所述MCU电路，以便产生实现某种待测气体中心波长扫描的激光，任意两个激光产生单元产生的激光均不相同；

N个激光产生单元发出的激光经所述光束耦合整形机构耦合后形成耦合光束输送至所述输出光路切换开关；

所述输出光路切换开关连接所述MCU电路以便所述耦合光束通过入射光纤输入至其中一个开放式气室；

所述输入光路切换开关连接所述MCU电路以便将从所述开放式气室射出的耦合光束通过出射光纤输送至所述光电转换模块；

所述光电转换模块通过信号放大电路连接所述MCU电路，以便将光电转换后获得的电信号经放大处理后向所述MCU电路输出包含N种待测气体浓度信息的电信号；

所述MCU电路根据所述电信号获得N种待测气体的浓度信息，并控制所述报警显示模块进行显示和报警。

2.根据权利要求1所述的用于地下管廊的气体泄漏检测系统，其特征在于：所述激光产生单元包括信号发生电路和激光器，所述信号发生电路连接所述MCU电路，以便产生实现待测气体中心波长扫描所需的调制信号，所述激光器对应连接所述信号发生电路以便根据所述调制信号发出激光。

3.根据权利要求1或2所述的用于地下管廊的气体泄漏检测系统，其特征在于：所述开放式气室为透射式气室，所述透射式气室包括气室腔以及对应设置在所述气室腔两侧的进光口和出光口，所述进光口和所述出光口处均设置有准直透镜，所述耦合光束从所述进光口入射至所述气室腔，并从所述出光口射出。

4.根据权利要求1或2所述的用于地下管廊的气体泄漏检测系统，其特征在于：所述开放式气室为反射式气室，所述反射式气室包括气室腔以及设置在所述气室腔一侧的进光口和出光口，所述进光口和所述出光口处均设置有准直透镜，所述气室腔内设置有至少一块反射镜，所述耦合光束从所述进光口入射至所述反射镜，经所述反射镜反射后从所述出光口射出。

5.根据权利要求4所述的用于地下管廊的气体泄漏检测系统，其特征在于：所述反射镜为平面反射镜或凹面反射镜。