CN219737259U - 一种甲烷气体探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲烷气体探测系统，包括气体检测单元、报警单元和浓度检测单元。其中，气体检测单元用于检测环境中是否有甲烷气体；报警单元与气体检测单元进行连接，用于在气体检测单元检测到甲烷气体的情况下进行报警；浓度检测单元与报警单元连接，用于在气体检测单元检测到甲烷气体时检测环境中甲烷气体的浓度。本实用新型的甲烷气体探测系统能够同时探测甲烷气体的泄露和甲烷气体泄露的浓度，提高了甲烷气体泄露的预警能力。

Description

一种甲烷气体探测系统

技术领域

本实用新型涉及甲烷探测设备技术领域，具体涉及一种甲烷气体探测系统。

背景技术

天然气在开采、运输、存储和使用过程中易频繁发生泄露现象，这不仅会导致能源损失，甚至会引发火灾、爆炸等问题，严重威胁人民生命财产的安全。而甲烷是天然气的主要成分，因此对甲烷进行有效探测和识别，对于天然气泄露探测具有重要意义。

目前，市面上多采用红外热成像仪探测甲烷，而红外热成像仪的功能单一，只能检测到甲烷，并无法同时检测甲烷的浓度，从而在甲烷泄露之后人们无法根据红外热成像仪判断泄露的危险等级，这无疑会威胁工作人员生命财产的安全。

基于此，本申请提出一种新方案。

发明内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种甲烷气体探测系统，以至少解决现有技术中甲烷气体探测系统检测功能单一的问题。

本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例提供一种甲烷气体探测系统，包括：

气体检测单元，所述气体检测单元用于检测环境中是否有甲烷气体；

报警单元，所述报警单元与所述气体检测单元进行连接，用于在所述气体检测单元检测到所述甲烷气体的情况下进行报警；

浓度检测单元，所述浓度检测单元与所述报警单元连接，用于在所述气体检测单元检测到所述甲烷气体时检测环境中甲烷气体的浓度。

进一步地，所述气体检测单元包括：

红外热成像元件，所述红外热成像元件与所述报警单元连接，用于检测环境中是否有甲烷气体。

进一步地，所述红外热成像元件的滤光系统采用3.31μm和7.669μm的双带通滤光片。

进一步地，所述红外热成像元件为被动成像式热成像仪。

进一步地，所述报警单元包括：

控制元件，所述控制元件分别与所述气体检测单元、所述浓度检测单元连接，用于获取所述气体检测单元、所述浓度检测单元发送的信号；

报警元件，所述报警元件与所述控制元件连接，用于在所述控制元件的控制下报警。

进一步地，所述报警元件包括：

灯光报警器，所述灯光报警器与所述控制元件电性连接。

进一步地，所述报警元件还包括：

声音报警器，所述声音报警器与所述控制元件电性连接。

进一步地，所述浓度检测单元包括：

量子级联激光探测元件，所述量子级联激光探测元件与所述报警单元连接，用于检测环境中的甲烷浓度。

进一步地，所述量子级联激光探测元件包括：

量子级联激光器，所述量子级联激光器与所述报警单元连接。

进一步地，所述量子级联激光器发出的波长为3.31μm。

与现有技术相比，本实用新型实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

本实用新型的一种甲烷气体探测系统，通过气体检测单元检测环境中的甲烷气体浓度，通过浓度检测单元检测环境中甲烷气体的浓度，并在气体检测单元检测到甲烷气体时或浓度检测单元检测到环境中甲烷气体的浓度达到预设阈值时，报警单元进行报警，从而能够同时探测甲烷气体的泄露和甲烷气体泄露的浓度，提高了甲烷气体泄露的预警能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例的一种甲烷气体探测系统的系统示意图；

图2为本实用新型实施例的一种甲烷气体探测系统的结构框图；

本实用新型的附图标记如下：

10、气体检测单元；11、红外成像热元件；20、报警单元；21、控制元件；22、报警元件；30、浓度检测单元；31、量子级联激光探测元件。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。

目前，市面上多采用红外热成像仪对甲烷进行探测与识别，红外热成像仪是通过检测气体热辐射产生的红外特征信号，然后将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，然后运用滤光片实现特定气体的识别。根据机理的不同，红外热成像仪包括主动式成像，主动式成像热成像仪通过吸收光源辐射进行成像，信噪比和探测灵敏度较高，其缺点是体积大、安全性较大，同时受辐射源的限制，检测气体的种类较少，信号随着距离变大迅速减弱等。而量子级联激光探测系统的量子级联激光波长范围可以通过设计量子阱层厚度来实现波长控制，波长范围极宽，且由于激光能量强，能够为甲烷气体浓度的准确探测提供能量；但是由于激光方向性好，不利于大范围探索甲烷气体的泄露，因此只能用于确定空间内存在甲烷气体时，对甲烷气体的浓度进行探测。

基于此，本实用新型实施例提出了一种处理方案：如图1所示，通过红外热成像仪检测环境中是否有甲烷气体，红外热成像仪通过图像处理等技术检测到甲烷之后进行报警，然后使用量子级联激光探测元件、光学系统激光感知系统及浓度算法获取甲烷浓度，并在甲烷浓度大于预设阈值的情况下进行报警。

以下结合附图，说明本申请各实施例提供的技术方案。

如图2所示，本实用新型实施例提供一种甲烷气体探测系统，包括气体检测单元10、报警单元20和浓度检测单元30。其中，气体检测单元10用于检测环境中是否有甲烷气体；报警单元20与气体检测单元10进行连接，用于在气体检测单元10检测到甲烷气体的情况下进行报警；浓度检测单元30与报警单元20连接，用于在气体检测单元10检测到甲烷气体之后检测环境中甲烷气体的浓度。

其中，气体检测单元10在安装于外部环境的情况下，能够检测外部环境中是否存在甲烷，并在检测到甲烷的情况下，发送信号到报警单元20，报警单元20根据气体检测单元10发送的信号进行报警。

其中，气体检测单元10可以为燃气探测器、红外线甲烷探测仪、气相色谱-质谱联用仪等甲烷检测设备。

气体检测单元10包括红外成像热元件11，红外成像热元件11与报警单元20连接，用于检测环境中是否有甲烷气体。

其中，红外成像热元件11包括红外热成像仪，且红外热成像仪内置有甲烷气体图像处理算法。

其中，红外热成像仪内置甲烷气体图像处理算法为现有技术，在此不再赘述。

进一步地，红外成像热元件11的滤光系统采用3.31μm和7.669μm的双带通滤光片，以降低其他波段杂散光的干扰。

其中，通过将红外成像热元件11的滤光系统采用3.31μm和7.669μm的双带通滤光片能够使红外成像热元件11满足温度范围时的MTF(调制传递函数)在30lp/mm要求时大于0.3，畸变小于1％。

进一步地，红外成像热元件11为被动成像式热成像仪，被动成像式热成像仪通过吸收背景辐射进行成像，探测距离远，探测光谱宽，探测气体种类多，系统结构简单，能够有效弥补主动式成像的缺点。

在其中的一些实施例中，报警单元20包括蜂鸣报警器和闪光报警器。

例如，气体检测单元10检测到甲烷气体的情况下，蜂鸣报警器进行报警；在浓度检测系统检测到甲烷气体的浓度大于预设阈值的情况下，闪光报警器进行报警。

在其中的一些实施例中，报警单元20包括控制元件21和报警元件22。其中，控制元件21分别与气体检测单元10、浓度检测单元30连接，用于获取气体检测单元10、浓度检测单元30发送的数据；报警元件22与控制元件21连接，用于在控制元件21的控制下报警。

在其中的一些实施例中，控制元件21为PC控制端，如为手提电脑、手机、平板电脑等。

其中，在控制元件21为PC控制端的情况下，控制元件21能够显示清晰的红外图像，发现甲烷气体泄露源和扩散运动方向；还能够获得甲烷泄露的准确浓度信息以及获得甲烷泄露的危险等级，提示应该采取的措施级别。

在其中的一些实施例中，控制元件21可以为控制开关元件，以在获取到气体检测单元10和浓度检测单元30发出的信号时闭合，以控制报警元件22进行报警。

其中，报警元件22可以为声光报警器。

在其中的一些实施例中，报警元件22包括灯光报警器和声音报警器，且灯光报警器和声音报警器分别与控制元件21连接，以在控制元件21的控制下进行报警。

其中，灯光报警器可以为闪光灯，声音报警器可以为蜂鸣器等。

其中，浓度检测单元30可以为MQ4金属氧化物半导体传感器、光纤甲烷气体传感器等。

优选地，浓度检测单元30包括量子级联激光探测元件31，量子级联激光探测元件31与报警单元20连接，用于检测并发送环境中的甲烷浓度。

进一步地，量子级联激光探测元件31包括量子级联激光器，量子级联激光器与报警单元20连接。

其中，量子级联激光探测元件31还包括光学系统、激光感知系统、浓度算法等。

其中，光学系统、激光感知系统、浓度算法与量子级联激光器的使用均属于现有技术，在此不再赘述。

其中，量子级联激光器发出的波长为3.31μm，以有效检测甲烷浓度。

本实用新型的工作原理如下：

甲烷气体的特征吸收峰为3.31μm和7.669μm，这两个吸收峰是判断甲烷气体泄露的主要依据；

在环境中有甲烷气体泄露的情况下，背景光通过气体红外热成像仪的滤光系统过滤掉其他波段的干扰光，然后经过红外热成像仪和图像处理系统，提取有效特征信号，对环境中的甲烷气体进行识别，在识别到甲烷特征信号时，则将信号发送到报警单元20，报警单元20进行报警；

在检测到甲烷之后，采用浓度检测单元30对甲烷气体进行浓度识别，浓度检测单元30中的量子级联激光器发射3.31μm波长的激光，激光的部分能量被甲烷气体吸收，由于激光能量吸收的强弱与甲烷气体的浓度存在一一对应的关系，因此当激光感知系统探测到激光能量变化时，通过浓度算法能够直接计算出甲烷的浓度，并将浓度数据发送到报警模块进行报警。

其中，在浓度单元检测到环境中的浓度数据达到危险状态时，报警单元20可以更换报警模式，以提醒人员撤离。

本实用新型相比于现有的红外热成像系统技术，不仅能够对甲烷气体进行识别，也能够精准判断甲烷气体的浓度，提高甲烷气体泄露时安全防控的精准度；且本实用新型通过甲烷气体探测报警与甲烷气体浓度报警，双重感知报警，提高了报警准确率，降低了漏报的风险。

本说明书中，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的产品实施例而言，由于其与方法是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种甲烷气体探测系统，其特征在于，包括：

气体检测单元，所述气体检测单元用于检测环境中是否有甲烷气体；

报警单元，所述报警单元与所述气体检测单元进行连接，用于在所述气体检测单元检测到所述甲烷气体的情况下进行报警；

浓度检测单元，所述浓度检测单元与所述报警单元连接，用于在所述气体检测单元检测到所述甲烷气体时检测环境中甲烷气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的甲烷气体探测系统，其特征在于，所述气体检测单元包括：

红外热成像元件，所述红外热成像元件与所述报警单元连接，用于检测环境中是否有甲烷气体。

3.根据权利要求2所述的甲烷气体探测系统，其特征在于，所述红外热成像元件的滤光系统采用3.31μm和7.669μm的双带通滤光片。

4.根据权利要求2所述的甲烷气体探测系统，其特征在于，所述红外热成像元件为被动成像式热成像仪。

5.根据权利要求1所述的甲烷气体探测系统，其特征在于，所述报警单元包括：

控制元件，所述控制元件分别与所述气体检测单元、所述浓度检测单元连接，用于获取所述气体检测单元、所述浓度检测单元发送的信号；

报警元件，所述报警元件与所述控制元件连接，用于在所述控制元件的控制下报警。

6.根据权利要求5所述的甲烷气体探测系统，其特征在于，所述报警元件包括：

灯光报警器，所述灯光报警器与所述控制元件电性连接。

7.根据权利要求6所述的甲烷气体探测系统，其特征在于，所述报警元件还包括：

声音报警器，所述声音报警器与所述控制元件电性连接。

8.根据权利要求1所述的甲烷气体探测系统，其特征在于，所述浓度检测单元包括：

量子级联激光探测元件，所述量子级联激光探测元件与所述报警单元连接，用于检测环境中的甲烷浓度。

9.根据权利要求8所述的甲烷气体探测系统，其特征在于，所述量子级联激光探测元件包括：

量子级联激光器，所述量子级联激光器与所述报警单元连接。

10.根据权利要求9所述的甲烷气体探测系统，其特征在于，所述量子级联激光器发出的波长为3.31μm。