本发明专利技术公开了一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪，包括手柄，所述手柄的顶端固定连接有腔体，所述手柄的一侧转动连接有扳机，所述腔体靠近手柄一端的侧面固定连接有控制面板，所述腔体远离手柄的一端固定连接有镜头，所述手柄的内部固定连接有电池，且手柄内部靠近电池的一侧固定连接有PCBA板，所述PCBA板和电池的顶端均贯穿手柄位于腔体的内部，本发明专利技术涉及甲烷检测装置技术领域。该便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪用非制冷红外热电堆代替激光光谱法的光电雪崩二极管或光电倍增管作为光学探头，成本显著降低，吸收波长的选择性通过带通滤波片的机械置换实现，避免了对光源本身的调谐，并最终实现不用外加光源。
【技术实现步骤摘要】
一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪
本专利技术涉及甲烷检测装置
，具体为一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪。
技术介绍
甲烷是各种常规和非常规清洁燃气以及许多化工过程气体的主要成分，在工业生产和人们的日常生活中有着广泛的应用。由于甲烷是一种典型的易燃易爆气体，其不慎泄漏可能引起灾难性的后果，因此对甲烷泄漏的探测具有重要的意义，甲烷在自然界的分布很广，甲烷是最简单的有机物，它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。现有的便携式甲烷探测仪主要有基于催化燃烧原理的扩散式探测仪和基于激光吸收光谱原理的雷达式探测仪。催化燃烧是经典的可燃气体探测方式，利用感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，燃烧温度使感应电阻的阻值发生变化，打破惠斯通电桥平衡，使之输出稳定的电流信号，再经过后期电路的放大和处理最终得到可燃气体浓度。这种检测方式对几乎所有的可燃气体都敏感，不具有甲烷分辨率。检测的长期稳定性和精度比较低，通常需要等待甲烷或可燃气体扩散进入传感器才能探测到，也有的采用泵主动把气体吸入探测仪，一般不具备判断甲烷泄漏方向和位置的能力。激光吸收光谱是一种非接触式的气体探测方式，利用可调谐半导体激光器在甲烷的某选定特征吸收波长附近扫描，通过检测该波长反射光的信号变化来测量甲烷气体的浓度。现有催化燃烧一定要等被测气体进入传感器以后才能探测到，在一些不容易进入的空间探测困难，反应较慢，而且是一种点式探测，不利于确定泄漏的方位。激光吸收光谱法是基于激光吸收光谱法的甲烷探测仪器，能够实现超距离测量，速度快，分辨率高，方向性强，但是需要用到特定的激光光源、昂贵的光学系统及复杂的光谱分析算法，相对于催化燃烧探测仪，价格非常高。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪，解决了现有催化燃烧一定要等被测气体进入传感器以后才能探测到，在一些不容易进入的空间探测困难，反应较慢，而且是一种点式探测，不利于确定泄漏的方位，激光吸收光谱法是基于激光吸收光谱法的甲烷探测仪器，需要用到特定的激光光源、昂贵的光学系统及复杂的光谱分析算法，相对于催化燃烧探测仪，价格非常高的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪，包括手柄，所述手柄的顶端固定连接有腔体，所述手柄的一侧转动连接有扳机，所述腔体靠近手柄一端的侧面固定连接有控制面板，所述腔体远离手柄的一端固定连接有镜头，所述手柄的内部固定连接有电池，且手柄内部靠近电池的一侧固定连接有PCBA板，所述PCBA板和电池的顶端均贯穿手柄位于腔体的内部，且PCBA板朝向镜头的一侧固定连接有热电堆，所述腔体内部位于PCBA板远离控制面板的一侧转动连接有旋转透镜台，所述旋转透镜台上表面靠近PCBA板的一端固定连接有带通滤波透镜。优选的，所述扳机设置有一、二两档，且扳机的两档均可带动旋转透镜台和带通滤波透镜转动，所述扳机的第一档通过旋转透镜台带动带通滤波透镜转动至镜头至热电堆光路的一侧，且扳机的第二档通过旋转透镜台带动带通滤波透镜转动至镜头至热电堆光路之中，所述带通滤波透镜在扳机第二档时与光路处于垂直状态。优选的，所述镜头至热电堆中的光路为单向光路，光路不受反射率和反射特性的影响，所述热电堆为一种非制冷红外热电堆的构件。优选的，本装置中检测的光源为通过热辐射发出的电磁波，电磁波主要波长为7-14μm。优选的，本装置基于吸收光谱法通用的测量原理，其特定波长的光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目，其计算公式为：I(λ)＝I0(λ)exp[-σ(λ)NL]。优选的，所述公式中I(λ)和I0(λ)分别为波长为λ的透射光强度和入射光强度，σ(λ)为气体分子的吸收系数，L为光程长度，N为吸收气体分子的数密度或浓度。通过合理选择待测泄漏气体(比如甲烷气体)的特征波长，使得该波长的光只有待测气体吸收，而背景气体不吸收，则可以通过透射光强度和入射光强度的比值，来确定待测泄漏气体的浓度N与待测气体泄漏扩散云团大小l(当l≤L时)的乘积，常用单位为PPM*m，其计算公式为：优选的，假设测量物体为漫灰表面，在测量物体与探测仪之间没有泄漏的待测气体，其计算公式为：I1为带通滤波透镜避开光路，入射光全部投射到热电堆上的信号强度，I2为只包含带通滤波透镜给定的波长部分的辐射信号强度，由图3可见，选择λ0＝8um，δ＝0.5um可以有很强的甲烷吸收，同时能有效避免空气中水汽和二氧化碳的干扰。所述测量物体与探测仪之间存在泄漏的待测气体时，I2会因为吸收的原因，显著降低，因此可以通过标定确定I2与I1-I2的比值与Nl的关系，其计算公式为：图3中假设甲烷浓度5％(爆炸极限)，二氧化碳浓度0.2％，水蒸汽浓度1％，主要的背景组分氮气和氧气几乎没有吸收。优选的，所述B(λ，T)是普朗克黑体辐射定律给定的辐射强度与波长和温度的关系λ0为带通滤波透镜的中心波长，δ是半带宽，I1与I2的测量可以使用不同的增益以提高信噪比。同时红外热辐射的测量窗口为7.5um-14um，甲烷吸收带通滤波片的通带为7.5um-8.5um，在甲烷泄漏的平均浓度为5％LEL。(三)有益效果本专利技术提供了一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪。具备以下有益效果：(1)、该便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪，通过手柄的顶端固定连接有腔体，手柄的一侧转动连接有扳机，腔体靠近手柄一端的侧面固定连接有控制面板，腔体远离手柄的一端固定连接有镜头，手柄的内部固定连接有电池，且手柄内部靠近电池的一侧固定连接有PCBA板，PCBA板和电池的顶端均贯穿手柄位于腔体的内部，腔体内部位于PCBA板远离控制面板的一侧转动连接有旋转透镜台，旋转透镜台上表面靠近PCBA板的一端固定连接有带通滤波透镜，本专利技术使用非制冷红外热电堆代替激光光谱法的光电雪崩二极管或光电倍增管作为光学探头，成本显著降低，吸收波长的选择性通过带通滤波片的机械置换实现，避免了对光源本身的调谐，并最终实现不用外加光源，并且本专利技术直接利用被检测设备通过热辐射发出的电磁波作为光源，无需使用包括激光在内的任何其它外加光源，因此可显著节约成本。(2)、该便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪，通过本专利技术提出的红外热辐射吸收光谱甲烷探测仪基于吸收光谱法通用的测量原理，比尔-朗伯定律，即特定波长的光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目，通过合理选择待测泄漏气体(比如甲烷气体)的特征波长，使得该波长的光只有待测气体吸收，而背景气体不吸收，则可以通过透射光强度和入射光强度的比值，来确定待测泄漏气体的浓度N与待测气体泄漏扩散云团大小l(当l≤L时)的乘积，本专利技术所使用中红外技术和器件由热辐射的维恩位移定律可知，在常温附近，物体热辐射的主要波长集中在10um左右，相对于激光吸收光谱法，受半导体激光器件限制一般采用1.6um左右的近红外，本专利技术使用的波长更本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪，包括手柄(10)，所述手柄(10)的顶端固定连接有腔体(2)，所述手柄(10)的一侧转动连接有扳机(8)，所述腔体(2)靠近手柄(10)一端的侧面固定连接有控制面板(6)，其特征在于：所述腔体(2)远离手柄(10)的一端固定连接有镜头(1)，所述手柄(10)的内部固定连接有电池(7)，且手柄(10)内部靠近电池(7)的一侧固定连接有PCBA板(5)，所述PCBA板(5)和电池(7)的顶端均贯穿手柄(10)位于腔体(2)的内部，且PCBA板(5)朝向镜头(1)的一侧固定连接有热电堆(4)，所述腔体(2)内部位于PCBA板(5)远离控制面板(6)的一侧转动连接有旋转透镜台(9)，所述旋转透镜台(9)上表面靠近PCBA板(5)的一端固定连接有带通滤波透镜(3)。/n
【技术特征摘要】
1.一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪，包括手柄(10)，所述手柄(10)的顶端固定连接有腔体(2)，所述手柄(10)的一侧转动连接有扳机(8)，所述腔体(2)靠近手柄(10)一端的侧面固定连接有控制面板(6)，其特征在于：所述腔体(2)远离手柄(10)的一端固定连接有镜头(1)，所述手柄(10)的内部固定连接有电池(7)，且手柄(10)内部靠近电池(7)的一侧固定连接有PCBA板(5)，所述PCBA板(5)和电池(7)的顶端均贯穿手柄(10)位于腔体(2)的内部，且PCBA板(5)朝向镜头(1)的一侧固定连接有热电堆(4)，所述腔体(2)内部位于PCBA板(5)远离控制面板(6)的一侧转动连接有旋转透镜台(9)，所述旋转透镜台(9)上表面靠近PCBA板(5)的一端固定连接有带通滤波透镜(3)。
2.根据权利要求1所述的一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪，其特征在于：所述扳机(8)设置有一、二两档，且扳机(8)的两档均可带动旋转透镜台(9)和带通滤波透镜(3)转动，所述扳机(8)的第一档通过旋转透镜台(9)带动带通滤波透镜(3)转动至镜头(1)至热电堆(4)光路的一侧，且扳机(8)的第二档通过旋转透镜台(9)带动带通滤波透镜(3)转动至镜头(1)至热电堆(4)光路之中，所述带通滤波透镜(3)在扳机(8)第二档时与光路处于垂直状态。
3.根据权利要求2所述的一种便携式热辐射吸收光谱甲烷探测仪，其特征在于：所述镜头(1)至热电堆...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，
申请(专利权)人：汉泰黄石科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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