双光路补偿检测光学系统及基于5G的气体泄漏检测系统技术方案

本发明专利技术属于人工智能技术领域，公开了双光路补偿检测光学系统及基于5G的气体泄漏检测系统；本发明专利技术采用两个红外光源交替工作，红外光经过半透半反镜后被分为反射光及透射光；反射光入射至光谱信号分析器得到本底光光谱强度，透射光经过取样光栅后产生的衍射光入射至光电探测器，光电探测器将衍射光强传输至光谱信号分析器，穿过所述气体检测腔的吸收光谱强度在光谱信号分析器中进行差分计算得到差分信号，通过对差分信号的判读获得气体泄漏信息，并将检测结果通过5G专网传输单元实时发送给远程终端服务器。在5G覆盖区域内，实时采集将数据传到远程终端服务器可实现对被测气体实时监控，对气体泄漏进行实时判别。对气体泄漏进行实时判别。对气体泄漏进行实时判别。

【技术实现步骤摘要】
双光路补偿检测光学系统及基于5G的气体泄漏检测系统


[0001]本专利技术属于人工智能
，涉及一种双光路补偿检测光学系统及基于5G的气体泄漏检测系统。

技术介绍

[0002]随着天然气的推广，工业生产几乎用的都是天然气作为能源或供暖、或冶炼、或烘焙等等。天然气的使用多以管道形式进行输送，通过燃气阀门来控制天然气输送量。天然气管道衔接的地方、燃气阀门等区域很容易发生天然气泄漏，所以做好天然气管道检漏工作是保证工业安全生产的关键。作为未来城市的“神经网络”，企业及社会对燃气管道安全及环保的日益重视，燃气管道的安全巡检，尤其是泄漏检测越来越显得重要。
[0003]天然气泄漏激光遥感探测仪可将激光探测仪指向待测区域，如管道后的反射物、地表等，在移动扫查过程中，探测仪接收到通过泄漏气团反射回的激光束来测量反射路径上的泄漏信号后，将它们转换成人耳可以听到的音频信号，并在彩色液晶大屏幕上同时显示出来。连续声音分贝的有效值和最大值，在液晶屏幕底的横条光柱以不同颜色和数值显示出来。
[0004]传统气泄露检测方法主要依赖于气体传感器进行人工巡检，检测范围小，难以做到对关键部位区域全天候实时巡检，从而导致运维成本大，造成了大量的人力物力浪费。
[0005]此外在实际检测中，常遇到管道或设施难以到达，甚至不能到达(例如高速公路、大门紧锁的院落、悬在桥梁下的管道、花圃中、河流上方、高楼外立管、房间里面、或其它很难接近的地点等等)的情况，给燃气管道安全带来隐患。

技术实现思路

[0006]为解决背景技术中指出的问题，本专利技术采用的技术方案如下。
[0007]本专利技术首先提供一种双光路补偿检测光学系统，包括：第一红外光源、第二红外光源、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一取样光栅、第二取样光栅、气体检测腔、光谱信号分析器；
[0008]用于气体泄漏智能检测中，令被测气体的两个特征光谱吸收中心波长分别为λ1、λ2；
[0009]第一红外光源与第二红外光源交替工作；
[0010]第一红外光源发出的光中心波长为λ1，其传播路径为第一光路；
[0011]第一光路上设置第一半透半反镜，第一半透半反镜的光强透射与反射比为K1，第一光路经过第一半透半反镜后被分为第一反射光及第一透射光；
[0012]第一反射光入射至光谱信号分析器，得到第一本底光光谱强度分布I
b
(λ1)；
[0013]第一透射光经过第一取样光栅后产生的第一级次衍射光入射至第一光电探测器，第一光电探测器将光强I
p1
传输至光谱信号分析器，第一取样光栅的衍射效率η1；
[0014]第一透射光经过第一取样光栅透射光穿过所述气体检测腔后的光为第一吸收光，
第一吸收光入射至光谱信号分析器得到第一吸收光谱强度分布I
s
(λ1)；
[0015]光谱信号分析器中对采集的第一光路的I
b
(λ1)、I
p1
、I
s
(λ1)进行差分计算，得到第一光路差分信号：D(λ1)＝I
b
(λ1)
‑
K1*I
s
(λ1)/(1
‑
η1)；
[0016]对应的，第二红外光源发出的光中心波长为λ2，其传播路径为第二光路；
[0017]第二光路上设置第二半透半反镜，第二半透半反镜的光强透射与反射比为K2，第二光路经过第二半透半反镜后被分为第二反射光及第二透射光；
[0018]第二反射光入射至光谱信号分析器，得到第二本底光光谱强度分布I
b
(λ2)；
[0019]第二透射光经过第二取样光栅后产生的第一级次衍射光入射至第二光电探测器，第二光电探测器将光强I
p2
传输至光谱信号分析器，第二取样光栅的衍射效率η2；
[0020]第二透射光经过第二取样光栅的透射光穿过所述气体检测腔后的光为第二吸收光，第二吸收光入射至光谱信号分析器，得到第二吸收光谱强度分布I
s
(λ2)；
[0021]光谱信号分析器中对采集的第二光路的I
b
(λ2)、I
p2
、I
s
(λ2)进行差分计算，得到第二光路差分信号：D(λ2)＝I
b
(λ2)
‑
K2*I
s
(λ2)/(1
‑
η2)。
[0022]本技术方案第一红外光源与第二红外光源交替工作，可通过对红外光源的电平调制实现。当第一红外光源的电平调制为低电平时，则第二红外光源的电平调制高电平，调制持续预定时间后，第一红外光源的电平调制为高电平，同时第二红外光源的电平调制为低平，如此交替进行实现第一红外光源与第二红外光源工作按照设定的频率交替发光。采用两个红外光源交替，可以同时对两个波段的吸收光谱的检测，提高检测的精度，降低误报警率；
[0023]采用半透半反镜将光路分为透射光和反射光，反射光作为本底光谱信号进入光谱信号分析器，可以实时监测测试环境及红外光源光功率的波动；
[0024]采用取样光栅对透射光取样，可以实时监控红外光源的工作状态，并且反馈此时进入气体检测腔的光强；
[0025]采用双光路补偿，本底光谱和吸收光谱做差分计算，计算实时的差分信号D(λ1)和D(λ2)，被测气体被吸入气体检测腔，由于被测气体在λ1和λ2处存在两个吸收峰，使得从气体检测腔射出的光吸收光谱强度分布I
s
减小，差分信号增大，当差分光谱信号值大于预设值说明发生气体泄漏，从而可判定该处天然气管道有泄漏；由于差分信号中滤除了环境本底信号因此可以实时消除环境及红外光源光功率波动的影响，从而提高检测的精度。
[0026]优选方案为：还包括第一带陷滤波器、第二带陷滤波器；第一带陷滤波器设置于第一红外光源的出光口处，第二带陷滤波器设置于第二红外光源的出光口处。从而采用普通的红外光源和带陷滤波器实现特定中心波长的波段光源，成本比红外激光器明显降低。
[0027]优选的第一红外光源与第二红外光源交替工作频率设定为100Hz～200Hz。此频率下，完成一个周期仅用时间0.005～0.01s，可以满足实时检测需求。
[0028]在一种可能的实现方式中，第一取样光栅、第二取样光栅为同一片取样光栅。例如使用反射镜将第一透射光及第二透射光均转折至同一片取样光栅上，由于第一光路与第二光路的波长不同，其通过同一片取样光栅的衍射角不同，因此可以分别对其衍射光取样探测。
[0029]在一种可能的实现方式中，气体检测腔设置有气泵，将被测气体由气体入口泵入气体检测腔由气体出口排出。
[0030]在一种可能的实现方式中，气体检测腔外设置有保温层，可以保证气体检测腔内的温度不受环境温度影响，温度漂移会引起红外吸收光谱的漂移。
[0031]本专利技术基于上述双光路补偿检测光学系统进一步提出基于5G的气体泄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双光路补偿检测光学系统，其特征在于，该光学系统包括：第一红外光源、第二红外光源、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一取样光栅、第二取样光栅、气体检测腔、光谱信号分析器；该光学系统用于气体泄漏智能检测中，被测气体的两个特征光谱吸收中心波长分别为λ1、λ2；第一红外光源与第二红外光源交替工作；第一红外光源发出的光中心波长为λ1，其传播路径为第一光路；第一光路上设置第一半透半反镜，第一半透半反镜的光强透射与反射比为K1，第一光路经过第一半透半反镜后被分为第一反射光及第一透射光；第一反射光入射至光谱信号分析器，得到第一本底光光谱强度分布I
b
(λ1)；第一透射光经过第一取样光栅后产生的第一级次衍射光入射至第一光电探测器，第一光电探测器将光强I
p1
传输至光谱信号分析器，第一取样光栅的衍射效率η1；第一透射光经过第一取样光栅透射光穿过所述气体检测腔后的光为第一吸收光，第一吸收光入射至光谱信号分析器得到第一吸收光谱强度分布I
s
(λ1)；光谱信号分析器中对采集的第一光路的I
b
(λ1)、I
p1
、I
s
(λ1)进行差分计算，得到第一光路差分信号：D(λ1)＝I
b
(λ1)
‑
K1*I
s
(λ1)/(1
‑
η1)；对应的，第二红外光源发出的光中心波长为λ2，其传播路径为第二光路；第二光路上设置第二半透半反镜，第二半透半反镜的光强透射与反射比为K2，第二光路经过第二半透半反镜后被分为第二反射光及第二透射光；第二反射光入射至光谱信号分析器，得到第二本底光光谱强度分布I
b
(λ2)；第二透射光经过第二取样光栅后产生的第一级次衍射光入射至第二光电探测器，第二光电探测器将光强I
p2
传输至光谱信号分析器，第二取样光栅的衍射效率η2；第二透射光经过第二取样光栅的透射光穿过所述气体检测腔后的光为第二吸收光，第二吸收光入射至光谱信号分析器，得到第二吸收光谱强度分布I
s
(λ2)；光谱信号分析器中对采集的第二光路的I
b
(λ2)、I
p2
、I
s
(λ2)进行差分计算，得到第二光路差分信号：D(λ2)＝I
b
(λ2)
‑
K2*I
s
(λ2)/(1
‑
η2)。2.根据权利要求1所述的一种双光路补偿检测光学系统，其特征在于：还包括第一带陷滤波器、第二带陷滤波器；第一带陷滤波器设置于第一红外光源的出光口处，第二带陷滤波器设置于第二红外光源的出光口处。3.根据权利要求1所述的一种双光路补偿检测光学系统，其特征在于：第一红外光源与第二红外光源交替工作频率设定为100Hz～200Hz。4.根据权利要求1所述的一种双光路补偿检测光学系统，其特征在于：第一取样光栅、第二取样光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文斌，王帅，梅洛瑜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：