开路气体检测系统和用于检测沿开路的气体的收发器技术方案

本实用新型专利技术涉及开路气体检测系统和用于检测沿开路的气体的收发器；其中一种开路气体检测系统包括：发射器，被配置成生成跨开路的照明；以及接收器，被定位成在照明已经通过开路之后检测来自发射器的照明，检测器被配置成基于照明来检测感兴趣的气体，所述发射器和所述接收器被配置成无线通信；另外，一种用于检测沿开路的气体的收发器包括：防爆壳体，控制器，紧凑型激光模块，光检测器，所述控制器被配置成与远程收发器无线通信以检测沿所述开路的所述气体。的所述气体。的所述气体。

【技术实现步骤摘要】
开路气体检测系统和用于检测沿开路的气体的收发器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于并且要求2021年8月19日提交的美国临时专利申请序列号63/234,813的权益，该申请的内容整体通过引用方式并入本文中。


[0003]本申请涉及开路气体检测系统和用于检测沿开路的气体的收发器。

技术介绍

[0004]开路气体检测器(OPGD)是视线气体监测器，其通常安装以长距离监测气体存在。开路气体检测器提供高速响应，它们在极端条件下操作，并且需要更少的仪器来监测大面积区域。这些检测器通常检测单种化学物质的独特光谱指纹。这种气体检测器通常由一对装置组成；源单元和检测器单元。源单元生成高能束电磁能。目标气体吸收一些电磁能并且发射其余部分。然后，检测器单元基于目标气体检测特定光谱范围的发射能量。
[0005]一些开路气体检测系统采用源单元(发射器)和检测器单元(接收器)之间的有线通信。这种有线方法需要复杂的基础设施、复杂的安装、电缆磨损并且需要频繁维护。此外，通过这种系统接口，有线通信用于获取有关单元(发射器和接收器)本身的信息，而不是有关单元之间的介质/环境的信息——这在谈论开路气体检测时尤其重要的数据。需要从发射器和接收器以及它们之间的路径获得反馈来清楚地了解系统环境，而这在使用有线通信时是不可能的。

技术实现思路

[0006]一种开路气体检测系统，包括：发射器，被配置成生成跨开路的照明；以及接收器，被定位成在照明已经通过开路之后检测来自发射器的照明，检测器被配置成基于照明来检测感兴趣的气体，其特征在于，所述发射器和所述接收器被配置成无线通信。
[0007]还提供了一种用于检测沿开路的气体的收发器，所述收发器包括：防爆壳体；控制器，设置在所述防爆壳体内；紧凑型激光模块，设置在所述防爆壳体内并且以可操作的方式耦合到所述控制器；光检测器，以可操作的方式耦合到所述控制器；以及其特征在于，所述控制器被配置成与远程收发器无线通信以检测沿所述开路的所述气体。
附图说明
[0008]图1是具有无源接收器的单向开路气体检测系统的示意图。
[0009]图2是示出串扰问题的两个开路气体检测系统的示意图。
[0010]图3是根据一个实施例的有源双向开路气体检测系统的示意图。
[0011]图4和图5是根据本技术实施例的用于有源双向开路气体检测系统的激光模块的侧视图和透视图。
[0012]图6是示出根据本技术实施例的有源双向开路气体检测系统的功效的实验装
置的示意图。
[0013]图7是根据本技术实施例的双向开路气体检测系统的系统框图。
[0014]图8是根据本技术实施例的操作有源双向开路气体检测系统的方法的流程图。
具体实施方式
[0015]图1是单向开路气体检测系统的示意图。系统100包括发射器102和接收器104，它们被布置成使得从发射器102传送的光脉冲108将沿着路径106行进到接收器104。接收器104接收光脉冲并且被配置成分析接收到的信号的光谱特性以确定光脉冲是否通过感兴趣的气体。如图1中所示，从发射器102到接收器104的通信完全是单向的。因此，无源接收器104没有与发射器102通信的能力。系统100的这种限制会在多个此类系统100彼此靠近使用的情况下引起串扰。众所周知，在发射器与接收器之间不采用任何类型的同步的开路气体检测系统存在诸如串扰等问题，并且在恶劣的环境条件下难以检测气体。串扰是开路气体检测系统中的重要问题。就光学系统而言，“串扰”是指由发射器为其相关接收器发射的信号在附近的单独集合的接收器中产生不希望的影响的现象。恶劣的天气条件也可能导致系统困难，因为与正常操作相比，接收器从发射器获得的信号可能要低得多。这会导致系统运行错误，因为它会影响光学性能和检测能力，并且最终将导致接收器错过监测路径中的实际气体读数。
[0016]图2是示出串扰问题的两个开路气体检测系统的示意图。图2示出了具有源102
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1和检测器104
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1的第一开路气体检测系统靠近具有源102
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2和检测器104
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2的第二开路气体检测系统操作。图2中所示的开路气体检测系统中的每一个都如上文关于系统100所描述的那样操作。然而，这两个系统的靠近允许来自一个源(诸如源102
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1)的光脉冲或能量110由与预期的检测器(104
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1)不同的检测器(104
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2)检测。这种对错误光脉冲或能量的检测被称为串扰，并且可能会导致受影响系统出现错误。
[0017]为了获得有关系统环境的真实信息，发射器与接收器之间的接口应该是光学和无线的。本质上，希望提供一种具有连续或至少定期学习其环境的能力的开路气体检测系统。采用无线通信呈现了使光辐射强度超过允许极限值的挑战，这在需要光学本质安全认证的应用中可能是重大障碍。在许多需要覆盖长距离的应用中，长距离光通信所需的能量可能超过标准的极限值，而系统仍需要符合防爆规定。此外，由于眼睛安全标准，高级激光可能会使用户处于危险之中。本文描述的至少一些实施例提供了一种开路气体检测系统，该开路气体检测系统包括源(发射器)和检测器(接收器)，其可以采用UV和/或IR电磁能进行气体检测以及采用激光IR能在源与检测器之间进行双向通信。
[0018]图3是根据本技术实施例的有源双向开路气体检测系统200的示意图。系统200包括发射器202和接收器204。与发射器102一样，发射器202被配置成沿着路径106向接收器104发送光脉冲108，该接收器被配置成检测接收到的脉冲108的光谱属性以便沿路径106检测感兴趣气体。然而，根据本技术实施例，接收器204包括允许接收器204沿路径120向发射器202发送光脉冲或其他合适的信号或波形的光源(图7中所示)。在一个实施例中，光源是激光发射器。此外，发射器202还包括检测器和合适的检测逻辑，以检测来自接收器204的光脉冲/信号。在接收器侧添加光源允许在两个单元之间使用无线通信，使系统有
源和双向。通过这种方式，可以启用发射器和接收器的附加功能和控制选项。这些新功能包括但不限于：监测介质特性(恶劣天气/雾/雪等)作为环境学习系统的一部分、距离计算(使用飞行时间(ToF)技术)、当发射器信号较低时增加的脉冲重复频率(PRF)作为环境补偿模块的一部分、防止来自附近发射器的串扰等。
[0019]在接收器侧提供有源光源以及在源侧提供检测电子器件将原本单向的系统转换为有源双向系统，具有无线通信的能力，从中获得数字通信和光谱信息。此外，双向通信使两个单位能够提高对环境以及单元本身的认识。这种认识可以帮助单元提供动态调整发射器工作模式的能力，诸如在发生大雨、大雾或暴风雪等干扰时。因此，调整单元的工作模式有利于环境条件的补偿，使得接收器能够在恶劣的天气条件下从发射器获得可行的信号，并且系统将继续正常操作，并且检测气体。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开路气体检测系统，包括：发射器，被配置成生成跨开路的照明；以及接收器，被定位成在所述照明已经通过所述开路之后检测来自所述发射器的所述照明，所述接收器被配置成基于所述照明来检测感兴趣的气体，其特征在于，所述发射器和所述接收器被配置成无线通信。2.根据权利要求1所述的开路气体检测系统，其特征在于，所述无线通信是在所述开路上的光通信。3.根据权利要求1所述的开路气体检测系统，其特征在于，所述无线通信是双向无线通信。4.根据权利要求3所述的开路气体检测系统，其特征在于，所述开路气体检测系统被配置成基于由所述接收器检测到的照明来动态地调整所述发射器的工作模式。5.根据权利要求4所述的开路气体检测系统，其特征在于，所述发射器的工作模式是基于环境干扰来调整的。6.根据权利要求1所述的开路气体检测系统，其特征在于，所述发射器包括紧凑型激光模块，所述紧凑型激光模块被配置成沿所述开路向所述接收器生成光学激光脉冲。7.根据权利要求6所述的开路气体检测系统，其特征在于，所述激光模块被配置成生成IR激光脉冲。8.根据权利要求1所述的开路气体检测系统，其特征在于，所述接收器包括紧凑型激光模块，所述紧凑型激光模块被配置成沿所述开路向所述发射器生成光学激光信号。9.根据权利要求8所述的开路气体检测系...

【专利技术属性】
技术研发人员：茨维尔，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：新型
国别省市：