【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体检测，尤其涉及一种开放式腔衰荡天然气浓度检测装置。
技术介绍
1、天然气是指自然界中存在的一类可燃性气体，是一种化石燃料，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体(包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等)，在个人生活和社会发展中发挥着极其重大的作用。随着现代科学技术的发达，燃气的使用也越来越多，但是燃气有很大的危险性，在燃气的开采、传输、使用上都需要高精度的浓度检测以确保工作人员或者使用者的安全。所以在日常的维护中，需要技术人员时刻对燃气浓度进行检测。
2、光腔衰荡光谱技术(crds，cavity ring down spectroscopy)是利用激光和气体分子之间发生相互的作用机理来进行气体探测的，是目前天然气检测问题中较为常用的解决方法。它除了传统光谱技术所具有的分析、检测能力外，还具有独特的优势：由于激光在光学腔内往返次数多，吸收光程长度很长，所以crds技术能够获得很高的灵敏度；另外，crds技术的直接测量参数不是激光通过待测物质后的光强绝对强度变化，而是光强指数衰减速率，因此，crds技术对光源强度起伏不敏感。
3、目前大多数天然气检测crds装置使用封闭衰荡腔腔体结构，使用泵将待测气体泵入由高反射镜构成的封闭衰荡腔体中。封闭结构有助于控制待测气体的压力和温度值，进而确定待测气体的吸收截面。但是在基于车载平台或者无人平台的快速通量测试，待测气体泵入衰荡腔的过程将产生检测的延迟，影响检测的实时性和时空分辨率。此外，待测气体泵入过程中往往伴随气体或者气溶胶附
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种开放式腔衰荡天然气浓度检测装置，可简便准确探测天然气泄露。
2、为实现上述目的，本专利技术实施例第一方面提供一种开放式腔衰荡天然气浓度检测装置，包括：
3、光源、光路系统、两个气帘结构、充气系统、光电探测器、数据采集单元和数据处理系统；
4、所述光源，包括激光器、激光驱动模块和温度控制模块，所述激光器用于发出入射光信号，所述激光驱动模块用于提供激光器工作所需的工作电流和电压，所述温度控制模块用于控制激光器的工作温度；
5、所述光路系统，包括前腔镜和后腔镜，所述前腔镜和所述后腔镜之间形成开放腔，所述光路系统用于使所述入射光信号从所述前腔镜导入，所述后腔镜导出，得到出射光信号，其中，所述入射光信号在所述开放腔中形成衰荡，待检测气体位于所述开放腔内；
6、两个所述气帘结构，分别包设于所述前腔镜和所述后腔镜外，所述气帘结构用于在所述前腔镜和所述后腔镜前形成保护隔离区域；
7、充气系统，用于向所述气帘结构中充入保护气体；
8、所述光电探测器，用于将出射光信号转换为电信号；
9、所述数据采集单元，用于采集并记录光电探测器输出的电压信号；
10、所述数据处理系统，用于基于采集的电信号变化和待检测气体温度、压力，计算所述待检测气体中天然气浓度。
11、在本专利技术一实施例中，所述数据处理系统具体用于通过拟合所述出射光光强的衰荡数值曲线得到所述天然气的衰荡时间，根据所述待检测气体温度、压力和所述衰荡时间得到所述待检测气体中天然气的浓度。
12、在本专利技术一实施例中，所述气帘结构的出气通道上开设有至少一个排气通孔。
13、在本专利技术一实施例中，所述气帘结构的出气通道的大小沿出气方向逐渐增大。
14、在本专利技术一实施例中，所述保护气体为经过水汽干燥和颗粒物过滤的所述待检测气体。
15、在本专利技术一实施例中，所述装置还包括：
16、模式匹配镜组，设置于所述光源和所述前腔镜之间，所述模式匹配镜组用于将光信号的光斑注入到所述开放腔的中心，与腔体模式相匹配。
17、在本专利技术一实施例中，所述模式匹配镜组包括数片不同或相同参数的透镜。
18、在本专利技术一实施例中，所述装置还包括：
19、隔离器，设置于所述模式匹配透镜组与所述前腔镜之间，所述隔离器用于隔离所述开放腔反射回所述光源的反射光。
20、在本专利技术一实施例中，所述装置还包括：
21、两个可调节镜架，所述前腔镜和所述后腔镜均设置在一个所述可调节镜架中，所述可调节镜架用于调节所述前腔镜和所述后腔镜的镜面与入射光之间的角度。
22、在本专利技术一实施例中，所述装置还包括：
23、滤波片，设置于所述后腔镜和所述光电探测器之间，用于透射所述出射光信号，并滤除所述出射光信号中的杂光。
24、从上述本专利技术实施例可知，本专利技术提供的开放式腔衰荡天然气浓度检测装置，包括光源、光路系统、两个气帘结构、充气系统、光电探测器、数据采集单元和数据处理系统，该光源，用于发出入射光信号，该光路系统，包括前腔镜和后腔镜，该前腔镜和该后腔镜之间形成开放腔，该光路系统用于使该入射光信号从该前腔镜导入，该后腔镜导出，得到出射光信号，其中，该入射光信号在该开放腔中形成衰荡，待检测气体位于该开放腔内，两个该气帘结构，分别包设于该前腔镜和该后腔镜外，该气帘结构用于在该前腔镜和该后腔镜前形成保护隔离区域，该充气系统，用于向该气帘结构中充入保护气体，该光电探测器，用于将出射光信号转换为电信号，该数据采集单元，用于采集并记录光电探测输出的电信号，该数据处理系统，用于基于采集的电信号变化和待检测气体温度、压力，计算所述待检测气体中天然气浓度。
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1.一种开放式腔衰荡天然气浓度检测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述数据处理系统具体用于通过拟合所述出射光光强的衰荡数值曲线得到所述天然气的衰荡时间，根据所述待检测气体温度、压力和所述衰荡时间得到所述待检测气体中天然气的浓度。
3.根据权利要求1所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述气帘结构的出气通道上开设有至少一个排气通孔。
4.根据权利要求2所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述气帘结构的出气通道的大小沿出气方向逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述保护气体为经过水汽干燥和颗粒物过滤的所述待检测气体。
6.根据权利要求1所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述装置还包括：
7.根据权利要求6所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述模式匹配镜组包括数片不同或相同参数的透镜。
8.根据权利要求1所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述装置还包括
9.根据权利要求1所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述装置还包括：
10.根据权利要求1所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述装置还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种开放式腔衰荡天然气浓度检测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述数据处理系统具体用于通过拟合所述出射光光强的衰荡数值曲线得到所述天然气的衰荡时间，根据所述待检测气体温度、压力和所述衰荡时间得到所述待检测气体中天然气的浓度。
3.根据权利要求1所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述气帘结构的出气通道上开设有至少一个排气通孔。
4.根据权利要求2所述的开放式腔衰荡天然气检测装置，其特征在于，所述气帘结构的出气通道的大小沿出气方向逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的开放式...
【专利技术属性】
技术研发人员：貊泽强，刘洋，何建国，代守军，黄旻，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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