开路激光甲烷气体检测系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种开路激光甲烷气体检测系统，其特征在于：它包括发射端电路、光束整形机构、汇聚激光的透镜和接收端电路；其中，所述发射端电路包括MCU处理电路、信号发生电路和激光器，所述MCU处理电路连接所述信号发生电路，所述信号发生电路连接所述激光器；所述接收端电路包括微处理器电路、信号放大电路和探测器，所述探测器通过所述信号放大电路连接所述微处理器电路；所述激光器对应所述光束整形机构的激光入射端设置，所述探测器通过所述透镜对应所述光束整形机构的激光出射端设置。该系统能够实时进行甲烷气体泄漏的监测，探测灵敏度高，响应速度快，抗干扰能力强。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种气体检测系统，具体的说，涉及了一种开路激光甲烷气体检测系统。
技术介绍
在油气的开采、集输过程中，各种形式的泄露将会严重影响大气环境和人民生命财产安全；由于检测技术和管理水平的落后，油气泄漏事故常有发生。甲烷是天然气的主要可燃成分，同时又是一种强效的温室气体，甲烷的温室效应是二氧化碳的20多倍，是地球大气中仅次于二氧化碳的第二号能导致全球变暖的温室气体。目前，对天然气管线、石油平台或者燃气存储分离站等场所进行油气泄漏检测，只能选用半导体或催化或电化学的点式探测器，点式探测器具有灵敏度低、响应速度慢、抗干扰能力差、容易受到气体成分的交叉干扰、易受表面污染等缺点。为了避免事故的发生和减缓全球变暖，急需一种能够及时、准确的测量危险区域甲烷气体浓度的开路激光甲烷气体检测系统。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种满足大空间、大面积可燃气体泄漏探测的开路激光甲烷气体检测系统。为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案是:一种开路激光甲烷气体检测系统，它包括发射端电路、光束整形机构、汇聚激光的透镜和接收端电路；其中，所述发射端电路包括MCU处理电路、信号发生电路和激光器，所述MCU处理电路连接所述信号发生电路以便产生实现待测甲烷气体中心波长扫描所需的调制信号，所述信号发生电路连接所述激光器以便根据调制信号通过激光器实现待测甲烷气体中心波长扫描；所述接收端电路包括微处理器电路、信号放大电路和探测器，所述探测器通过所述信号放大电路连接所述微处理器电路以便将接收到的光信号转换成电信号并经放大后向微处理器电路输出含有甲烷气体浓度信息的模拟电压信号；所述激光器对应所述光束整形机构的激光入射端设置，所述探测器通过所述透镜对应所述光束整形机构的激光出射端设置。基于上述，所述信号发生电路包括锯齿波发生电路、正弦波发生电路和加法器，所述锯齿波发生电路和所述正弦波发生电路的信号输出端分别连接所述加法器的输入端；所述MCU处理电路分别连接所述锯齿波发生电路和所述正弦波发生电路的信号输入端，所述加法器的输出端连接所述激光器。基于上述，所述微处理器电路通过信号输出电路连接报警电路。本技术相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本技术具有以下优点:该系统能够在天然气管线、石油平台或者燃气存储分离站等场所，实时进行甲烷气体泄漏的监测，探测灵敏度高，响应速度快，抗干扰能力强。该系统针对大空间、大面积甲烷气体泄漏探测应用，其采用先进的可调谐半导体激光吸收光谱技术，检测灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强、抗水汽干扰、报警迅速且准确度高、覆盖区域广、可实现实时监控、传感器不会中毒、寿命长、易维护；该系统是一种被动式的甲烷检测系统，它能解决目前市场上现有产品在甲烷气体泄漏领域应用存在的缺陷问题，可以有效地避免甲烷泄漏事故的发生，该系统在气体检测领域的应用具有很高的经济效益和社会效益。附图说明图1是所述开路激光甲烷气体检测系统的结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。如图1所示，一种开路激光甲烷气体检测系统，它包括发射端电路、光束整形机构、汇聚激光的透镜和接收端电路；其中，所述发射端电路包括MCU处理电路、信号发生电路和激光器，所述MCU处理电路连接所述信号发生电路以便产生实现待测甲烷气体中心波长扫描所需的调制信号，所述信号发生电路连接所述激光器以便根据调制信号通过激光器实现待测甲烷气体中心波长扫描；所述接收端电路包括微处理器电路、信号放大电路和探测器，所述探测器通过所述信号放大电路连接所述微处理器电路以便将接收到的光信号转换成电信号并经放大后向微处理器电路输出含有甲烧气体浓度信息的模拟电压信号；所述激光器对应所述光束整形机构的激光入射端设置，所述探测器通过所述透镜对应所述光束整形机构的激光出射端设置；激光器发出的激光到光束整形机构，光束整形机构再把激光发射到空气中，光束整形机构使激光器发出的激光变为发散角更加小的平行光，通过光束整形机构，激光器发出的激光在120m处，光斑直径只有100mm。基于上述，所述信号发生电路包括锯齿波发生电路、正弦波发生电路和加法器，所述锯齿波发生电路和所述正弦波发生电路的信号输出端分别连接所述加法器的输入端，高频正弦信号和锯齿信号的叠加由加法器完成；所述MCU处理电路分别连接所述锯齿波发生电路和所述正弦波发生电路的信号输入端，所述加法器的输出端连接所述激光器。基于上述，所述微处理器电路通过信号输出电路连接报警电路。从发射端发出的激光，通过空气以后，到达接收端的激光就包含了空气中气体的浓度信息，经过探测器转换为电流信号，由于该电流很微弱，用运算放大器进行放大，则在运放的输出端得到电压信号；信号放大电路和微处理器电路的作用是将光电转换后的模拟电压信号里反映气体浓度的二次谐波信号用快速傅里叶变化提取出来后，换算出气体的浓度并使含有气体的浓度信息的信号输出。信号发生电路产生调制信号，驱动激光器，激光器发出的激光经过光束整形机构，通过开放空间照射到的探测器上，探测器把光信号转换为电信号，经放大后由内部集成有A/D转换器的MCU处理电路对模拟信号进行处理和计算，计算出气体的浓度后并输出含有气体浓度信息的信号。当有气体泄漏时，就会发生共振吸收，其吸收强度与该气体的浓度有关，通过测量光的吸收强度就可计算出气体的浓度。开路激光甲烷气体探测系统的基本原理是Beer-Lambert定律，即，一束激光通过被测气体，当激光器发出激光的波长与被测气体某个吸收谱线相同时，气体分子就会发生共振吸收,其吸收强度可以由Beer-Lambert定律来描述；由于气体的吸收谱线是由气体分子结构决定，不同气体的吸收谱线不同，所以抗气体交叉干扰能力强。当光源的发射波长与气体的吸收波长相吻合时，就会发生共振吸收，其吸收强度与该气体的浓度有关，通过测量光的吸收强度就可测量气体的浓度。可调谐半导体激光技术是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。由于可调谐半导体激光器的高单色性，因此可以利用气体分子的一条孤立的吸收谱线对气体的吸收光谱进行测量，从而可方便地从混合污染成分中鉴别出不同的分子，避免了光谱的干扰。开路激光甲烷气体检测技术是根据气体对激光束辐射选择性吸收的原理进行的，当某物质受到激光束照射时，该物质选择性吸收某频率的光子，从而表现为特定波长(1.66um)透射光的强度变小，利用光电器件将透射光强度变化转换为电信号，经过计算可以准确得出甲烷浓度。该系统采用先进的可调谐半导体激光吸收光谱技术，具有灵敏度高、抗干扰能力强、反应速度快等特点，它通常应用在天然气管线、石油平台或者燃气存储分离站等场所，可实时探测甲烷气体泄漏情况；在有甲烷泄漏发生时，及时输出报警信号，引起中控室的后级设备报警，提醒值班人员注意，以便采取进一步的预防、补救措施，从而有效预防甲烷泄漏事故发生。最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本技术进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本技术的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开路激光甲烷气体检测系统，其特征在于：它包括发射端电路、光束整形机构、汇聚激光的透镜和接收端电路；其中，所述发射端电路包括MCU处理电路、信号发生电路和激光器，所述MCU处理电路连接所述信号发生电路以便产生实现待测甲烷气体中心波长扫描所需的调制信号，所述信号发生电路连接所述激光器以便根据调制信号通过激光器实现待测甲烷气体中心波长扫描；所述接收端电路包括微处理器电路、信号放大电路和探测器，所述探测器通过所述信号放大电路连接所述微处理器电路以便将接收到的光信号转换成电信号并经放大后向微处理器电路输出含有甲烷气体浓度信息的模拟电压信号；所述激光器对应所述光束整形机构的激光入射端设置，所述探测器通过所述透镜对应所述光束整形机构的激光出射端设置。

【技术特征摘要】
1.一种开路激光甲烷气体检测系统，其特征在于:它包括发射端电路、光束整形机构、汇聚激光的透镜和接收端电路；其中，所述发射端电路包括MCU处理电路、信号发生电路和激光器，所述MCU处理电路连接所述信号发生电路以便产生实现待测甲烷气体中心波长扫描所需的调制信号，所述信号发生电路连接所述激光器以便根据调制信号通过激光器实现待测甲烷气体中心波长扫描；所述接收端电路包括微处理器电路、信号放大电路和探测器，所述探测器通过所述信号放大电路连接所述微处理器电路以便将接收到的光信号转换成电信号并经放大后向微处理器电路输出含有甲烧气体浓度信息的模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金领，王书潜，贾林涛，杨清永，鲁志远，胡海芝，郭东歌，陈海永，
申请(专利权)人：河南汉威电子股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：