一種手持式甲烷雷射遙測與點測裝置的製作方法

2023-07-30 02:52:41 1

本實用新型涉及光電子技術領域，尤其是雷射氣體檢測技術領域的一種手持式甲烷雷射遙測與點測裝置。

背景技術：

甲烷在自然界中具有廣泛的應用。可作為燃料，是天然氣、沼氣、油田氣及煤礦坑道氣的主要成分；甲烷也是一種重要的化工生產原料。但是甲烷是一種易燃易爆氣體，在生產、加工及運輸過程中，若甲烷發生洩漏，且濃度達到爆炸極限時，遇火會發生爆炸造成嚴重的損失，因此，在甲烷生產製造及運輸過程中需要對甲烷進行嚴密的監控。

雖然現有技術中甲烷的生產及加工企業中具有甲烷洩漏檢測系統，但擴散式固定配置的傳感器無法給出甲烷洩露的具體地點。當固定式傳感器監測到甲烷洩露後，就需要巡檢人員快速準確找到洩漏點進行事故處理。傳統電化學類等天然氣可攜式檢測設備需要與待測甲烷接觸，檢測人員需要進入危險環境中檢測甲烷濃度，存在一定的風險；且監測目標距離過短、檢測精度較低、易受溫度、溼度等環境因素影響使數據失真，存在安全隱患。

技術實現要素：

針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種快速準確定位甲烷洩露點的手持式甲烷雷射遙測與點測裝置及檢測方法，當巡檢人員使用手持儀器巡檢時能夠實現遠距離遙測定位到甲烷洩露區域，進入洩露區後，可實現甲烷濃度連續點測，快速準確定位到洩漏點。

一種手持式甲烷雷射遙測與點測裝置，其特徵在於由雷射反射板、手持式雷射甲烷巡檢儀、定點測試氣罩組成；雷射反射板安裝在可能發生甲烷氣體洩漏的位置上；手持式雷射甲烷巡檢儀由電池充電模塊、電壓轉換模塊、雷射甲烷傳感模塊、光譜分析模塊、顯示模塊及報警模塊組成；雷射甲烷傳感模塊由雷射器、雷射探測器組成；雷射器輸出雷射信號；雷射探測器接收雷射反射板和反射片反射的雷射光束得到目標光信號；定點測試氣罩安裝在手持式雷射甲烷巡檢儀探測器前端，定點測試氣罩長度為0.1米至1米；反射片設置在定點測試氣罩頂端內部；

雷射甲烷傳感模塊的雷射探測器的功能是接收雷射反射板和反射片反射的雷射光束得到目標光信號，並將目標光信號傳輸至光譜分析模塊；

光譜分析模塊的功能是分析接收到的目標光信號的光譜得到甲烷濃度值，並將甲烷濃度值發送給顯示模塊；顯示模塊負責顯示出甲烷的濃度值；當光譜分析模塊分析接收到的目標光信號的光譜得到的甲烷濃度值達到預設的報警閾值時，當光譜分析模塊向報警模塊發出啟動報警信號；

報警模塊接收光譜分析模塊發送的啟動報警信號發出聲、光及振動報警信號；

手持式雷射甲烷巡檢儀包括電池充電模塊，電池充電模塊的功能是對電池充電；

手持式雷射甲烷巡檢儀包括電壓轉換模塊，電壓轉換模塊提供電池充電模塊充電電壓；電壓轉換模塊將電池電壓轉換穩定在 3.3V 電壓；

手持式雷射甲烷巡檢儀發射的雷射光束波長為1.650μm、能量小於10毫瓦、線寬2MHz；

雷射反射板為鍍金紅外反射目標板簡稱雷射反射板，高漫反射率最高可達 99%，延長測試距離，支持弧面雷射反射和多角度雷射反射。

基於上述目的，本實用新型的技術方案提出了一種甲烷洩漏檢測定位方法，包括：

1.在遙測模式下判定甲烷洩露區域範圍：激發雷射信號，發射雷射光束，將所述雷射光束對準反射板；其中，所述激發雷射光束的光路經過可能發生甲烷氣體洩漏檢測區反射板；反射經過甲烷洩漏檢測區的雷射光束；接收經過甲烷洩漏檢測區的反射雷射光束，得到目標雷射信號；分析所述目標雷射信號的光譜，根據目標雷射信號的光譜變化顯示模塊顯示出甲烷的濃度值，判定甲烷洩漏檢測區是否有甲烷洩漏，並在判定有甲烷洩漏的情況下由報警模塊 發出聲、光及振動報警信號。

2. 將定點測試氣罩安裝在手持式雷射甲烷巡檢儀頭部在定點模式下判定洩漏點位置：進入甲烷洩露區域，激發雷射信號，發射雷射光束，所述雷射光束經過擴散到定點測試氣罩內的甲烷氣體；所述雷射光束的光路經過定點測試氣罩內的反射片反射得到目標雷射信號，分析所述反射雷射光束的光譜，根據目標雷射信號的光譜變化顯示模塊顯示出甲烷的濃度值，判定甲烷洩漏區域內甲烷的具體濃度，並在甲烷洩露濃度數值大小情況下由報警模塊發出聲、光及振動報警信號；根據濃度數值最大值定位洩漏點最小範圍。

具體的，手持式雷射甲烷巡檢儀可探測多處可能發生甲烷氣體洩漏的區域。

本實用新型由於採取以上技術方案，其具有以下優點： 1.區別於背景技術，可攜式，具有遙測、點測雙功能及聲光報警功能；2.採用遙測不直接接觸甲烷氣體，本質安全不帶電，巡檢人員進入前判斷危險性，增加了安全係數；3.設置雷射反射板，利於接收雷射反射板的反射光源，增加了遙測距離；4. 雷射發射板反射衰減雷射信號或是反射不到雷射信號，可通過發射板位置確定甲烷洩漏的區域；5. 定點採用雷射監測技術，實現了低濃度高精度的甲烷檢測，便於洩漏點及時快速定位；6. 本實用新型可以廣泛應用於天然氣管道巡檢、天然氣加工廠洩露檢測、城市綜合管廊天然氣管道艙巡檢，礦井瓦斯檢測等技術領域。

附圖說明

圖1是本實用新型遙測模式下結構示意圖；

圖2是本實用新型定點模式下結構示意圖；

圖中各標號列示如下

1—雷射反射板，2—手持式雷射甲烷巡檢儀，3—定點測試氣罩，4—可能發生甲烷氣體洩露區域，5—雷射光束，10—第二雷射反射板，21—雷射器，22—雷射探測器，23—顯示模塊，24—報警模塊，25—光譜分析模塊，26—電壓轉化模塊，27—電池充電模塊，31—反射片。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、內容、和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。

請參閱圖1及圖2，本實施方式提供了一種手持式甲烷雷射遙測與點測裝置，包括雷射反射板 1、手持式雷射甲烷巡檢儀 2、定點測試氣罩3；所述雷射反射板 1 預先安裝固定在可能發生甲烷氣體洩漏的區域 4，當發生甲烷氣體洩漏時，增加了遙測距離與反射光強度及便於查找氣體洩漏點；所述手持式雷射甲烷遙測儀 2 包括雷射甲烷傳感模塊（雷射器21與雷射探測器22），顯示模塊23，報警模塊24，光譜分析模塊25，電壓轉換模塊26，電池充電模塊 27；所述定點測試氣罩3安裝在手持雷射甲烷巡檢儀2的雷射傳感模塊前端，所述定點測試氣罩3長度為0.1m~1m，所述反射片31設置在定點測試氣罩3頂端內部。

所述雷射甲烷傳感模塊的雷射器21輸出雷射信號發射雷射光束5，通過雷射反射板1或發射片31反射雷射光束5；所述雷射探測器22接收雷射反射板1或反射片31反射的雷射光束5，得到目標光信號並被傳輸至光譜分析模塊25；所述光譜分析模塊 25 分析接收到的雷射光束5的光譜變化，由顯示模塊23 顯示出甲烷的濃度值；所述光譜分析模塊25判定可能發生甲烷氣體洩漏的區域4是否有甲烷洩漏，並在判定有甲烷洩漏的情況下由報警模塊24發出聲、光及振動報警信號；具體的，手持式雷射甲烷巡檢儀2發射的雷射光束5波長為 1.650μm，能量＜ 10mw、線寬 2MHz，功耗小，成本低；具體的，所述手持式雷射甲烷遙測儀 2 包括的電池充電模塊27，所述電池充電模塊27用於對電池充電；所述充電為電池放電至臨界欠壓狀態時；具體的，所述手持式雷射甲烷遙測儀 2 包括電壓轉換模塊26，所述電壓轉換模塊26 供電池充電模塊27使用，所述電壓轉換模塊26將電池電壓轉換穩定在 3.3V 電壓。

所述雷射反射板1為鍍金紅外反射目標板簡稱雷射反射板，高漫反射率最高可達 99%，延長測試距離，支持弧面雷射反射和多角度雷射反射；

所述手持式甲烷雷射遙測與點測裝置具有遙測模式（請參閱圖1）與定點模式（請參閱圖2），甲烷濃度解析度為0.01%·m；具體的，所述遙測模式在不使用雷射反射板1的遙測距離為5m~10m，使用雷射發射板1遙測距離為100m~200m,遙測模式下甲烷檢測濃度測試範圍為0.00%·m～4.00% ·m。

進一步的，請參閱圖1及圖2，本實施方式提供了一種甲烷洩漏檢測定位方法，具體結合以下實施例說明：

在本實用新型的一個較佳實施例中，在遙測模式（請參閱圖1）判定可能發生甲烷氣體洩漏的區域4，雷射器21輸出雷射信號發射雷射光束5，將雷射光束5對準反射板1；其中，激發雷射光束5的光路經過可能發生甲烷氣體洩漏的區域4的雷射反射板1反射；雷射探測器接收經過可能發生甲烷氣體洩漏的區域4的反射雷射光束5，得到目標雷射信號；手持式雷射甲烷巡檢儀2分析目標雷射信號的光譜，根據目標雷射信號的光譜變化顯示模塊23顯示出甲烷的濃度值，判定甲烷洩漏檢測區是否有甲烷洩漏，並在判定有甲烷洩漏的情況下由報警模塊24發出聲、光及振動報警信號。

如果在遙測模式下發現甲烷氣體洩露區域4，巡檢人員根據遙測模式下甲烷氣體濃度值做好安全防護，進而在定點模式下，請參閱圖2定位甲烷洩漏點。具體實施方式：在遙測模式下左右方向探索甲烷濃度最大值，沿最大值方向步進甲烷洩露區域4，當濃度值變為最初最大值的10%~20%時，說明已進入甲烷洩露區域4，在所述手持式甲烷雷射巡檢儀2前端安裝定點測試氣罩3，在定點模式下激發雷射信號，發射雷射光束5，所述雷射光束5經過擴散到定點測試氣罩3的甲烷氣體；雷射光束5的光路經過定點測試氣罩3內的反射片31反射得到目標雷射信號，手持式雷射甲烷巡檢儀2分析反射雷射光束5的光譜，根據目標雷射信號的光譜變化顯示模塊23顯示出甲烷的濃度值，即為甲烷洩漏區域內甲烷氣體的濃度，並根據甲烷洩露濃度數值情況下由報警模塊24發出聲、光及振動報警信號；根據濃度數值最大值定位洩漏點具體位置。使用1m定點測試氣罩，增加檢測距離，方便巡檢人員在洩漏點周圍巡檢。

在本實用新型的另一個更為優選的實施例中，在遙測模式下，請參閱圖1，在空間上確定甲烷氣體洩漏的位置範圍，所述可能發生甲烷氣體洩漏的區域4 預先安裝固定第一雷射反射板 1 和第二雷射發射板 10， 所述手持式雷射甲烷遙測儀 2 可分別檢測第一雷射反射板 1 和第二雷射發射板 10或更多其他的雷射反射板，連續掃描式遙測可能發生甲烷氣體洩漏的區域4，雷射探測器22接收反射雷射光束5，分析得到的目標雷射信號，根據反射雷射光束的光譜變化判斷此檢測點是否有被甲烷遮擋或阻斷，從而判定甲烷洩漏檢測區4是否有甲烷洩漏，顯示模塊23顯示出甲烷的濃度值，並在判定有甲烷洩漏的情況下，從而限定相應的甲烷洩漏的點的範圍，與此同時，手持式雷射甲烷遙測儀 2 報警模塊 24 發出聲、光及振動報警信號，通知相關工作人員做好防爆工作。在本實施例中，將多個雷射1或10反射板預先安裝固定在可能發生甲烷氣體洩漏的區域 4，利於接收雷射反射板 1或10 的安裝位置，便於查找氣體洩漏點。

本領技術人員應該理解的是，其他類似的大型場所的甲烷檢測均可應用本實用新型的技術方案，還可以廣泛的應用於煤礦、隧道及各種地下工程，天然氣管道檢漏等需要重點加強監控、防範等所有室內外環境。當然對於其他需要監測的氣體如 CO，SO2 等，也可根據本發明的思想進行變換，屬於本實用新型的保護範圍。