[發明專利]一種LNG探測裝置及其探測方法

無效

• 申請號: 201310589731.X
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103592254A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 李穎;周新;劉禹
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及一種LNG探測的裝置，尤其涉及一種LNG探測裝置及其探測方法。

背景技術

全世界對天然氣的需求，使得遠距離天然氣海上運輸業蓬勃發展。通過船舶運輸的液化天然氣（簡稱LNG）大多被冷卻成為低溫液化天然氣進行儲存和運輸。LNG船舶屬于危險品船，發生突發事件時，可能會導致液體的意外泄漏。大量的低溫LNG液體從液貨艙泄漏，與船殼接觸會導致船殼的脆性斷裂，與海水接觸會發生傳質傳熱反應，LNG會吸熱沸騰，海域中會有結冰現象發生，同時沸騰產生的LNG聚積在海面上，遇火會發生爆炸或火災，對船舶和人員產生巨大危害。因此需要有效的手段監測LNG的泄漏和擴散。

現有的檢測方法如下：傳統的接觸燃燒式和半導體吸收式甲烷傳感器易受其他氣體的干擾；干涉法則會受到氣體濕度和壓強的影響；電化學法的壽命最短，只有1～2年；而且，現有的檢測方法均無法實現遠距離探測。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種探測結果準確、可遠距離探測的LNG探測裝置及其探測方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種LNG探測裝置，包括激光器、波長切換濾光盤、探測器、放大器和處理器；所述的激光器、波長切換濾光盤、探測器、放大器和處理器集成安裝在一個儀器板上，所述探測器的輸出端經放大器后與處理器的輸入端連接，所述的處理器的兩個輸出端分別與計算機和步進電機連接，所述的步進電機通過連軸器與波長切換濾光盤連接；

所述的激光器與波長切換濾光盤垂直設置，即激光器發射端口對準波長切換濾光盤并與波長切換濾光盤垂直；

所述的波長切換濾光盤包括濾光片F1、濾光片F2、反射鏡S1、反射鏡S2、光電二極管D1、光電二極管D2、光電二極管D3和光電二極管D4，所述的濾光片F1和濾光片F2對稱安裝于波長切換濾光盤的水平中心線上；所述的反射鏡S1和反射鏡S2對稱安裝于波長切換濾光盤的垂直中心線上，且反射鏡S1和反射鏡S2的鏡面與波長切換濾光盤的盤面成45度角；所述的光電二極管D1、光電二極管D2、光電二極管D3和光電二極管D4分別對稱安裝于波長切換濾光盤的水平中心線上和垂直中心線上；

所述的激光器，采用1668nm波段的分布反饋激光器作為光源，用于向探測物發射激光；

所述的波長切換濾光盤，用于實現時間雙波長差分檢測來消除系統誤差和保持激光的單射性；

所述的探測器，用于實現光信號與電信號轉換的裝置；

所述的放大器，用于抑制噪聲，提高信噪比，得到很高的靈敏度；

所述的處理器，用于對數字信號進行數據處理。

本發明所述的激光器采用垂直腔面發射激光器；所述的探測器采用光伏探測器。

一種LNG探測裝置的探測方法，包括以下步驟：

A、通過激光器發射紅外激光照射于LNG船舶附近的區域，并同探測器的探測區域保持能夠相重疊，當激光器發出紅外激光經過準直之后由波長切換濾光盤進行濾光照射于探測物附近，當光束對準光電二極管D1和光電二極管D3時，則波長為λ1、λ2的紅外激光通過；當光束對準光電二極管D2和光電二極管D4時，則光束被反射出去；同時探測器接收被氣體分子吸收后反射的光，并將反射后的光通過探測器轉為電信號，電信號經放大器放大后送入處理器進行數據處理；

B、處理器輸出脈沖信號驅動步進電機轉動，步進電機帶動波長切換濾光盤轉動；波長切換濾光盤上的四個光電二極管分別接受到光信號后，控制處理器進行信號采集。

C、從探測器出來的信號依次進行帶通濾波電路、放大、交流耦合處理后，送入鎖相放大器，然后經過處理器處理傳給計算機進行探測結果顯示。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明采用1668nm?DFB?LD（1668nm波段的分布反饋激光器）作為光源，利用紅外光譜法探測甲烷的吸收峰，反射回來的激光具有明顯的特征，是目前氣體檢測快速又精確的方法，可以測量范圍1.6%～100%LNG濃度；可搭載于直升機或固定翼飛機上，完全實現野外實際探測，而且激光強度高，探測距離遠，可進行遠距離全天候探測。采用激光的激光器，避免了檢測系統自身火花放電而導致的危險并可以使操作人員遠離有毒、危險環境。

2、由于本發明采用了光電二極管，產生激光是非干涉光，使輸出功率更加穩定，并且成本低、性能穩定、壽命長。

3、由于本發明采用旋轉波長切換濾光盤，實現了時間雙波長查分檢測和增強了激光的單射性。