[發明專利]天然氣濃度和距離的激光遙感探測裝置

有效

• 申請號: 201610643098.1
• 申請日: 2016-08-08
• 公開（公告）號: CN106323878B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 高曉明;梅教旭;汪磊;談圖
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 任崗生

本發明公開了一種天然氣濃度和距離的激光遙感探測裝置。它包括紅外激光發射和接收部件，以及與其電連接的控制處理部件，特別是控制處理部件包含電連接的發射信號控制組件和接收信號處理組件；發射信號控制組件用于實現對紅外激光發射部件中的激光器(7)輸出的調制；接收信號處理組件為與紅外接收部件中的探測器(14)電連接的距離信號處理單元和濃度信號處理單元，其中，距離信號處理單元用于計算出紅外接收部件至反射體(12)之間的距離，濃度信號處理單元用于計算出氣體濃度。它具有極高的探測天然氣濃度的精確度，可廣泛應用于天然氣泄漏的準確定位探測。

技術領域

本發明涉及一種激光遙感探測裝置，尤其是一種天然氣濃度和距離的激光遙感探測裝置。

背景技術

隨著天然氣消費領域的不斷擴大，我國已建成了數十萬公里的天然氣管道。對于如此長的天然氣管網，在天然氣的運輸、儲存、銷售管理的過程中，泄漏是不可避免的，也是造成安全事故的最主要原因。因此，為及時發現泄漏點，人們研發出了天然氣泄漏激光遙感探測技術。然而，該技術在探測天然氣泄漏時，由于接收到的散射光隨著反射體的不同，其回光功率變化極大，而解調的二次諧波信號又正比于光強，從而使測量結果的準確性大打折扣。為解決這一問題，人們做出了不懈的努力，如中國發明專利CN 101696897B于2011年9月7日公告的一種移動式單頻差分天然氣管道泄漏激光遙感探測系統及方法。該發明專利中提及的系統主要由甲烷氣體探測儀、GPS全球定位系統和CCD相機，以及計算機組成，其中，甲烷氣體探測儀包含與卡塞格林望遠鏡光連接的激光器、與位于卡塞格林望遠鏡焦點處的第二光電探測器電連接的控制處理單元，控制處理單元為其輸入端依次電連接有模數轉換器和三只鎖相放大器、輸出端依次電連接有數模轉換器、正弦波模塊及反饋控制直流電平模塊、加法器和激光電流溫度控制器；方法主要為經調制的激光按比例分成兩束光，其中的一束光經內沖甲烷氣體的參考吸收池后由第一光電探測器接收，并經第一鎖相放大器解調后通過模數轉換器送往微處理器，另一束光經卡塞格林望遠鏡同軸發射后，其反射光被第二光電探測器轉換為電信號后，經第二和第三鎖相放大器解調后通過模數轉換器送往微處理器，由微處理器將采集到的第二、第三鎖相放大器的輸出信號相除得到一個正比于甲烷氣體濃度的比值，該比值對應于用甲烷氣體測量得到的系統標定曲線上所對應的某一氣體濃度。這種采用二次諧波信號與一次諧波信號殘余振幅的比來消除光強影響的措施，雖也能獲得一些效果，卻由于解調二次諧波信號和一次諧波信號采用的是不同的鎖相放大器，兩只鎖相放大器的相位等信息并不一致，而遙感探測技術在實際應用中距離又是變化的，這就造成了相位也會有一定的改變，這些都會造成利用二次諧波信號與一次諧波信號殘余振幅的比來消除光強起伏的影響存在著很大的誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的欠缺之處，提供一種消除光強和距離變化對濃度測量影響的天然氣濃度和距離的激光遙感探測裝置。

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為：天然氣濃度和距離的激光遙感探測裝置包括紅外激光發射和接收部件，以及與其電連接的控制處理部件，特別是，

所述控制處理部件包含電連接的發射信號控制組件和接收信號處理組件；

所述發射信號控制組件為依次串接的三路信號發生器、加法器和激光控制器，用于將三路信號發生器輸出的低頻正弦波信號、高頻正弦波信號和鋸齒波信號經加法器獲得控制信號，以注入激光控制器實現對紅外激光發射部件中的激光器輸出的調制；

所述接收信號處理組件為與紅外接收部件中的探測器電連接的距離信號處理單元和濃度信號處理單元，其中，

距離信號處理單元為依次串接的高通濾波器、鑒相器和數據采集分析器，以及鑒相器的輸入端還與三路信號發生器的高頻正弦波信號端電連接，用于將攜帶距離位相信息的高頻信號與高頻正弦波信號進行鑒相比較，以將比較后的信號送往數據采集分析器計算出紅外接收部件至反射體之間的距離，