[發明專利]一種可精確定位的紅外甲烷測量裝置及測量方法

在審

• 申請號: 201910295661.4
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN109900656A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 葛亮;母小琳;黃龍;胡澤;韋國暉;石明江;賴欣;楊青;鄧魁;陳旭陽;李莉;唐澤江;王博雅
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/39
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種可精確定位的紅外甲烷測量裝置，它包括主控制器(1)、分布式反饋激光器(2)、伸縮結構(3)、擋板(4)、防爆外殼(30)和系統電源，所述主控制器(1)通過串口分別與調制信號發生電路(5)、激光器溫度控制電路(6)、第一無線通信模塊(7)和顯示器(8)連接；所述分布式反饋激光器(2)中封裝有激光二極管(9)、NTC熱敏電阻(10)、半導體制冷器(11)和光電二極管(12)，激光二極管(9)與調制信號發生電路(5)連接，NTC熱敏電阻(10)和半導體制冷器(11)分別與激光器溫度控制電路(6)連接；所述擋板(4)中依次設置有光電轉換電路(13)、諧波檢測電路(14)、協控制器(15)和第二無線通信模塊(16)，協控制器(15)通過串口分別與光電轉換電路(13)、諧波檢測電路(14)和第二無線通信模塊(16)連接，光電轉換電路(13)和諧波檢測電路(14)連接。

2.根據權利要求1所述的一種可精確定位的紅外甲烷測量裝置，其特征在于：所述調制信號發生電路(5)包括低頻梯形波發生電路(17)、高頻正弦波發生電路(18)、低通濾波器(19)、帶通濾波器(20)和信號疊加電路(21)，其中低頻梯形波發生電路(17)和高頻正弦波發生電路(18)的一端均與主控制器(1)連接，低頻梯形波發生電路(17)的另一端與低通濾波器(19)連接，高頻正弦波發生電路(18)的另一端與帶通濾波器(20)連接；低通濾波器(19)、帶通濾波器(20)和主控制器(1)的數模輸出接口DA均與信號疊加電路(21)連接；信號疊加電路(21)與分布式反饋激光器(2)連接。

3.根據權利要求1所述的一種可精確定位的紅外甲烷測量裝置，其特征在于：所述激光器溫度控制電路(6)包括PID模糊控制單元(22)、TEC驅動控制電路(23)、半導體制冷器(11)、壓控恒流源電路(24)、NTC熱敏電阻(10)和電壓調理電路(25)，其中PID模糊控制單元(22)的一端與主控制器(1)連接、另一端與TEC驅動控制電路(23)和半導體制冷器(11)依次連接，NTC熱敏電阻(10)置于分布式反饋激光器(2)內且分別與壓控恒流源電路(24)和電壓調理電路(25)連接，電壓調理電路(25)與主控制器(1)電路連接。

4.根據權利要求1所述的一種可精確定位的紅外甲烷測量裝置，其特征在于：所述諧波檢測電路(14)由依次連接的前置放大電路(26)、帶通濾波電路(27)、AD采樣電路(28)和數字鎖相環電路(29)構成，其中前置放大電路(26)與光電轉換電路(13)連接；數字鎖相環電路(29)與協控制器(15)連接。

5.根據權利要求1所述的一種可精確定位的紅外甲烷測量裝置，其特征在于：所述伸縮結構(3)由支架和伸縮桿構成，一端安裝有分布式反饋激光器(2)；伸縮桿上還安置有擋板(4)，可根據實際測量環境調節伸縮桿的長度；主控制器(1)和協控制器(15)可以控制擋板(4)在伸縮桿上以一定步長進行移動。

6.根據權利要求1所述的一種可精確定位的紅外甲烷測量裝置，其特征在于：所述分布式反饋激光器(2)和光電轉換電路(13)分別在伸縮結構(3)的兩端，分布式反饋激光器(2)發射近紅外激光經過甲烷氣團后直接被光電轉換電路(13)接收并轉換成電信號，能夠有效地提高檢測精度、降低因激光反射和散射而帶來的誤差。

7.一種可精確定位的紅外甲烷測量方法，可以連續檢測一條直線上各處的甲烷平均濃度以精確定位該直線上甲烷發生泄漏的位置，其特征在于：當系統進入工作狀態時，分布式反饋激光器(2)發出近紅外激光，經甲烷氣團吸收后被光電轉換電路(13)接收并通過諧波檢測電路(14)和協控制器(15)處理后得到甲烷濃度；主控制器(1)通過第一無線通信模塊(7)和第二無線通信模塊(16)控制協控制器(15)，使擋板(4)在伸縮結構(3)上以一定步長進行不斷的移動；每當擋板(4)移動一個步長就測量一次甲烷濃度并記錄其位置，將甲烷濃度以及對應的位置信息存入主控制器(1)中，甲烷濃度最高處即為該直線上甲烷發生泄漏的位置；最后，主控制器(1)控制顯示器(8)顯示甲烷發生泄漏的位置。