[發明專利]多激光氣體探測裝置在審

申請號：	202010065098.4	申請日：	2020-01-20
公開（公告）號：	CN111208085A	公開（公告）日：	2020-05-29
發明（設計）人：	趙婉伊;尹真;郭遜敏	申請（專利權）人：	嘉興極光物聯網科技有限公司
主分類號：	G01N21/39	分類號：	G01N21/39;G01N21/01
代理公司：	天津企興智財知識產權代理有限公司 12226	代理人：	馬倩倩
地址：	314000 浙江省嘉興市秀洲***	國省代碼：	浙江;33
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摘要：
搜索關鍵詞：	激光氣體探測裝置
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【說明書】：

本發明提供了多激光氣體探測裝置，包括至少兩個激光光源，激光光源可包括用于檢測區域中氣體吸收的激光器，用于激發該區域中氣體發光的激光器，以及用于檢測光程長度的激光器。通過確定該區域中的氣體吸收或發射光譜來檢測氣體泄漏。基于發射和反射光束的相對幅度差確定吸收強度，基于吸收激光后的自發輻射量確定發射強度，通過計算光束的飛行時間或者相位差以確定光程，檢測系統使用確定的吸收和路徑長度計算區域中的氣體濃度。檢測系統還可以生成表示該區域中的氣體泄漏的圖像。

技術領域

本發明屬于光學氣體檢測技術領域，尤其是涉及多激光氣體探測裝置。

背景技術

現有的氣體光學檢測技術中：紅外視頻檢測因為是被動式光學系統，依靠背景陽光被吸收的強度來區別，依賴日照，圖像對比度差，且很難排他性識別目標氣體。非色散紅外光譜因為沒有波長選擇性，氣體種類識別的能力較低，任意多種氣體不一定都能覆蓋，且不能獲得絕對濃度。

單激光半導體激光器不能滿足很多應用場景中多種氣體的同時檢測，尤其是某些相關氣體的交叉檢測，或者多個激光器只是簡單的將多個檢測裝置組合在一起，檢測不同氣體濃度完全是獨立的兩套光路和探測器。還有非固定反射面場景下測到的濃度厚度不能換算成絕對濃度。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種多激光氣體探測裝置，以使用多個激光光束來遠程檢測目標中的氣體泄漏。

本方案的核心思想是：使用激光光源照射目標區域并測量目標區域中對象散射和/或反射和/或發射的光能，因為具有特定波長的光在穿過目標氣體時被氣體分子吸收，而同時氣體分子在被激發之后衰減下來的時候發射具有另一特定波長的光，所以通過分析接收到的光可以檢測氣體中感興趣的物質組成和濃度。使用多個激光光束來遠程檢測目標中的氣體泄漏。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

第一方面，本發明提供一種多激光氣體探測裝置，包括：

至少兩個主激光源，分別發射具有一定波長的光束；

光檢測器，包括一個探測器和一套光路裝置，用于收集主激光源發射光束后被反射后的反射光束并轉化為電信號；

控制器，用于控制主激光源發射激光的參數特征；

分析器，采用時分復用方法或者調制鎖相方法對光檢測器輸出的電信號進行檢測分析，得到每個主激光器發射光束的吸收率。

進一步的，所述控制器以不同的頻率調制不同的光束，選擇調制頻率使得每個調制信號的諧波不重疊；分析器將不同的調制頻率作為參考頻率用鎖相方法獲得在該調制頻率下獲得的電信號。

進一步的，所述控制器控制多個主激光源以不同的光束寬度和延遲進行發射，光檢測器收集反射光束并轉化為電信號，分析器對電信號進行解復用，每個解復用的電信號通過控制器的觸發同步可以與單個光束相關聯得到該光束對應的吸收率。

進一步的，還包括測距激光源和測距光檢測器，控制器控制測距激光源發射具有第二波長的第二光束，所述第二波長的波長選擇需要避開可能存在的氣體的吸收；

測距光檢測器收集第二光束的第二反射光束，分析器通過發射的第二光束和第二反射光束來計算光束的光程；分析器根據得到的吸收率和光程來計算待檢測氣體的濃度，根據以下等式：

A＝ε·L·C

其中，A是吸收率，ε是該物質的摩爾吸收率，L是光束穿過區域400時的光程，C是物質的濃度。