[發(fā)明專利]一種便攜式中紅外激光非合作目標(biāo)氣體遙測方法

在審

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• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114371146A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田珊軍;趙樹清;任鵬;薛夫振;趙爍;田一夫;靳紅利
• 申請（專利權(quán)）人: 國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司;國家管網(wǎng)集團(tuán)東部原油儲運(yùn)有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 何君

本發(fā)明屬于氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式中紅外激光非合作目標(biāo)氣體遙測方法，具體步驟如下，步驟1：遙測目標(biāo)氣體的距離；步驟2：設(shè)置激光波長；步驟3：控制中紅外激光器；步驟4：激光對目標(biāo)氣體進(jìn)行檢測；步驟5：接收目標(biāo)氣體的檢測信號；步驟6：對檢測信號進(jìn)行解調(diào)；步驟7：計算氣體流場組份信息；步驟8：顯示氣體組分信息。本發(fā)明采用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)中的波長調(diào)制光譜檢測方法,具有精度高、分辨率高、靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于現(xiàn)場復(fù)雜檢測環(huán)境的痕量氣體檢測，同時采用先進(jìn)的信號處理技術(shù)，抑制光學(xué)條紋和降低噪聲，降低氣體的檢測限。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式中紅外激光非合作目標(biāo)氣體遙測方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中往往需要開采、制造、運(yùn)輸、儲存和使用各種易燃、易爆、有毒的氣體。因此對危險氣體濃度的高靈敏度、遠(yuǎn)距離檢測是一種備受追捧的能力。目前，現(xiàn)有的氣體檢測方法可大致分為3類，(1)傳統(tǒng)的氣相色譜(GC)、質(zhì)譜儀(MS)或色質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)；(2)電子鼻，金屬氧化物氣敏傳感器等；(3)光學(xué)方法。GC-MS方法能實(shí)現(xiàn)高靈敏的分析和測量，但是屬于實(shí)驗(yàn)室分析方法，儀器設(shè)備龐大，使用條件苛刻，并且需要采樣和預(yù)處理，費(fèi)時費(fèi)力。電子鼻式的氣敏傳感器價格便宜，應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域的氣體檢測多采用此類手持式或固定式的直接接觸型氣敏傳感器。該類氣體分析儀由于通用性比較差，可靠性、靈敏度較低等缺點(diǎn),難以實(shí)現(xiàn)微量氣體的檢測。另外，在油庫伴生氣的強(qiáng)大背景氣體干擾下，此類傳感器并且容易中毒和失效，滿足不了油庫檢測的高靈敏和高選擇性的遙測需求。光學(xué)方法尤其是激光檢測方法是近年來興起的一種先進(jìn)的現(xiàn)代檢測方法。其中，可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)，簡稱TDLAS技術(shù)，具有精度高.分辨率高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn),所以將TDLAS術(shù)應(yīng)用油庫多氣體的檢測，不僅滿足了油庫現(xiàn)場復(fù)雜檢測環(huán)境的要求，而且克服了傳統(tǒng)檢測方法檢測時無法剔除背景干擾的向題。國內(nèi)外目前的研究和產(chǎn)品多應(yīng)用在背景氣體成分干擾很弱的情況下,因此不適用于油庫伴生氣(背景氣體甲烷濃度很高)中的微量氣體的檢測。目前，國內(nèi)外沒有針對室內(nèi)外管道氣體泄漏的便攜式中紅外的激光檢測儀。

發(fā)明內(nèi)容

為實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)外管道泄漏氣體濃度的檢測，本發(fā)明提供一種便攜式中紅外激光非合作目標(biāo)氣體遙測方法，本發(fā)明采用TDLAS技術(shù)中的波長調(diào)制光譜(WMS)檢測方法,利用中紅外帶間級聯(lián)激光器(ICL)激光器作為光源，適用于油庫伴生氣體(背景氣體甲烷濃度很高)中的痕量氣體的遙測。

一種便攜式中紅外激光非合作目標(biāo)氣體遙測方法，具體步驟如下，

步驟1：測距指示激光指示目標(biāo)氣體方向，并遙測目標(biāo)氣體的距離，以確定激光強(qiáng)度；

步驟2：設(shè)置一定頻率的鋸齒波信號和正弦波疊加，使激光波長掃過氣體流場目標(biāo)氣體譜線；

步驟3：在溫控驅(qū)動模塊的作用下給出調(diào)節(jié)溫度、電流，使中紅外激光器的輸出波長靠近目標(biāo)氣體譜線；

步驟4：中紅外激光器發(fā)射激光，由準(zhǔn)直器進(jìn)行準(zhǔn)直發(fā)射，經(jīng)反射三棱鏡反射通過目標(biāo)氣體射到障礙物上發(fā)生漫反射形成返回信號光；

步驟5：返回信號光經(jīng)過氟化鈣平凸透鏡匯聚到光電探測器上，檢測到吸收信號，并由光信號轉(zhuǎn)換成電信號；

步驟6：光電探測器探測到吸收信號的電信號經(jīng)過鎖相放大器倍頻解調(diào)得到的一次諧波，二次諧波的解調(diào)信號；

步驟7：利用計算機(jī)程序?qū)庹{(diào)信號進(jìn)行處理，得到與氣體濃度的關(guān)系，進(jìn)而求出目標(biāo)氣體流場組份濃度、溫度、壓強(qiáng)等信息；

步驟8：將目標(biāo)氣體的濃度，溫度等必要信息通過顯示屏顯示。

進(jìn)一步地，在步驟2中溫控驅(qū)動模塊采用激光溫度和電流控制器。