一種手持式甲烷遙測(cè)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種手持式甲烷遙測(cè)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]甲烷在自然界具有廣泛的應(yīng)用。甲烷作為燃料，是天然氣、沼氣、油田氣及煤礦坑道氣的主要成分，可作為用于熱水器或煤氣爐的熱值測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)燃料。除用于燃料外，甲烷也是一種重要的化工原材料，例如甲烷高溫分解后可得炭黑，炭黑可以用于顏料、油墨、油漆及橡膠等的添加劑。甲烷還可以是制造氫、一氧化碳、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質(zhì)的原料，也是太陽(yáng)能電池、非晶硅膜氣象化學(xué)沉積的碳源，以及醫(yī)藥化工合成的生產(chǎn)原料。
[0003]甲烷的應(yīng)用雖然很廣泛，但是甲烷是一種易燃易爆氣體。在甲烷生產(chǎn)、加工及運(yùn)輸過(guò)程中，若甲烷發(fā)生泄漏，且濃度達(dá)到爆炸極限時(shí)，遇火會(huì)發(fā)生爆炸造成嚴(yán)重的損失，因此在甲烷生產(chǎn)制造及運(yùn)輸過(guò)程中需要對(duì)甲烷進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控。雖然現(xiàn)有技術(shù)中甲烷的生產(chǎn)及加工企業(yè)中具有甲烷泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，但固定配置的傳感器無(wú)法給出甲烷泄露的具體地點(diǎn)。而且對(duì)于天然氣輸送管道這樣長(zhǎng)距離輸送的管線(xiàn)巡檢需要大量的人力物力?；瘜W(xué)檢測(cè)方法、電化學(xué)傳感器等傳統(tǒng)天然氣檢測(cè)設(shè)備需要與待測(cè)甲烷接觸，分布布置的傳感器也無(wú)法準(zhǔn)確確定天然氣管道泄露的具體泄露點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生天然氣泄漏時(shí)，檢測(cè)人員需要進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境中檢測(cè)甲烷濃度，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確確定具體泄露點(diǎn)的手持式甲烷遙測(cè)儀。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種手持式甲烷遙測(cè)儀，它包括一殼體、一控制裝置、一激光器、一測(cè)量裝置和一參考裝置，其中，所述激光器采用窄線(xiàn)寬半導(dǎo)體激光器；所述控制裝置、激光器和參考裝置均固定設(shè)置在所述殼體內(nèi)部一側(cè)，所述測(cè)量裝置設(shè)置在所述殼體內(nèi)部另一側(cè)，所述激光器的輸入端與所述控制裝置的輸出端連接，所述激光器的輸出端連接一光纖分束器的輸入端，所述光纖分束器的輸出端通過(guò)一測(cè)量光路光纖和一參考光路光纖分別連接所述測(cè)量裝置和所述參考裝置；所述測(cè)量裝置包括一透鏡、一反射鏡、一光纖準(zhǔn)直鏡、一第一近紅外探測(cè)器和一指示激光器；所述透鏡固定嵌設(shè)在所述殼體前端，所述殼體內(nèi)縱向固定設(shè)置所述反射鏡，所述反射鏡與所述透鏡相對(duì)設(shè)置使得經(jīng)待測(cè)環(huán)境中的背景散射體散射的測(cè)量光形成折疊光路；所述透鏡中部前端固定設(shè)置所述光纖準(zhǔn)直鏡，所述光纖準(zhǔn)直鏡的頂部固定設(shè)置用于確定測(cè)量點(diǎn)的指示激光器，所述光纖準(zhǔn)直鏡通過(guò)所述測(cè)量光路光纖接收所述激光器輸出的激光；所述第一近紅外探測(cè)器位于所述透鏡中部后端并與所述殼體固定連接，用于接收測(cè)量光信號(hào)，并將測(cè)量光信號(hào)轉(zhuǎn)化成待測(cè)信號(hào)發(fā)送到所述控制裝置；所述參考裝置包括一參考?xì)馐液鸵晃挥谒鰠⒖細(xì)馐彝獠康牡诙t外探測(cè)器，所述參考?xì)馐覂?nèi)部設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)濃度的甲烷；所述激光器輸出的激光經(jīng)所述參考光路光纖發(fā)射到所述參考?xì)馐覂?nèi)，并穿過(guò)所述參考?xì)馐医?jīng)所述第二近紅外探測(cè)器探測(cè)接收，所述第二探測(cè)器將探測(cè)接收的信號(hào)轉(zhuǎn)化成參考信號(hào)發(fā)送到所述控制裝置。
[0006]所述控制裝置包括一控制電路板、一顯示面板和一電池，所述控制電路板位于所述殼體內(nèi)部，所述顯示面板固定嵌設(shè)在所述殼體后端，與所述控制電路板連接，用于顯示所述控制電路板的處理結(jié)果，所述電池可拆卸設(shè)置在所述控制電路板和顯示面板之間，用于給所述控制電路板和顯示面板供電；所述控制電路板上設(shè)置有兩模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、一基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器、一處理單元、一正弦波信號(hào)發(fā)生器、一鋸齒波信號(hào)發(fā)生器、一激光器溫度控制電路和一激光器電流驅(qū)動(dòng)電路；兩所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端分別連接所述第一近紅外探測(cè)器和第二近紅外探測(cè)器的輸出端，兩所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端均連接所述基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器的輸入端，所述基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器的輸出端連接所述處理單元的信號(hào)處理輸入端，所述處理單元信號(hào)處理輸出端與所述顯示面板的輸入端連接；所述處理單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端分別連接所述正弦波信號(hào)發(fā)生器、鋸齒波信號(hào)發(fā)生器和激光器溫度控制電路的輸入端，所述正弦波信號(hào)發(fā)生器和鋸齒波信號(hào)發(fā)生器輸出端經(jīng)過(guò)一加法器連接所述激光器電流驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述激光器電流驅(qū)動(dòng)電路和激光器溫度控制電路的輸出端均連接至所述激光器的輸入端，所述激光器的測(cè)溫電阻連接至所述處理單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，使得構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)控制。
[0007]位于所述第一近紅外探測(cè)器的探測(cè)端前端固定設(shè)置一錐狀集光器。
[0008]所述參考?xì)馐沂怯梢?U槽型銷(xiāo)合金殼體、一入射石英窗、一出射石英窗和一裙皺狀柔性薄膜構(gòu)成的密封結(jié)構(gòu)；所述U槽型鋁合金殼體頂端固定設(shè)置所述褶皺狀柔性薄膜，所述U槽型鋁合金殼體兩開(kāi)口端分別固定設(shè)置所述入射石英窗和出射石英窗。
[0009]所述光纖分束器采用1X2光纖分束器，且兩束激光中較強(qiáng)的一束通過(guò)所述測(cè)量光路光纖輸送至所述光纖準(zhǔn)直鏡，較弱的一束通過(guò)所述參考光路光纖輸送至所述參考?xì)馐摇?br>[0010]所述殼體頂部設(shè)置一提手。
[0011]所述反射鏡采用塑料壓制件鍍膜加工制成。
[0012]所述透鏡采用菲涅爾透鏡。
[0013]所述激光器采用DFB激光器。
[0014]所述第一近紅外探測(cè)器和第二近紅外探測(cè)器分別采用InGaAs探測(cè)器。
[0015]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于設(shè)置光纖準(zhǔn)直鏡對(duì)激光器輸出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直，同時(shí)設(shè)置透鏡和反射鏡對(duì)遠(yuǎn)距離的散射光進(jìn)行收集，使得本發(fā)明能夠遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確確定甲烷的具體泄露點(diǎn)；本發(fā)明由于設(shè)置具有標(biāo)準(zhǔn)濃度甲烷的參考?xì)馐易鳛闇y(cè)量比對(duì)參考，不但避免了復(fù)雜的計(jì)算及數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，節(jié)省了存儲(chǔ)空間，而且去除了數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)際環(huán)境氣體組分不同對(duì)氣體吸收譜線(xiàn)的影響，使得測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。2、本發(fā)明由于具體設(shè)置參考信號(hào)和待測(cè)信號(hào)均經(jīng)過(guò)以基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器為主的控制電路板，進(jìn)而保證了參考信號(hào)和待測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)完全相同的數(shù)據(jù)處理流程，避免了獨(dú)立器件構(gòu)成鎖相放大器解調(diào)時(shí)存在的器件誤差，具有配置簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明由于設(shè)置基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行提取檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了低濃度高精度的甲烷檢測(cè)。
3、本發(fā)明由于設(shè)置在第一近紅外探測(cè)器的探測(cè)端前端設(shè)置錐狀集光器，使得進(jìn)一步起到了聚集離軸光束的作用。4、本發(fā)明由于在參考?xì)馐疑显O(shè)置褶皺狀柔性薄膜，使得參考?xì)馐覂?nèi)標(biāo)準(zhǔn)濃度甲烷的氣壓和外界氣壓相同，進(jìn)而消除外界氣壓對(duì)甲烷吸收線(xiàn)性的影響。5、本發(fā)明由于設(shè)置菲涅爾透鏡和塑料壓制件鍍膜加工制成的反射鏡，既有效減小結(jié)構(gòu)整體的重量，又使得結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于天然氣管道巡檢、天然氣加工廠泄露檢測(cè)、城市天然氣輸送管道泄露遙測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的參考?xì)馐医Y(jié)構(gòu)不意圖；
[0019]圖4是圖3的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6是圖3的右視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]如圖1?2所示，本發(fā)明的手持式甲烷遙測(cè)儀包括一殼體1、一控制裝置2、一激光器3、一測(cè)量裝置4和一參考裝置5，其中，激光器3為窄線(xiàn)寬半導(dǎo)體激光器；控制裝置2設(shè)置在殼體I后部，用于控制激光器3的激光輸出，激光器3設(shè)置在殼體I內(nèi)部，激光器3輸出的激光分成兩部分，一部分激光用于照射待測(cè)環(huán)境6，經(jīng)待測(cè)環(huán)境6中的背景散射體7散射的測(cè)量光被設(shè)置在殼體I前部的測(cè)量裝置4收集，測(cè)量裝置4將收集到的測(cè)量光轉(zhuǎn)換成待測(cè)信號(hào)發(fā)送到控制裝置2 ;另一部分激光照射參考裝置5，參考裝置5設(shè)置在殼體I內(nèi)部，用于將激光器3輸出的激光轉(zhuǎn)換成參考信號(hào)，并將參考信號(hào)發(fā)送至控制裝置2，控制裝置2將參考信號(hào)和待測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理并顯示處理結(jié)果；激光器3的輸入端與控制裝置2的輸出端連接，激光器3的輸出端連接一光纖分束器8的輸入端，光纖分束器8的輸出光束一部分通過(guò)測(cè)量光路光纖輸送至測(cè)量裝置4，另外一部分通過(guò)參考光路光纖輸送至參考裝置5 ;測(cè)量裝置4包括一透鏡41、一反射鏡42、一光纖準(zhǔn)直鏡43、一指示激光器44和一第一近紅外探測(cè)器45 ;透鏡41固定嵌設(shè)在殼體I前端，殼體I內(nèi)縱向固定設(shè)置反射鏡42，反射鏡42與透鏡41相對(duì)設(shè)置使得經(jīng)待測(cè)環(huán)境6中的背景散射體7散射的測(cè)量光形成折疊光路；透鏡41中部前端固定設(shè)置光纖準(zhǔn)直鏡43，光纖準(zhǔn)直鏡43的頂部固定設(shè)置用于確定測(cè)量點(diǎn)的指示激光器44，光纖準(zhǔn)直鏡通43通過(guò)測(cè)量光路光纖接收激光器3輸出的激光；第一近紅外探測(cè)器45位于透鏡41中部后端并與殼體I固定連接，用于接收測(cè)量光信號(hào)，并將測(cè)量光信號(hào)轉(zhuǎn)化成待測(cè)信號(hào)發(fā)送到控制裝置2 ;參考裝置5包括一參考?xì)馐?1和一位于參考?xì)馐?1外部的第二近紅外探測(cè)器52 ;參考?xì)馐?1內(nèi)部設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)濃度的甲烷；激光器3輸出的激光經(jīng)參考光路光纖發(fā)射到參考?xì)馐?1內(nèi)，并穿過(guò)參考?xì)馐?1經(jīng)第二近紅外探測(cè)器52探測(cè)接收，第二近紅外探測(cè)器52將探測(cè)接收的信號(hào)轉(zhuǎn)化成參考信號(hào)發(fā)送到控制裝置2。
[0025]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，控制裝置2包括一控制電路板21、一顯示面板22和一電池23，控制電路板21位于殼體I內(nèi)部，用于控制激光器3的激光輸出和處理參考信號(hào)和待測(cè)信號(hào)，顯示面板22固定設(shè)置在殼體I后端，且與控制電路板21連接，用