一種手持式甲烷遙測儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及氣體檢測技術領域，特別是涉及一種手持式甲烷遙測儀。
【背景技術】
[0002]甲烷在自然界具有廣泛的應用。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試標準燃料。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的原料，也是太陽能電池、非晶硅膜氣象化學沉積的碳源，以及醫藥化工合成的生產原料。
[0003]甲烷的應用雖然很廣泛，但是甲烷是一種易燃易爆氣體。在甲烷生產、加工及運輸過程中，若甲烷發生泄漏，且濃度達到爆炸極限時，遇火會發生爆炸造成嚴重的損失，因此在甲烷生產制造及運輸過程中需要對甲烷進行嚴密的監控。雖然現有技術中甲烷的生產及加工企業中具有甲烷泄漏檢測系統，但固定配置的傳感器無法給出甲烷泄露的具體地點。而且對于天然氣輸送管道這樣長距離輸送的管線巡檢需要大量的人力物力。化學檢測方法、電化學傳感器等傳統天然氣檢測設備需要與待測甲烷接觸，分布布置的傳感器也無法準確確定天然氣管道泄露的具體泄露點。當發生天然氣泄漏時，檢測人員需要進入危險環境中檢測甲烷濃度，存在一定的風險。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠遠距離準確確定具體泄露點的手持式甲烷遙測儀。
[0005]為實現上述技術目的，本發明采取以下技術方案:一種手持式甲烷遙測儀，它包括一殼體、一控制裝置、一激光器、一測量裝置和一參考裝置，其中，所述激光器采用窄線寬半導體激光器；所述控制裝置、激光器和參考裝置均固定設置在所述殼體內部一側，所述測量裝置設置在所述殼體內部另一側，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一測量光路光纖和一參考光路光纖分別連接所述測量裝置和所述參考裝置；所述測量裝置包括一透鏡、一反射鏡、一光纖準直鏡、一第一近紅外探測器和一指示激光器；所述透鏡固定嵌設在所述殼體前端，所述殼體內縱向固定設置所述反射鏡，所述反射鏡與所述透鏡相對設置使得經待測環境中的背景散射體散射的測量光形成折疊光路；所述透鏡中部前端固定設置所述光纖準直鏡，所述光纖準直鏡的頂部固定設置用于確定測量點的指示激光器，所述光纖準直鏡通過所述測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，用于接收測量光信號，并將測量光信號轉化成待測信號發送到所述控制裝置；所述參考裝置包括一參考氣室和一位于所述參考氣室外部的第二近紅外探測器，所述參考氣室內部設置有標準濃度的甲烷；所述激光器輸出的激光經所述參考光路光纖發射到所述參考氣室內，并穿過所述參考氣室經所述第二近紅外探測器探測接收，所述第二探測器將探測接收的信號轉化成參考信號發送到所述控制裝置。
[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部，所述顯示面板固定嵌設在所述殼體后端，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果，所述電池可拆卸設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置有兩模數轉換電路、一基于FPGA的數字鎖相放大器、一處理單元、一正弦波信號發生器、一鋸齒波信號發生器、一激光器溫度控制電路和一激光器電流驅動電路；兩所述模數轉換電路的輸入端分別連接所述第一近紅外探測器和第二近紅外探測器的輸出端，兩所述模數轉換電路的輸出端均連接所述基于FPGA的數字鎖相放大器的輸入端，所述基于FPGA的數字鎖相放大器的輸出端連接所述處理單元的信號處理輸入端，所述處理單元信號處理輸出端與所述顯示面板的輸入端連接；所述處理單元的驅動信號輸出端分別連接所述正弦波信號發生器、鋸齒波信號發生器和激光器溫度控制電路的輸入端，所述正弦波信號發生器和鋸齒波信號發生器輸出端經過一加法器連接所述激光器電流驅動電路的輸入端，所述激光器電流驅動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，所述激光器的測溫電阻連接至所述處理單元的驅動信號輸入端，使得構成反饋網絡控制。
[0007]位于所述第一近紅外探測器的探測端前端固定設置一錐狀集光器。
[0008]所述參考氣室是由一 U槽型銷合金殼體、一入射石英窗、一出射石英窗和一裙皺狀柔性薄膜構成的密封結構；所述U槽型鋁合金殼體頂端固定設置所述褶皺狀柔性薄膜，所述U槽型鋁合金殼體兩開口端分別固定設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，且兩束激光中較強的一束通過所述測量光路光纖輸送至所述光纖準直鏡，較弱的一束通過所述參考光路光纖輸送至所述參考氣室。
[0010]所述殼體頂部設置一提手。
[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器和第二近紅外探測器分別采用InGaAs探測器。
[0015]本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本發明由于設置光纖準直鏡對激光器輸出的激光進行準直，同時設置透鏡和反射鏡對遠距離的散射光進行收集，使得本發明能夠遠距離準確確定甲烷的具體泄露點；本發明由于設置具有標準濃度甲烷的參考氣室作為測量比對參考，不但避免了復雜的計算及數據庫對比，節省了存儲空間，而且去除了數據庫與實際環境氣體組分不同對氣體吸收譜線的影響，使得測量結果更加準確。2、本發明由于具體設置參考信號和待測信號均經過以基于FPGA的數字鎖相放大器為主的控制電路板，進而保證了參考信號和待測信號經過完全相同的數據處理流程，避免了獨立器件構成鎖相放大器解調時存在的器件誤差，具有配置簡單、可靠性高的優點；本發明由于設置基于FPGA的數字鎖相放大器對微弱信號進行提取檢測，實現了低濃度高精度的甲烷檢測。
3、本發明由于設置在第一近紅外探測器的探測端前端設置錐狀集光器，使得進一步起到了聚集離軸光束的作用。4、本發明由于在參考氣室上設置褶皺狀柔性薄膜，使得參考氣室內標準濃度甲烷的氣壓和外界氣壓相同，進而消除外界氣壓對甲烷吸收線性的影響。5、本發明由于設置菲涅爾透鏡和塑料壓制件鍍膜加工制成的反射鏡，既有效減小結構整體的重量，又使得結構緊湊，便于攜帶。本發明可以廣泛應用于天然氣管道巡檢、天然氣加工廠泄露檢測、城市天然氣輸送管道泄露遙測等技術領域。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的結構框圖；
[0017]圖2是本發明的結構示意圖；
[0018]圖3是本發明的參考氣室結構不意圖；
[0019]圖4是圖3的主視結構示意圖；
[0020]圖5是圖3的俯視結構示意圖；
[0021]圖6是圖3的右視結構示意圖；
[0022]圖7是本發明的工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0024]如圖1?2所示，本發明的手持式甲烷遙測儀包括一殼體1、一控制裝置2、一激光器3、一測量裝置4和一參考裝置5，其中，激光器3為窄線寬半導體激光器；控制裝置2設置在殼體I后部，用于控制激光器3的激光輸出，激光器3設置在殼體I內部，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環境6，經待測環境6中的背景散射體7散射的測量光被設置在殼體I前部的測量裝置4收集，測量裝置4將收集到的測量光轉換成待測信號發送到控制裝置2 ;另一部分激光照射參考裝置5，參考裝置5設置在殼體I內部，用于將激光器3輸出的激光轉換成參考信號，并將參考信號發送至控制裝置2，控制裝置2將參考信號和待測信號進行處理并顯示處理結果；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測量光路光纖輸送至測量裝置4，另外一部分通過參考光路光纖輸送至參考裝置5 ;測量裝置4包括一透鏡41、一反射鏡42、一光纖準直鏡43、一指示激光器44和一第一近紅外探測器45 ;透鏡41固定嵌設在殼體I前端，殼體I內縱向固定設置反射鏡42，反射鏡42與透鏡41相對設置使得經待測環境6中的背景散射體7散射的測量光形成折疊光路；透鏡41中部前端固定設置光纖準直鏡43，光纖準直鏡43的頂部固定設置用于確定測量點的指示激光器44，光纖準直鏡通43通過測量光路光纖接收激光器3輸出的激光；第一近紅外探測器45位于透鏡41中部后端并與殼體I固定連接，用于接收測量光信號，并將測量光信號轉化成待測信號發送到控制裝置2 ;參考裝置5包括一參考氣室51和一位于參考氣室51外部的第二近紅外探測器52 ;參考氣室51內部設置有標準濃度的甲烷；激光器3輸出的激光經參考光路光纖發射到參考氣室51內，并穿過參考氣室51經第二近紅外探測器52探測接收，第二近紅外探測器52將探測接收的信號轉化成參考信號發送到控制裝置2。
[0025]在一個優選的實施例中，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內部，用于控制激光器3的激光輸出和處理參考信號和待測信號，顯示面板22固定設置在殼體I后端，且與控制電路板21連接，用