一種激光檢漏系統(tǒng)及其定位泄露氣體方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光檢漏系統(tǒng)及定位泄露氣體方法，屬于檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。在空間建立空間坐標(biāo)系xyz，o點為空間坐標(biāo)系的原點；空間坐標(biāo)系xyz內(nèi)具有激光傳感器系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器；ox上具有點o,x1L,x2L,x3L,...，xNL，相鄰的兩個點的間距相等且為L，L＞0，在每個點上安放激光傳感器；oy上具有點o,y1L,y2L,y3L,...,yNL，相鄰的兩個點的間距相等且為L，L＞0，在每個點上安放激光傳感器；o點為兩排傳感器的中心線ox與oy的交點，o點上的傳感器為中心線ox與oy上共有的傳感器。
【專利說明】一種激光檢漏系統(tǒng)及其定位泄露氣體方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光檢漏系統(tǒng)及其定位泄露氣體方法，屬于檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]甲烷是一種可燃?xì)怏w，是石化煉制單位生產(chǎn)與民用領(lǐng)域中的主要產(chǎn)品與燃料，當(dāng)空氣中含量超過5.3%時，極易發(fā)生爆炸，所以甲烷又是一種易燃易爆氣體，甲烷爆炸會給國家經(jīng)濟和人民財產(chǎn)安全帶來重大損失，所以甲烷檢測是一項重要課題。目前使用的甲烷檢測方法主要有:氣相色譜法、電化學(xué)法、催化燃燒法、金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器測量法、光干涉法、紅外吸收法。上述幾種方法存在需要專門技術(shù)人員、操作維護困難，檢測靈敏度低、實時性差、儀器設(shè)備體積大、壽命低等諸多問題均不適用于石化單位管線密布、錯綜復(fù)雜，人員巡檢與安放設(shè)備困難的特點。。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種激光檢漏系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
[0005]—種激光檢漏系統(tǒng),包括若干傳感器系統(tǒng),在空間建立空間坐標(biāo)系xyz, ο點為空間坐標(biāo)系的原點；空間坐標(biāo)系xyz內(nèi)具有激光傳感器系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器；OX上具有點O, X1L, X2L, X3l,..., Xnl,相鄰的兩個點的間距相等且為L, L > O,在每個點上安放激光傳感器；oy上具有點O, y1L, y2L, y3L,...，yNIj,相鄰的兩個點的間距相等且為L,L > O,在每個點上安放激光傳感器；o點為兩排傳感器的中心線ox與oy的交點，ο點上的傳感器為中心線ox與oy上共有的傳感器；oz上具有點O，o1H，o2H，...，oEH，相鄰的兩個點的間距相等且為H，H > 0，在每個點上安放傳感器；在經(jīng)過o1H，o2H,..., oEH的點且垂直O(jiān)z上共有E個與ox平行的直線，E個與ox平行的直線當(dāng)中經(jīng)過o1H的直線上具有點01H, X1LH, X2LH, X3LH,…，XNLH，相鄰的兩個點的間距相等且為L,在每個點上安放傳感器；經(jīng)過O2h的直線具有點02H, X1l2h, X2l2H) X3L2H?...，XNL2H，相鄰的兩個點的間距相等且為L,在每個點上安放傳感器；依此類推，經(jīng)過Oeh的直線上具有點0EH, Xileh, X2leh, X3leh,...，Xnleh?相鄰的兩個點的間距相等且為L，在每個點上安放傳感器；在經(jīng)過o1H，o2H,..., Oeh點且垂直中心線Z上具有E個與oy平行的直線，這E個與oy平行的直線中，經(jīng)過o1H的直線具有點01H, y1LH, y2LH, y3LH,…，yM，相鄰的兩個點的間距相等且為L，在每個點上安放傳感器；經(jīng)過O2h的直線上具有點o2H, y1L2H, y2L2H, y3L2H,...，yNIi2H，相鄰的兩個點的間距相等且為L,在每個點上安放傳感器；依此類推，經(jīng)過Oeh的直線上具有點0EH, y1LEH, y2LEH, y3LEH....，Ynleh?相鄰的兩個點的間距相等且為L，在每個點上安放傳感器；經(jīng)過點Xnu Xnlh, Xnl2h,...，Xnleh有E+1個直線互相平行且平行于yoz平面，E+1個直線上，每個直線上具有N+1個激光接收器，每個激光接收器間隔L ;每個直線的激光接收器都從起點XNU Xnlh, Xnl2h, Xnleh開始放置；經(jīng)過點yNU Ynlh, Ynl2H,...，Ynleh有E+1直線互相平行且平行于XOZ平面；E+1個直線上，每個直線上具有N+1個激光接收器，每個激光接收器間隔L ;每個直線的激光接收器都從起點JrNL) JfNLH) yNL2H>...，YnLEH 開始放直。
[0006]一種激光檢漏系統(tǒng)定位泄露氣體方法，激光傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器及激光接收器，激光傳感器固定安放，激光傳感器發(fā)出的激光線都與所在的平面垂直；在102面上安裝的激光傳感器的光線垂直于XOZ面，光線向oy方向發(fā)射；在1Z面上安裝的激光傳感器的光線垂直于yoz面，光線向ox方向發(fā)射；0Z線上的激光傳感器發(fā)出的光線射向?qū)欠较颍琌Z線上的激光傳感器發(fā)出的光線互相平行；X0Z平面的激光傳感器發(fā)出的光線全部被對面的激光接收器接收；yoz平面的激光傳感器發(fā)出的光線全部被對面的激光接收器接收，OZ線上的激光傳感器發(fā)出的光線全部被直線上的激光接收器接收；如果激光接收器接收到激光發(fā)射器ΧΛηΗ及的信號異常，就可判斷激光線ΧΛηΗ與YkU1H的交點處發(fā)現(xiàn)異常情況，這樣就可判斷:氣體泄漏位置為(rL, kL, nH), I ^ r ^ N, I ^ k ^ N, I ^ n ^ E, x0 = y0=O，直線上的激光接收器接收的οζ線上的激光傳感器發(fā)出的光線出現(xiàn)異常，就可判斷其所在大致高度。
[0007]—種激光檢漏系統(tǒng)定位泄露氣體方法，激光傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器，激光器為掃稍描式，確定氣體泄露點的位置方法為:如果在激光線ΧΛηΗ與YkU1H的交點處發(fā)現(xiàn)異常情況，氣體泄漏位置為(x，y，z)，
[0008]其中，
[0009]X = xrLnH = (ykL-xrLX tan Θ D)/ (tan Θ B-tan Θ D)，
[0010]y = ykLnH = (xrLX tan Θ D X tan Θ B-ykL X tan Θ D) / (tan Θ B-tan Θ D)，
[0011]z = nHo
[0012]本發(fā)明原理及有益效果:把要檢測的泄漏氣體管道或泄露物體放置在規(guī)定規(guī)定的空間建立xyz坐標(biāo)系；χΛηΗ與ykUlH分別代表了橫坐標(biāo)(X軸)的位置rL及縱坐標(biāo)(y軸)位置kL，同時也代表了 z軸坐標(biāo)的位置nH ;在每個點上的激光傳感器分別對應(yīng)的坐標(biāo)編號，例如點 °2Η? X1L2HJ X2L2H? X3L2H?..., XNL2H 上的激光傳感器編號分別為 °2Η? X1L2HJ X2L2H? X3L2H,...J XNL2H ?
這些激光傳感器對應(yīng)的對面的激光接收器也做同樣的編號，這樣激光接收器接收的其相對應(yīng)的激光傳感器的信號；激光傳感器系統(tǒng)的激光傳感器所發(fā)射的激光波長是一個以被檢測氣體吸收波長為中心的掃描范圍，以甲烷吸收波長1653.72nm為例，則激光器發(fā)射的激光掃描波長為1653.72±5nm?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)依靠甲烷對特定波長的激光光譜吸收原理測定是否泄露與泄露濃度具有廣闊應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的第一個實施例的原理圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的第二個實施例的原理圖。
[0016]圖中:1.直線。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
[0018]如圖1所不:一種激光檢漏系統(tǒng),包括若干傳感器系統(tǒng),在空間建立空間坐標(biāo)系xyz, ο點為空間坐標(biāo)系的原點；空間坐標(biāo)系xyz內(nèi)具有激光傳感器系統(tǒng),傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器；0X上具有點O, x1L, x2L, X3l,...，xNIj，相鄰的兩個點的間距相等且為L, L > O,在每個點上安放激光傳感器；oy上具有點O, y1L, y2L, y3L,...，yNL,相鄰的兩個點的間距相等且為L，L > O，在每個點上安放激光傳感器；0點為兩排傳感器的中心線ox與oy的交點，ο點上的傳感器為中心線ox與oy上共有的傳感器；oz上具有點ο, o1H，o2H，...，oEH，相鄰的兩個點的間距相等且為H，H > 0，在每個點上安放傳感器；在經(jīng)過o1H，o2H,...，oEH的點且垂直οζ上共有E個與ox平行的直線，E個與ox平行的直線當(dāng)中經(jīng)過o1H的直線上具有點01H, X1lh, X2lh, X3LH)...? XNLH，相鄰的兩個點的間距相等且為L,在每個點上安放傳感器；經(jīng)過O2h的直線具有點02H, X1l2h, X2l2H) X3L2H?...? XNL2H?相鄰的兩個點的間距相等且為L,在每個點上安放傳感器；依此類推，經(jīng)過Oeh的直線上具有點0EH, Xileh, X2leh, X3leh,...，Xnleh?相鄰的兩個點的間距相等且為L，在每個點上安放傳感器；在經(jīng)過o1H，o2H,..., Oeh點且垂直中心線Z上具有E個與oy平行的直線，這E個與oy平行的直線中，經(jīng)過o1H的直線具有點01H, y1LH, y2LH, y3LH,…，yM，相鄰的兩個點的間距相等且為L，在每個點上安放傳感器；經(jīng)過O2h的直線上具有點o2H, y1L2H, y2L2H, y3L2H,...，yNIi2H，相鄰的兩個點的間距相等且為L,在每個點上安放傳感器；依此類推，經(jīng)過Oeh的直線上具有點0EH, y1LEH, y2LEH, y3LEH....，Ynleh?相鄰的兩個點的間距相等且為L，在每個點上安放傳感器；經(jīng)過點Xnu Xnlh, Xnl2h,...，Xnleh有E+1個直線互相平行且平行于yoz平面，E+1個直線上，每個直線上具有N+1個激光接收器，每個激光接收器間隔L ;每個直線的激光接收器都從起點XNU Xnlh, Xnl2h, Xnleh開始放置；經(jīng)過點yNU Ynlh, Ynl2H,...，Ynleh有E+1直線互相平行且平行于XOZ平面；E+1個直線上，每個直線上具有N+1個激光接收器，每個激光接收器間隔L ;每個直線的激光接收器都從起點yNL.Ynlh.Ynl2H....，Ynleh開始放置。在圖1中激光傳感器及激光接收器未全部畫出。
[0019]一種激光檢漏系統(tǒng)定位泄露氣體方法:如圖2所示:激光傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器及激光接收器，激光傳感器固定安放，激光傳感器發(fā)出的激光線都與所在的平面垂直；在XOZ面上安裝的激光傳感器的光線垂直于XOZ面,光線向oy方向發(fā)射；在yoz面上安裝的激光傳感器的光線垂直于yoz面，光線向ox方向發(fā)射；0Z線上的激光傳感器發(fā)出的光線射向?qū)欠较颍夕凭€上的激光傳感器發(fā)出的光線互相平行；X0Z平面的激光傳感器發(fā)出的光線全部被對面的激光接收器接收；yoz平面的激光傳感器發(fā)出的光線全部被對面的激光接收器接收，οζ線上的激光傳感器發(fā)出的光線全部被直線(I)上的激光接收器接收；如果激光接收器接收到激光發(fā)射器XmH及y4_的信號異常，就可判斷激光線XmH與ytt2H的交點處發(fā)現(xiàn)異常情況，這樣就可判斷:氣體泄漏位置為(7L，4L，2H);以此類推，如果激光接收器接收到激光發(fā)射器χΛηΗ及的信號異常，就可判斷激光線χΛηΗ與Yku1H的交點處發(fā)現(xiàn)異常情況，這樣就可判斷:氣體泄漏位置為(rL，kL，nH)，I彡r彡N，I彡k彡N，I彡η彡E，Xtl= Y0 = O，直線(I)上的激光接收器接收的οζ線上的激光傳感器發(fā)出的光線出現(xiàn)異常，就可判斷其所在大致高度，并結(jié)合上述確定的氣體泄漏位置可以更加快速的定位。
[0020]一種激光檢漏系統(tǒng)定位泄露氣體方法:如圖3所示:激光傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器，激光器為掃稍描式，確定氣體泄露點的位置方法為:如果在激光線XmH與ytt2H的交點處發(fā)現(xiàn)異常情況，氣體泄漏位置為(x，y，z)；
[0021]其中，
[0022]X = x7L2H = (y4L_x7Lx tan Θ D) / (tan Θ B-tan Θ D)，
[0023]y = y4L2H = (x7LX tan Θ DX tan Θ B-y4L X tan Θ D) / (tan Θ B-tan Θ D)，
[0024]z = 2H。
[0025]以此類推，如果在激光線χΛηΗ與yg的交點處發(fā)現(xiàn)異常情況，氣體泄漏位置為(X，y, z);其中，
[0026]X = xrLnH = (ykL-xrLX tan Θ D) / (tan Θ B-tan Θ D)，
[0027]y = ykLnH = (xrLXtan Θ D X tan Θ B-ykL X tan Θ D) / (tan Θ B-tan Θ D)，
[0028]z = nHo
[0029]激光傳感系統(tǒng)中激光發(fā)射部分具有信號調(diào)制模塊，能夠產(chǎn)生調(diào)制信號，調(diào)制激光波長，使單一的激光頻率經(jīng)過調(diào)制后變?yōu)橐粋€掃描頻段。激光器的光源部分選擇了TH0RLABS公司生產(chǎn)的，中心波長為1650nm的尾纖輸出激光二極管，型號為FPL1059P。本發(fā)明選用TH0RLABS公司生產(chǎn)的ITC4001型臺式激光二極管/TEC(熱電冷卻器)控制器，用來控制激光器工作穩(wěn)定在限定的掃描波長范圍內(nèi)。系統(tǒng)所選用的光電探測器是Thorlabs公司InGaAs (砷化銦鎵)放大探測器(PDA10DT-EC)，PDA10DT_EC是一種熱電冷卻光電導(dǎo)探測器，它對中紅外光譜波段從0.9到2.57微米的光波敏感。兩個旋轉(zhuǎn)開關(guān)用于內(nèi)置增益放大器和低通帶寬濾波器，增益開關(guān)在0-70分貝之間具有8個分立的檔位，而低通帶寬開關(guān)則在500赫茲-1兆赫茲之間提供8個分立檔位。熱電冷卻器(TEC)采用一個熱敏電阻反饋電路對探測器元件的溫度控制在-10°C，從而將熱變化對輸出信號的影響最小化。光電探測器輸出的信號經(jīng)過濾波與放大后進行信號采集，作為系統(tǒng)算法的原始數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光檢漏系統(tǒng),包括若干傳感器系統(tǒng),在空間建立空間坐標(biāo)系xyz, O點為空間坐標(biāo)系的原點，其特征在于:空間坐標(biāo)系xyz內(nèi)具有激光傳感器系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器；0X上具有點O, x1L, x2L, X3l,…，Xm，相鄰的兩個點的間距相等且為L, L > O,在每個點上安放激光傳感器；oy上具有點O, y1L, y2L, y3L,…，yNIj，相鄰的兩個點的間距相等且為L，L > O，在每個點上安放激光傳感器；0點為兩排傳感器的中心線ox與oy的交點，ο點上的傳感器為中心線ox與oy上共有的傳感器；oz上具有點O，o1H，o2H，…，Oeh，相鄰的兩個點的間距相等且為H，H > 0，在每個點上安放傳感器；在經(jīng)過o1H，o2H,…，oEH的點且垂直O(jiān)z上共有E個與ox平行的直線，E個與ox平行的直線當(dāng)中經(jīng)過o1H的直線上具有點01H, X1LH, X2LH, X3LH,…，ΧΜ，相鄰的兩個點的間距相等且為L，在每個點上安放傳感器；經(jīng)過O2h的直線具有點02H, Xil2h, X2l2h, X3l2H)…，X_，相鄰的兩個點的間距相等且為L,在每個點上安放傳感器；依此類推，經(jīng)過Oeh的直線上具有點0EH, Xileh, X2leh, X3leh,…，相鄰的兩個點的間距相等且為L，在每個點上安放傳感器；在經(jīng)過01H，02H,…，Oeh點且垂直中心線Z上具有E個與oy平行的直線,這E個與oy平行的直線中，經(jīng)過o1H的直線具有點o1H, y1LH, y2LH, y3LH,…，yM，相鄰的兩個點的間距相等且為L，在每個點上安放傳感器；經(jīng)過o2H的直線上具有點o2H, y1L2H, y2L2H, y3L2H.…，ym^，相鄰的兩個點的間距相等且為L,在每個點上安放傳感器；依此類推，經(jīng)過Oeh的直線上具有點0EH, y1LEH, y2LEH, Y3LEH.…，Ynleh?相鄰的兩個點的間距相等且為L,在每個點上安放傳感器；經(jīng)過點Xnu Xnlh, Xnl2h.…，Xnleh有E+1個直線互相平行且平行于yoz平面，E+1個直線上，每個直線上具有N+1個激光接收器，每個激光接收器間隔L ;每個直線的激光接收器都從起點 xNLJ xNLHJ XNL2H?…J XNLEH 開$口放直；經(jīng)過點Yul，Ynlh> Υνι2η>…，Ynleh有Ε+1直線互相平行且平行于XOZ平面；Ε+1個直線上，每個直線上具有Ν+1個激光接收器，每個激光接收器間隔L ;每個直線的激光接收器都從起點yNU yNLH, yNL2H,…，yaEH開始放置。
2.一種激光檢漏系統(tǒng)定位泄露氣體方法，其特征在于:激光傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器及激光接收器，激光傳感器固定安放，激光傳感器發(fā)出的激光線都與所在的平面垂直；在XOZ面上安裝的激光傳感器的光線垂直于XOZ面，光線向oy方向發(fā)射；在yoz面上安裝的激光傳感器的光線垂直于yoz面，光線向ox方向發(fā)射；oz線上的激光傳感器發(fā)出的光線射向?qū)欠较?，OZ線上的激光傳感器發(fā)出的光線互相平行；X0Z平面的激光傳感器發(fā)出的光線全部被對面的激光接收器接收；yoz平面的激光傳感器發(fā)出的光線全部被對面的激光接收器接收，OZ線上的激光傳感器發(fā)出的光線全部被直線(I)上的激光接收器接收；如果激光接收器接收到激光發(fā)射器ΧΛηΗ及YkU1H的信號異常，就可判斷激光線ΧΛηΗ與YkU1H的交點處發(fā)現(xiàn)異常情況，這樣就可判斷:氣體泄漏位置為(rL，kL，nH)，I彡r彡N，I彡k彡N，I彡η彡E，X0 = Y0 = O，直線(I)上的激光接收器接收的OZ線上的激光傳感器發(fā)出的光線出現(xiàn)異常，就可判斷其所在大致高度。
3.一種激光檢漏系統(tǒng)定位泄露氣體方法，其特征在于:激光傳感器系統(tǒng)包括激光傳感器，激光器為掃稍描式，確定氣體泄露點的位置方法為:如果在激光線ΧΛηΗ與yunH的交點處發(fā)現(xiàn)異常情況，氣體泄漏位置為(x，y，z)， 其中，
X — XjrLnH — (YkL-XrL ^ tail ^d)/ (tMl Θ B—tail θ D),
y = YkLnH = (xrLXtan θ Dxtan θ B-ykLXtan θ D)/(tan Θ B-tan Θ D)，
z = nHo
4.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種激光檢漏系統(tǒng)定位泄露氣體方法，其特征在于:激光傳感器系統(tǒng)的激光傳感器所發(fā)射的激光波長是一個以被檢測氣體吸收波長為中心的掃描范圍，以甲燒吸收波長1653.72nm為例,則激光器發(fā)射的激光掃描波長為1653.72±5nm。
【文檔編號】G01M3/04GK104458144SQ201410738495
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】王智森, 張義, 康信龍, 張成國, 趙佳, 金基宇, 李鵬, 蒙會民 申請人:大連工業(yè)大學(xué)