气体遥测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电分析，尤其涉及气体遥测装置及方法。
【背景技术】
[0002]天然气是一种易燃易爆气体，其主要成分是甲烷，爆炸极限为5% -16%。近几年在全国各地因燃气管道泄漏引发的爆炸事故时有发生，给居民的生命财产安全造成巨大的威胁。为此，燃气公司需要对天然气用户室内天然气设备的泄漏情况进行定期安全检测和不定期抽查。
[0003]激光遥测仪是目前使用广泛的隔窗遥测室内天然气泄漏的装置，遥测仪采用波长调制光谱(WMS)技术，基本原理为:将激光频率固定在甲烷某一吸收峰附近，同时对激光频率进行余弦调制，根据频率调制谐波信号与气体浓度的相关性进行检测，从而获得光路径上的待测气体信息。该类型遥测仪具有诸多不足，如:
[0004]1.由于激光器中心波长随温度变化会发生一定的漂移，会导致气体浓度测量的误差;
[0005]2.无法用于楼宇内各层室内气体的检测。对于具有窗户的室内遥测，现有技术无法确定玻璃窗到墙面的距离，也即无法获得室内的气体含量；
[0006]对于楼宇二层以上的室内气体的检测，现有遥测仪无能为力；
[0007]3.由于玻璃的阻隔，入射激光束会在窗玻璃的两侧界面产生反射光束I和反射光束2，反射光束间会在探测器上形成干涉，大大降低了对气体特征吸收峰的检测精度。
【发明内容】
[0008]为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种精度高、低成本、应用领域广、功能强的气体遥测装置。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0010]气体遥测装置，所述气体遥测装置包括:
[0011]光源，仅有的一个光源发出的测量光的波长覆盖待测气体、气体池内的浓度已知的气体的吸收谱线；
[0012]分束器件，所述分束器件用于将所述测量光分出第一光束和第二光束，所述第一光束穿过待测区域；
[0013]光偏转模块，所述光偏转模块用于改变第一光束的行进方向；
[0014]气体池，所述第二光束穿过所述气体池，所述气体池容纳浓度已知的气体；
[0015]第一探测器，所述第一探测器用于将穿过待测区域的第一光束转换为第一电信号，并传送到处理器；
[0016]第二探测器，所述第二探测器用于将穿过所述气体池的第二光束转换为第二电信号，并传送到处理器；
[0017]处理器，所述处理器用于调整所述光源的工作参数，使所述第二电信号对应的光源的漂移未超标；用于调整所述光偏转模块相对入射的第一光束的倾斜角度，使得第一电信号对应的第一光束在待测区域内反射体上的反射光间的干涉未超标。
[0018]根据上述的气体遥测装置，可选地，所述气体遥测装置进一步包括:
[0019]无人机，所述光源、第一和第二探测器、光偏转模块、气体池安装在所述无人机上。
[0020]根据上述的气体遥测装置，可选地，所述光偏转模块进一步包括:
[0021]楔形透射器件，所述楔形透射器件固定在连接件的一侧，所述第一光束穿过所述楔形透射器件；
[0022]连接件，所述连接件的另一侧固定有至少二个距离调节器；
[0023]至少二个距离调节器，所述至少二个距离调节器的长度可调，用于调整所述连接件相对于第一光束的倾斜程度。
[0024]根据上述的气体遥测装置，优选地，所述距离调节器采用压电材料。
[0025]根据上述的气体遥测装置，优选地，所述光源为激光器。
[0026]根据上述的气体遥测装置，可选地，所述待测气体和浓度已知的气体是相同或不同的气体。
[0027]本发明的目的还在于提供了一种高精度、应用领域广、功能强大的气体遥测方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现:
[0028]气体遥测方法，所述气体遥测方法包括以下步骤:
[0029](Al)光源发出的测量光被分为第一光束和第二光束，所述测量光的波长覆盖待测气体、浓度已知的气体的吸收谱线；
[0030](A2)所述第一光束穿过光偏转模块，之后射入待测区域内，第一探测器将被待测气体吸收后的第一光束转换为第一电信号，并传送到处理器；
[0031]所述第二光束穿过浓度已知的气体，第二探测器将射出的第二光束转换为第二电信号，并传送到处理器；
[0032](A3)处理器根据所述第二电信号得出所述光源的漂移，若漂移超标，则调整所述光源的工作参数，进入步骤(Al);若未超标，进入步骤(A4);
[0033]处理器根据所述第一电信号得出第一光束在待测区域内反射体上的反射光间的干涉信号，若干涉超标，则调整所述光偏转模块相对入射的第一光束的倾斜角度，进入步骤(Al);若未超标，进入步骤(A4)；
[0034](A4)处理器根据光谱技术处理所述第一电信号，从而获得待测气体的含量。
[0035]根据上述的气体遥测方法，可选地，在步骤(A4)中，处理器选择直接吸收光谱技术或波长调制吸收光谱技术去处理所述第一电信号。
[0036]根据上述的气体遥测方法，可选地，所述光偏转模块的调整方式为:
[0037]调整安装在连接件一侧的至少二个距离调节器的长度，使得安装在所述连接件另一侧的楔形透射器件相对测量光的倾斜程度发生变化，从而调整测量光穿过所述楔形透射器件后的偏转角度。
[0038]根据上述的气体遥测方法，优选地，所述距离调节器采用压电材料。
[0039]根据上述的气体遥测方法，优选地，在步骤(A2)中，若所述干涉超出阈值，则调整施加到所述距离调节器上的电压值。
[0040]与现有技术相比，本发明具有的有益效果为:
[0041]1.通过设置反馈光路使激光器输出波长锁定在待测气体吸收峰中心波长，避免波长漂移，使测量结果更加准确；
[0042]实时监测在测量光在窗玻璃上的反射光束间的干涉作用，当干涉产生的噪声超出阈值后，通过调整第一光束的偏转程度而调整第一光束在窗玻璃上的入射角度，从而避免干涉，也即保证了检测精度；
[0043]2.具有扫描波长直接吸收(扫描DA)以及波长调制光谱(WMS)两种工作模式可选。测量准确度高，且测量浓度范围大。
[0044]3.应用领域广、安全
[0045]将光学系统安装在无人机上，无人机飞到不同的高度，从而通过遥测测得不同楼层内室内气体的含量，拓展了应用领域；检测人员无需进入室内，保证了检测人员的生命安全;
[0046]4.功能强大
[0047]测得的含量信息可实时发送到业主的通信终端上，即使在外也可知晓室内气体的含量，及早发现天然气泄漏信息，排除安全隐患。
【附图说明】
[0048]参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是:这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中:
[0049]图1是根据本发明实施例的气体遥测装置的基本结构图；
[0050]图2是根据本发明实施例2的光偏转模块的基本结构图。
【具体实施方式】
[0051]图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
[0052]实施例1:
[0053]图1示意性地给出了本发明实施例的气体遥测装置的基本结构图，如图1所示，所述气体遥测装置包括:
[0054]光源，如激光器，仅有的一个光源发出的测量光的波长覆盖待测气体如甲烷、气体池内浓度已知的气体的吸收谱线；
[0055]分束器件，如半透半反镜、在会聚透镜上的入射面上的部分区域镀反射膜，所述分束器件用于将所述测量光分出第一光束和第二光束，所述第一光束穿过待测区域；
[0056]光偏转模块，如光入射面和光出射面间具有楔角的透射器件，所述光偏转模块用于改变第一光束的行进方向；
[0057]气体池，所述第二光束穿过所述气体池，所述气体池容纳浓度已知的气体，如浓度已知的待测气体或替代气体；
[0058]第一探测器，所述第一探测器用于将穿过待测区域的第一光束转换为第一电信号，并传送到处理器；
[0059]第二探测器，所述第二探测器用于将穿过所述气体池的第二光束转换为第二电信号，并传送到处理器；
[0060]处理器，所述处理器用于调整所述光源的工作参数，使所述第二电信号对应的光源输出的波长的漂移未超标；用于调整所述光偏转模块相对入射的第一光束的倾斜角度，使得第一电信号对应的第一光束在待测区域内反射体上的反射光间的干涉未超标。
[0061]为了检测不同楼层室内气体的含量，进一步地，所述气体遥测装置进一步包括:
[0062]无人机，如多旋翼无人机，所述光源、第一和第二探测器、光偏转模块、气体池安装在所述无人机上，无人机飞到不同的楼层高度，从而检测不同楼层室内气体的含量。
[0063]为了降低无人机的载重量以提高无人机的续航能力，进一步地，所述处理器设置在监控室或监控车内；所述第一和第二探测器通过无线方式将输出的电信号传送到所述处理器。
[0064]本发明实施例的气体遥测方法，也即上述气体遥测装置的工作过程，所述气体遥测方法包括以下步骤:
[0065](Al)光源发出的测量光被分为第一光束和第二光束，所述测量光的波长覆盖待测气体、浓度已知的气体的吸收谱线；
[0066](A2)所述第一光束穿过光偏转模块，之后射入待测区域内，第一探测器将被待测气体吸收后的第一光束转换为第一电信号，并传送到处理器；
[0067]所述第二光束穿过浓度已知的气体，第二探测器将射出的第二光束转换为第二电信号，并传送到处理器；
[0068](A3)处理器根据所述第二电信号得出所述光源输出波长的漂移，若漂移超标，则调整所述光源的工作参数，进入步骤(Al);若未超标，进入步骤(A4);
[0069]处理器根据所述第一电信号得出第一光束在待测区域内反射体上的反射光间的干涉信号，若干涉超出阈值，则调整所述光偏转模块相对入射的第一光束的倾斜角度，进入步骤(Al);若未超阈值，进入步骤(A4)；
[0070](A4)处理器根据光谱技术处理所述第一电信号，从而获得待测气体的含量。<