一种激光检漏系统及其定位泄露气体方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光检漏系统及定位泄露气体方法，属于检测【技术领域】。在空间建立空间坐标系xyz，o点为空间坐标系的原点；空间坐标系xyz内具有激光传感器系统，传感器系统包括激光传感器；ox上具有点o,x1L,x2L,x3L,...，xNL，相邻的两个点的间距相等且为L，L＞0，在每个点上安放激光传感器；oy上具有点o,y1L,y2L,y3L,...,yNL，相邻的两个点的间距相等且为L，L＞0，在每个点上安放激光传感器；o点为两排传感器的中心线ox与oy的交点，o点上的传感器为中心线ox与oy上共有的传感器。
【专利说明】一种激光检漏系统及其定位泄露气体方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光检漏系统及其定位泄露气体方法，属于检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]甲烷是一种可燃气体，是石化炼制单位生产与民用领域中的主要产品与燃料，当空气中含量超过5.3%时，极易发生爆炸，所以甲烷又是一种易燃易爆气体，甲烷爆炸会给国家经济和人民财产安全带来重大损失，所以甲烷检测是一项重要课题。目前使用的甲烷检测方法主要有:气相色谱法、电化学法、催化燃烧法、金属氧化物半导体传感器测量法、光干涉法、红外吸收法。上述几种方法存在需要专门技术人员、操作维护困难，检测灵敏度低、实时性差、仪器设备体积大、寿命低等诸多问题均不适用于石化单位管线密布、错综复杂，人员巡检与安放设备困难的特点。。
【发明内容】
[0003]为了克服上述的不足，本发明的目的在于提供一种激光检漏系统。
[0004]本发明采取的技术方案如下:
[0005]—种激光检漏系统,包括若干传感器系统,在空间建立空间坐标系xyz, ο点为空间坐标系的原点；空间坐标系xyz内具有激光传感器系统，传感器系统包括激光传感器；OX上具有点O, X1L, X2L, X3l,..., Xnl,相邻的两个点的间距相等且为L, L > O,在每个点上安放激光传感器；oy上具有点O, y1L, y2L, y3L,...，yNIj,相邻的两个点的间距相等且为L,L > O,在每个点上安放激光传感器；o点为两排传感器的中心线ox与oy的交点，ο点上的传感器为中心线ox与oy上共有的传感器；oz上具有点O，o1H，o2H，...，oEH，相邻的两个点的间距相等且为H，H > 0，在每个点上安放传感器；在经过o1H，o2H,..., oEH的点且垂直Oz上共有E个与ox平行的直线，E个与ox平行的直线当中经过o1H的直线上具有点01H, X1LH, X2LH, X3LH,…，XNLH，相邻的两个点的间距相等且为L,在每个点上安放传感器；经过O2h的直线具有点02H, X1l2h, X2l2H) X3L2H?...，XNL2H，相邻的两个点的间距相等且为L,在每个点上安放传感器；依此类推，经过Oeh的直线上具有点0EH, Xileh, X2leh, X3leh,...，Xnleh?相邻的两个点的间距相等且为L，在每个点上安放传感器；在经过o1H，o2H,..., Oeh点且垂直中心线Z上具有E个与oy平行的直线，这E个与oy平行的直线中，经过o1H的直线具有点01H, y1LH, y2LH, y3LH,…，yM，相邻的两个点的间距相等且为L，在每个点上安放传感器；经过O2h的直线上具有点o2H, y1L2H, y2L2H, y3L2H,...，yNIi2H，相邻的两个点的间距相等且为L,在每个点上安放传感器；依此类推，经过Oeh的直线上具有点0EH, y1LEH, y2LEH, y3LEH....，Ynleh?相邻的两个点的间距相等且为L，在每个点上安放传感器；经过点Xnu Xnlh, Xnl2h,...，Xnleh有E+1个直线互相平行且平行于yoz平面，E+1个直线上，每个直线上具有N+1个激光接收器，每个激光接收器间隔L ;每个直线的激光接收器都从起点XNU Xnlh, Xnl2h, Xnleh开始放置；经过点yNU Ynlh, Ynl2H,...，Ynleh有E+1直线互相平行且平行于XOZ平面；E+1个直线上，每个直线上具有N+1个激光接收器，每个激光接收器间隔L ;每个直线的激光接收器都从起点JrNL) JfNLH) yNL2H>...，YnLEH 开始放直。
[0006]一种激光检漏系统定位泄露气体方法，激光传感器系统包括激光传感器及激光接收器，激光传感器固定安放，激光传感器发出的激光线都与所在的平面垂直；在102面上安装的激光传感器的光线垂直于XOZ面，光线向oy方向发射；在1Z面上安装的激光传感器的光线垂直于yoz面，光线向ox方向发射；0Z线上的激光传感器发出的光线射向对角方向，OZ线上的激光传感器发出的光线互相平行；X0Z平面的激光传感器发出的光线全部被对面的激光接收器接收；yoz平面的激光传感器发出的光线全部被对面的激光接收器接收，OZ线上的激光传感器发出的光线全部被直线上的激光接收器接收；如果激光接收器接收到激光发射器ΧΛηΗ及的信号异常，就可判断激光线ΧΛηΗ与YkU1H的交点处发现异常情况，这样就可判断:气体泄漏位置为(rL, kL, nH), I ^ r ^ N, I ^ k ^ N, I ^ n ^ E, x0 = y0=O，直线上的激光接收器接收的οζ线上的激光传感器发出的光线出现异常，就可判断其所在大致高度。
[0007]—种激光检漏系统定位泄露气体方法，激光传感器系统包括激光传感器，激光器为扫稍描式，确定气体泄露点的位置方法为:如果在激光线ΧΛηΗ与YkU1H的交点处发现异常情况，气体泄漏位置为(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]本发明原理及有益效果:把要检测的泄漏气体管道或泄露物体放置在规定规定的空间建立xyz坐标系；χΛηΗ与ykUlH分别代表了横坐标(X轴)的位置rL及纵坐标(y轴)位置kL，同时也代表了 z轴坐标的位置nH ;在每个点上的激光传感器分别对应的坐标编号，例如点 °2Η? X1L2HJ X2L2H? X3L2H?..., XNL2H 上的激光传感器编号分别为 °2Η? X1L2HJ X2L2H? X3L2H,...J XNL2H ?
这些激光传感器对应的对面的激光接收器也做同样的编号，这样激光接收器接收的其相对应的激光传感器的信号；激光传感器系统的激光传感器所发射的激光波长是一个以被检测气体吸收波长为中心的扫描范围，以甲烷吸收波长1653.72nm为例，则激光器发射的激光扫描波长为1653.72±5nm。可调谐半导体激光吸收光谱技术依靠甲烷对特定波长的激光光谱吸收原理测定是否泄露与泄露浓度具有广阔应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的结构简图。
[0014]图2是本发明的第一个实施例的原理图。
[0015]图3是本发明的第二个实施例的原理图。
[0016]图中:1.直线。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0018]如图1所不:一种激光检漏系统,包括若干传感器系统,在空间建立空间坐标系xyz, ο点为空间坐标系的原点；空间坐标系xyz内具有激光传感器系统,传感器系统包括激光传感器；0X上具有点O, x1L, x2L, X3l,...，xNIj，相邻的两个点的间距相等且为L, L > O,在每个点上安放激光传感器；oy上具有点O, y1L, y2L, y3L,...，yNL,相邻的两个点的间距相等且为L，L > O，在每个点上安放激光传感器；0点为两排传感器的中心线ox与oy的交点，ο点上的传感器为中心线ox与oy上共有的传感器；oz上具有点ο, o1H，o2H，...，oEH，相邻的两个点的间距相等且为H，H > 0，在每个点上安放传感器；在经过o1H，o2H,...，oEH的点且垂直οζ上共有E个与ox平行的直线，E个与ox平行的直线当中经过o1H的直线上具有点01H, X1lh, X2lh, X3LH)...? XNLH，相邻的两个点的间距相等且为L,在每个点上安放传感器；经过O2h的直线具有点02H, X1l2h, X2l2H) X3L2H?...? XNL2H?相邻的两个点的间距相等且为L,在每个点上安放传感器；依此类推，经过Oeh的直线上具有点0EH, Xileh, X2leh, X3leh,...，Xnleh?相邻的两个点的间距相等且为L，在每个点上安放传感器；在经过o1H，o2H,..., Oeh点且垂直中心线Z上具有E个与oy平行的直线，这E个与oy平行的直线中，经过o1H的直线具有点01H, y1LH, y2LH, y3LH,…，yM，相邻的两个点的间距相等且为L，在每个点上安放传感器；经过O2h的直线上具有点o2H, y1L2H, y2L2H, y3L2H,...，yNIi2H，相邻的两个点的间距相等且为L,在每个点上安放传感器；依此类推，经过Oeh的直线上具有点0EH, y1LEH, y2LEH, y3LEH....，Ynleh?相邻的两个点的间距相等且为L，在每个点上安放传感器；经过点Xnu Xnlh, Xnl2h,...，Xnleh有E+1个直线互相平行且平行于yoz平面，E+1个直线上，每个直线上具有N+1个激光接收器，每个激光接收器间隔L ;每个直线的激光接收器都从起点XNU Xnlh, Xnl2h, Xnleh开始放置；经过点yNU Ynlh, Ynl2H,...，Ynleh有E+1直线互相平行且平行于XOZ平面；E+1个直线上，每个直线上具有N+1个激光接收器，每个激光接收器间隔L ;每个直线的激光接收器都从起点yNL.Ynlh.Ynl2H....，Ynleh开始放置。在图1中激光传感器及激光接收器未全部画出。
[0019]一种激光检漏系统定位泄露气体方法:如图2所示:激光传感器系统包括激光传感器及激光接收器，激光传感器固定安放，激光传感器发出的激光线都与所在的平面垂直；在XOZ面上安装的激光传感器的光线垂直于XOZ面,光线向oy方向发射；在yoz面上安装的激光传感器的光线垂直于yoz面，光线向ox方向发射；0Z线上的激光传感器发出的光线射向对角方向，οζ线上的激光传感器发出的光线互相平行；X0Z平面的激光传感器发出的光线全部被对面的激光接收器接收；yoz平面的激光传感器发出的光线全部被对面的激光接收器接收，οζ线上的激光传感器发出的光线全部被直线(I)上的激光接收器接收；如果激光接收器接收到激光发射器XmH及y4_的信号异常，就可判断激光线XmH与ytt2H的交点处发现异常情况，这样就可判断:气体泄漏位置为(7L，4L，2H);以此类推，如果激光接收器接收到激光发射器χΛηΗ及的信号异常，就可判断激光线χΛηΗ与Yku1H的交点处发现异常情况，这样就可判断:气体泄漏位置为(rL，kL，nH)，I彡r彡N，I彡k彡N，I彡η彡E，Xtl= Y0 = O，直线(I)上的激光接收器接收的οζ线上的激光传感器发出的光线出现异常，就可判断其所在大致高度，并结合上述确定的气体泄漏位置可以更加快速的定位。
[0020]一种激光检漏系统定位泄露气体方法:如图3所示:激光传感器系统包括激光传感器，激光器为扫稍描式，确定气体泄露点的位置方法为:如果在激光线XmH与ytt2H的交点处发现异常情况，气体泄漏位置为(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]以此类推，如果在激光线χΛηΗ与yg的交点处发现异常情况，气体泄漏位置为(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]激光传感系统中激光发射部分具有信号调制模块，能够产生调制信号，调制激光波长，使单一的激光频率经过调制后变为一个扫描频段。激光器的光源部分选择了TH0RLABS公司生产的，中心波长为1650nm的尾纤输出激光二极管，型号为FPL1059P。本发明选用TH0RLABS公司生产的ITC4001型台式激光二极管/TEC(热电冷却器)控制器，用来控制激光器工作稳定在限定的扫描波长范围内。系统所选用的光电探测器是Thorlabs公司InGaAs (砷化铟镓)放大探测器(PDA10DT-EC)，PDA10DT_EC是一种热电冷却光电导探测器，它对中红外光谱波段从0.9到2.57微米的光波敏感。两个旋转开关用于内置增益放大器和低通带宽滤波器，增益开关在0-70分贝之间具有8个分立的档位，而低通带宽开关则在500赫兹-1兆赫兹之间提供8个分立档位。热电冷却器(TEC)采用一个热敏电阻反馈电路对探测器元件的温度控制在-10°C，从而将热变化对输出信号的影响最小化。光电探测器输出的信号经过滤波与放大后进行信号采集，作为系统算法的原始数据。
【权利要求】
1.一种激光检漏系统,包括若干传感器系统,在空间建立空间坐标系xyz, O点为空间坐标系的原点，其特征在于:空间坐标系xyz内具有激光传感器系统，传感器系统包括激光传感器；0X上具有点O, x1L, x2L, X3l,…，Xm，相邻的两个点的间距相等且为L, L > O,在每个点上安放激光传感器；oy上具有点O, y1L, y2L, y3L,…，yNIj，相邻的两个点的间距相等且为L，L > O，在每个点上安放激光传感器；0点为两排传感器的中心线ox与oy的交点，ο点上的传感器为中心线ox与oy上共有的传感器；oz上具有点O，o1H，o2H，…，Oeh，相邻的两个点的间距相等且为H，H > 0，在每个点上安放传感器；在经过o1H，o2H,…，oEH的点且垂直Oz上共有E个与ox平行的直线，E个与ox平行的直线当中经过o1H的直线上具有点01H, X1LH, X2LH, X3LH,…，ΧΜ，相邻的两个点的间距相等且为L，在每个点上安放传感器；经过O2h的直线具有点02H, Xil2h, X2l2h, X3l2H)…，X_，相邻的两个点的间距相等且为L,在每个点上安放传感器；依此类推，经过Oeh的直线上具有点0EH, Xileh, X2leh, X3leh,…，相邻的两个点的间距相等且为L，在每个点上安放传感器；在经过01H，02H,…，Oeh点且垂直中心线Z上具有E个与oy平行的直线,这E个与oy平行的直线中，经过o1H的直线具有点o1H, y1LH, y2LH, y3LH,…，yM，相邻的两个点的间距相等且为L，在每个点上安放传感器；经过o2H的直线上具有点o2H, y1L2H, y2L2H, y3L2H.…，ym^，相邻的两个点的间距相等且为L,在每个点上安放传感器；依此类推，经过Oeh的直线上具有点0EH, y1LEH, y2LEH, Y3LEH.…，Ynleh?相邻的两个点的间距相等且为L,在每个点上安放传感器；经过点Xnu Xnlh, Xnl2h.…，Xnleh有E+1个直线互相平行且平行于yoz平面，E+1个直线上，每个直线上具有N+1个激光接收器，每个激光接收器间隔L ;每个直线的激光接收器都从起点 xNLJ xNLHJ XNL2H?…J XNLEH 开$口放直；经过点Yul，Ynlh> Υνι2η>…，Ynleh有Ε+1直线互相平行且平行于XOZ平面；Ε+1个直线上，每个直线上具有Ν+1个激光接收器，每个激光接收器间隔L ;每个直线的激光接收器都从起点yNU yNLH, yNL2H,…，yaEH开始放置。
2.一种激光检漏系统定位泄露气体方法，其特征在于:激光传感器系统包括激光传感器及激光接收器，激光传感器固定安放，激光传感器发出的激光线都与所在的平面垂直；在XOZ面上安装的激光传感器的光线垂直于XOZ面，光线向oy方向发射；在yoz面上安装的激光传感器的光线垂直于yoz面，光线向ox方向发射；oz线上的激光传感器发出的光线射向对角方向，OZ线上的激光传感器发出的光线互相平行；X0Z平面的激光传感器发出的光线全部被对面的激光接收器接收；yoz平面的激光传感器发出的光线全部被对面的激光接收器接收，OZ线上的激光传感器发出的光线全部被直线(I)上的激光接收器接收；如果激光接收器接收到激光发射器ΧΛηΗ及YkU1H的信号异常，就可判断激光线ΧΛηΗ与YkU1H的交点处发现异常情况，这样就可判断:气体泄漏位置为(rL，kL，nH)，I彡r彡N，I彡k彡N，I彡η彡E，X0 = Y0 = O，直线(I)上的激光接收器接收的OZ线上的激光传感器发出的光线出现异常，就可判断其所在大致高度。
3.一种激光检漏系统定位泄露气体方法，其特征在于:激光传感器系统包括激光传感器，激光器为扫稍描式，确定气体泄露点的位置方法为:如果在激光线ΧΛηΗ与yunH的交点处发现异常情况，气体泄漏位置为(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.根据权利要求3或4所述的一种激光检漏系统定位泄露气体方法，其特征在于:激光传感器系统的激光传感器所发射的激光波长是一个以被检测气体吸收波长为中心的扫描范围，以甲烧吸收波长1653.72nm为例,则激光器发射的激光扫描波长为1653.72±5nm。
【文档编号】G01M3/04GK104458144SQ201410738495
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】王智森, 张义, 康信龙, 张成国, 赵佳, 金基宇, 李鹏, 蒙会民 申请人:大连工业大学