一种抗淹防水蒸气的阀门井激光气体传感模块及检测装置的制作方法

本发明涉及激光光谱气体传感器，尤其涉及一种抗淹防水蒸气的阀门井激光气体传感模块及检测装置。

背景技术：

1、阀门作为城市燃气管网的关键节点，在管网运行中起到调节控制天然气输送的重要作用，保障燃气阀门井的安全是保障城市燃气管网重中之重。燃气阀井是整个燃气管网线路上设备相对密集的地方，由于阀井中阀门密封不良或周围管道泄漏等因素，使燃气在阀井内形成堆积，由此引发的爆炸和爆燃事故，成为重大安全隐患问题。

2、目前，采用基于半导体激光吸收光谱技术(tunable diode laserabsorptionspectroscopy，tdlas)的气体传感器，在燃气阀门井和市政污水井等容易产生气体泄漏的地方进行气体泄漏监测已成为当下主流监测方案。但是，在实际使用过程中，由于阀门井都放置于地下，遇到雨天有时阀门井监测仪器会被积水淹没，因此，要求气体传感器应该具有ip68等级的防水淹的功能；另外，在井中积水逐渐蒸发过程中，又会在阀门井中产生大量水蒸气，这些水蒸气通过防水透气膜进入传感器的气室，凝结成水滴并在防水透气膜上形成一层水膜，使一些进气孔设置在底部的传感器不能正常工作。

3、因此，如何设计出一种新型的传感器，使它既可以在水淹以后不影响传感器的工作性能，又可以在有限空间如阀门中有大量水蒸气蒸发时，保持传感器正常工作就是急需解决的技术难题。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一在于提供一种抗淹防水蒸气的阀门井激光气体传感模块，通过采用和地面垂直的光路、双层防水透气膜隔离和气室积水导出的设计方案，设计出了既可以抗水淹，又可以避免水蒸气影响的阀门井激光甲烷传感模块；同时由于利用了椭圆凹面反射镜的双焦点的光学原理，并将激光光源和探测器分别设置在两个焦点处，这样不但增加了测量光程，也降低了光路调整的难度，提高了光路系统的稳定性。

2、本发明的目的之二在于提供一种包含所述抗淹防水蒸气的阀门井激光气体传感模块的检测装置。本发明的气体检测装置改良气体传感模块的结构，采用了一个光路垂直于地面的气体吸收池，在传感模块进气通道上设置双层防水透气膜及金属烧结网，以及气体吸收池底部设置积水聚集及引流结构等改良，使其具备防水淹以及防水蒸气的优势，检测精度高，安装的精度要求限制低；此外，使用过程中的安全性能高，即使经过数天的水淹也可以保证检测装置的正常使用，将极大地降低装置维护成本，经济效益好，值得大规模推广。

3、本发明的目的之一通过以下技术方案实现：

4、一种抗淹防水蒸气的阀门井激光气体传感模块，包括侧壁设有若干进气孔的安装壳体，所述安装壳体内设有光路光轴垂直于地面的气体吸收池光路模块；所述气体吸收池光路模块外周自外而内设有第一防水透气层、第二防水透气层；所述第一防水透气层、第二防水透气层之间设有凝水层；气体从所述进气孔进入所述安装壳体并经由所述第一防水透气层、凝水层、第二防水透气层后进入所述气体吸收池光路模块；

5、所述气体吸收池光路模块底部设有积水收集结构和积水引流装置；所述安装壳体下方设有外壳底座；所述外壳底座和气体吸收池光路模块外侧底部之间的空间构成积水存储结构，所述积水收集结构通过积水引流装置与所述积水存储结构连通；所述外壳底座上设有与外界连通的排水孔。

6、进一步地，所述吸收池光路模块包括气体吸收池、设置在所述气体吸收池顶部的椭圆凹面反射镜、分别设置在所述椭圆凹面反射镜的两个焦点处的激光器及探测器；所述激光器发出的光束经所述椭圆凹面反射镜反射并聚焦到所述探测器的光敏面上。

7、进一步地，所述积水收集结构为所述气体吸收池底部朝所述积水存储结构方向形成具有两个倾斜侧面的“v”型结构；所述引流装置连通设置在所述积水收集结构的最低点。

8、进一步地，所述引流装置为一端与积水收集结构底部连接、另一端位于集存储结构上的虹吸引流通道底部并与所述积水存储结构连接；所述引流通道截面为平躺的“s”型形状，引流通道内设有用于将吸收池内的积水引流到气体吸收池外侧底部的虹吸纤维。

9、进一步地，所述椭圆凹面反射镜的两个焦点分布于所述“v”型积水收集结构的两侧倾斜侧面上；所述气体吸收池底部设有与所述积水收集结构形状相适配的加强块；所述加强块的两个倾斜侧面上分别设有所述激光器、探测器引脚穿过的第一避让口；加强块的中部设有用于所述“s”型引流通道穿过的第二避让口。

10、进一步地，所述气体吸收池内壁经过粗糙处理或设有多个凝水毛刺结构。

11、进一步地，所述第一防水透气层、第二防水透气层均为防水透气膜；所述防水透气膜为聚四氟乙烯膜、聚过氟乙烯膜、pu膜中的一种；在两个防水透气膜之间的所述凝水层为金属烧结网，所述金属烧结网与所述进气孔对应设置。

12、进一步地，所述外壳底座的排水孔上螺纹连接有密封件。

13、进一步地，所述虹吸纤维为棉花或丙纶中的一种。

14、进一步地，所述安装壳体顶部还螺纹连接有顶盖。

15、本发明的目的之二通过以下技术方案实现：

16、一种气体检测装置，所述检测装置应用于阀门井中包括但不限于甲烷气体的检测中；检测装置包括上述的抗淹防水蒸气的阀门井激光气体传感模块；所述气体吸收池背面设有激光器驱动电路及探测器信号处理电路的pcb电路板。

17、相比现有技术，本发明至少具备以下有益效果：

18、(1)本发明改良气体传感模块的结构，采用了一个光路垂直于地面的气体吸收池，并将进气孔设置在传感模块的两侧，相比现有技术的进气孔设置在底部方案，避免从底部向上蒸发的大量水蒸气进入传感模块吸收池后，凝结在防水透气膜上并形成水膜，从而阻碍被侧气体流通的问题；

19、本发明还作进一步的改良，在传感模块外周设置双层防水透气膜及金属烧结网，以及气体吸收池底部设置积水聚集、引流和存储结构。因此在阀门井受到水淹后，水位低于模块时，大部分水蒸气从模块旁边向阀门井顶部蒸发，少量水蒸气扩散通过第一层防水透气膜后进入金属烧结网，部分水蒸气将凝结在金属烧结网上形成液态水滴引流至积水存储结构；仅有极少部分的水蒸气可经过第二层防水透气膜进入气体吸收池，而气体吸收池的内壁表面经过粗糙或毛刺处理，使进入的极少部分水蒸气也容易在吸收池内壁表面凝结成液态并滴落汇流到上述积水聚集及引流结构中，通过一个内部填充可以产生虹吸效应纤维的倒s形的引流通道，在虹吸和重力的作用下，该虹吸纤维可以将积水收集结构的积水导出到气体吸收池外，流入在气体吸收池外侧底部和传感器模块外壳内侧底部之间的预留的积水存储结构中；

20、本发明采用和地面垂直的光路、双层防水透气膜隔离和气室积水导出的结构，既可以抗水淹，又可以减少或避免水蒸气影响。

21、(2)本发明的光电气体传感器模块利用了凹面椭圆反射镜的双焦点的光学原理即从一个椭圆凹面反射镜的一个焦点发出的散射光束经过椭圆凹面反射镜反射后将汇聚到椭圆凹面反射镜的另一个焦点，将设置在椭圆凹面镜焦点处的激光器发出的光束反射并聚焦到设置在该椭圆凹面镜另一个焦点处的光电探测器上，该结构不但增加了测量光程，也降低了光路调整的难度，提高了光路系统的稳定性，有利于提高探测信噪比以及测量精度；此外，根据椭圆凹面反射镜的焦点可以快速确定激光器及探测器的安装点，这样大幅降低了安装的精度要求及限制，有利于快速完成安装，以及有利于大批量生产。

22、(3)本发明由于设置了双层防水透气膜隔离结构，以及在气体吸收池外侧底部与传感器模块外壳内侧底部之间设置了预留积水存储空间，使少量的渗水可以保留在这个空间中，由于阀门井被水淹的时间远远小于没有被淹的时间，因此，短期被淹时渗入的少量积水可以在较长的没有被淹水的时候慢慢蒸发清除，这样解决了模块长时间浸泡水里和水蒸气进入吸收池的问题。

23、(4)本发明的气体检测装置改良气体传感模块的结构，采用光路垂直于地面的气体吸收池，在传感模块外周设置双层防水透气膜及金属烧结网，以及气体吸收池底部设置积水聚集及引流结构等改良，使其具备防水淹以及防水蒸气的优势，检测精度高，安装的精度要求限制低；此外，使用过程中的安全性能高，即使经过数天的水淹也可以保证检测装置的正常使用，将极大地降低装置维护成本，经济效益好，值得大规模推广。