一種手持式甲烷遙測儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種手持式甲烷遙測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]甲烷在自然界具有廣泛的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)的原料，也是太陽能電池、非晶硅膜氣象化學(xué)沉積的碳源，以及醫(yī)藥化工合成的生產(chǎn)原料。
[0003]甲烷的應(yīng)用雖然很廣泛，但是甲烷是一種易燃易爆氣體。在甲烷生產(chǎn)、加工及運輸過程中，若甲烷發(fā)生泄漏，且濃度達(dá)到爆炸極限時，遇火會發(fā)生爆炸造成嚴(yán)重的損失，因此在甲烷生產(chǎn)制造及運輸過程中需要對甲烷進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控。雖然現(xiàn)有技術(shù)中甲烷的生產(chǎn)及加工企業(yè)中具有甲烷泄漏檢測系統(tǒng)，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?；瘜W(xué)檢測方法、電化學(xué)傳感器等傳統(tǒng)天然氣檢測設(shè)備需要與待測甲烷接觸，分布布置的傳感器也無法準(zhǔn)確確定天然氣管道泄露的具體泄露點。當(dāng)發(fā)生天然氣泄漏時，檢測人員需要進(jìn)入危險環(huán)境中檢測甲烷濃度，存在一定的風(fēng)險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確確定具體泄露點的手持式甲烷遙測儀。
[0005]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)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(dǎo)體激光器；所述控制裝置、激光器和參考裝置均固定設(shè)置在所述殼體內(nèi)部一側(cè)，所述測量裝置設(shè)置在所述殼體內(nèi)部另一側(cè)，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(zhǔn)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(shè)在所述殼體前端，所述殼體內(nèi)縱向固定設(shè)置所述反射鏡，所述反射鏡與所述透鏡相對設(shè)置使得經(jīng)待測環(huán)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(shè)置所述光纖準(zhǔn)直鏡，所述光纖準(zhǔn)直鏡的頂部固定設(shè)置用于確定測量點的指示激光器，所述光纖準(zhǔn)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(zhuǎn)化成待測信號發(fā)送到所述控制裝置；所述參考裝置包括一參考?xì)馐液鸵晃挥谒鰠⒖細(xì)馐彝獠康牡诙t外探測器，所述參考?xì)馐覂?nèi)部設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)濃度的甲烷；所述激光器輸出的激光經(jīng)所述參考光路光纖發(fā)射到所述參考?xì)馐覂?nèi)，并穿過所述參考?xì)馐医?jīng)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(zhuǎn)化成參考信號發(fā)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(nèi)部，所述顯示面板固定嵌設(shè)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(jié)果，所述電池可拆卸設(shè)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(shè)置有兩模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、一基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器、一處理單元、一正弦波信號發(fā)生器、一鋸齒波信號發(fā)生器、一激光器溫度控制電路和一激光器電流驅(qū)動電路；兩所述模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端均連接所述基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器的輸入端，所述基于FPGA的數(shù)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(qū)動信號輸出端分別連接所述正弦波信號發(fā)生器、鋸齒波信號發(fā)生器和激光器溫度控制電路的輸入端，所述正弦波信號發(fā)生器和鋸齒波信號發(fā)生器輸出端經(jīng)過一加法器連接所述激光器電流驅(qū)動電路的輸入端，所述激光器電流驅(qū)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(qū)動信號輸入端，使得構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)控制。
[0007]位于所述第一近紅外探測器的探測端前端固定設(shè)置一錐狀集光器。
[0008]所述參考?xì)馐沂怯梢?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(gòu)成的密封結(jié)構(gòu)；所述U槽型鋁合金殼體頂端固定設(shè)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(shè)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(zhǔn)直鏡，較弱的一束通過所述參考光路光纖輸送至所述參考?xì)馐摇?br>[0010]所述殼體頂部設(shè)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(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明由于設(shè)置光纖準(zhǔn)直鏡對激光器輸出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直，同時設(shè)置透鏡和反射鏡對遠(yuǎn)距離的散射光進(jìn)行收集，使得本發(fā)明能夠遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確確定甲烷的具體泄露點；本發(fā)明由于設(shè)置具有標(biāo)準(zhǔn)濃度甲烷的參考?xì)馐易鳛闇y量比對參考，不但避免了復(fù)雜的計算及數(shù)據(jù)庫對比，節(jié)省了存儲空間，而且去除了數(shù)據(jù)庫與實際環(huán)境氣體組分不同對氣體吸收譜線的影響，使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。2、本發(fā)明由于具體設(shè)置參考信號和待測信號均經(jīng)過以基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器為主的控制電路板，進(jìn)而保證了參考信號和待測信號經(jīng)過完全相同的數(shù)據(jù)處理流程，避免了獨立器件構(gòu)成鎖相放大器解調(diào)時存在的器件誤差，具有配置簡單、可靠性高的優(yōu)點；本發(fā)明由于設(shè)置基于FPGA的數(shù)字鎖相放大器對微弱信號進(jìn)行提取檢測，實現(xiàn)了低濃度高精度的甲烷檢測。
3、本發(fā)明由于設(shè)置在第一近紅外探測器的探測端前端設(shè)置錐狀集光器，使得進(jìn)一步起到了聚集離軸光束的作用。4、本發(fā)明由于在參考?xì)馐疑显O(shè)置褶皺狀柔性薄膜，使得參考?xì)馐覂?nèi)標(biāo)準(zhǔn)濃度甲烷的氣壓和外界氣壓相同，進(jìn)而消除外界氣壓對甲烷吸收線性的影響。5、本發(fā)明由于設(shè)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(jié)構(gòu)整體的重量，又使得結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)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(shù)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的參考?xì)馐医Y(jié)構(gòu)不意圖；
[0019]圖4是圖3的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6是圖3的右視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明的工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]如圖1?2所示，本發(fā)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(dǎo)體激光器；控制裝置2設(shè)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(shè)置在殼體I內(nèi)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(huán)境6，經(jīng)待測環(huán)境6中的背景散射體7散射的測量光被設(shè)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(zhuǎn)換成待測信號發(fā)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(shè)置在殼體I內(nèi)部，用于將激光器3輸出的激光轉(zhuǎn)換成參考信號，并將參考信號發(fā)送至控制裝置2，控制裝置2將參考信號和待測信號進(jìn)行處理并顯示處理結(jié)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(zhǔn)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(shè)在殼體I前端，殼體I內(nèi)縱向固定設(shè)置反射鏡42，反射鏡42與透鏡41相對設(shè)置使得經(jīng)待測環(huán)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(shè)置光纖準(zhǔn)直鏡43，光纖準(zhǔn)直鏡43的頂部固定設(shè)置用于確定測量點的指示激光器44，光纖準(zhǔn)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(zhuǎn)化成待測信號發(fā)送到控制裝置2 ;參考裝置5包括一參考?xì)馐?1和一位于參考?xì)馐?1外部的第二近紅外探測器52 ;參考?xì)馐?1內(nèi)部設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)濃度的甲烷；激光器3輸出的激光經(jīng)參考光路光纖發(fā)射到參考?xì)馐?1內(nèi)，并穿過參考?xì)馐?1經(jīng)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(zhuǎn)化成參考信號發(fā)送到控制裝置2。
[0025]在一個優(yōu)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(nèi)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(shè)置在殼體I后端，且與控制電路板21連接，用