本實(shí)用新型屬于氣體非接觸檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種遙測(cè)氣體分析儀，特別是一種能夠識(shí)別油氣管線天然氣泄漏的濃度分布及位置的非接觸式無(wú)人機(jī)載遙測(cè)甲烷分析儀。

背景技術(shù)：

可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)是一種吸收光譜技術(shù)，通過(guò)分析測(cè)量光束被氣體的選擇吸收獲得氣體濃度，其激光源的線寬小于氣體單吸收譜線寬度，避免氣體交叉干擾。在采用TDLAS測(cè)量氣體的濃度時(shí)，將以電流按照一定頻率調(diào)制了波長(zhǎng)的入射激光導(dǎo)入裝有一種或多種要分析的目標(biāo)氣體的測(cè)量氣室中，并且利用氣體傳感測(cè)量裝置的光電傳感裝置檢測(cè)已通過(guò)該氣體并返回的透射激光的光功率。該待測(cè)氣體可以包含多種氣體成分，其中各種特定的氣體成分分別具有特定波長(zhǎng)的吸收特性。因此，在將具有特定波長(zhǎng)的入射激光導(dǎo)入待測(cè)氣體時(shí)，入射激光在該待測(cè)氣體的目標(biāo)氣體成分的特定頻率附近被強(qiáng)烈吸收。獲取入射激光被目標(biāo)氣體成分吸收的強(qiáng)度，并參照入射激光的強(qiáng)度，可以反演計(jì)算出待測(cè)氣體中目標(biāo)氣體成分的濃度。

TDLAS技術(shù)可以分為直接吸收光譜技術(shù)和調(diào)制光譜技術(shù)(Wavelength Modulation Spectroscopy，WMS)，相對(duì)于直接吸收光譜技術(shù)來(lái)說(shuō)，調(diào)制光譜技術(shù)能夠通過(guò)相位敏感的鎖相放大器有選擇性地檢測(cè)某個(gè)足夠高的頻率分量信號(hào)，從而有效抑制激光器和系統(tǒng)帶來(lái)的低頻背景和電子噪聲，實(shí)現(xiàn)高靈敏度的測(cè)量。WMS-TDLAS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于接觸式、抽取式氣體樣品池的氣體濃度檢測(cè)，但是其在非接觸式遙測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用方向還存在著測(cè)量氣體濃度準(zhǔn)確性、測(cè)量重復(fù)性和環(huán)境適應(yīng)性等問(wèn)題。

激光雷達(dá)是一種很好的遙測(cè)遙感工具，由于它以激光器為輻射源，激光具有高準(zhǔn)直性和高亮度性，所以它在測(cè)量精度、分辨率和抗干擾等方面都是普通雷達(dá)所無(wú)法比擬的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本實(shí)用新型提出一種遙測(cè)氣體分析儀，以在對(duì)大氣氣體進(jìn)行非接觸式遙測(cè)時(shí)，提高測(cè)量氣體濃度的精準(zhǔn)性和數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)性。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種遙測(cè)氣體分析儀，該分析儀包括鎖相電路板、半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板、單片機(jī)、半導(dǎo)體激光器和光學(xué)接收裝置；其中，鎖相電路板，與半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板、光學(xué)接收裝置和單片機(jī)相連，其用于驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板工作，將光學(xué)接收裝置發(fā)送的電信號(hào)解算為氣體濃度數(shù)據(jù)，以及將氣體濃度數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)；半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板，與半導(dǎo)體激光器相連，其用于為半導(dǎo)體激光器提供直流驅(qū)動(dòng)電流，使半導(dǎo)體激光器發(fā)光；半導(dǎo)體激光器，其用于向大氣發(fā)射激光；光學(xué)接收裝置，其用于接收大氣中反射的光信號(hào)，并在進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后將電信號(hào)發(fā)送至鎖相電路板；單片機(jī)，其用于將接收到的氣體濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與分析。

進(jìn)一步地，分析儀還包括電源和供電電源板；電源與供電電源板相連，其用于為供電電源板供電；供電電源板，與半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板、鎖相電路板和單片機(jī)相連，其用于為半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板、鎖相電路板和單片機(jī)供電。

進(jìn)一步地，供電電源板在將電源提供的電壓降壓后進(jìn)行供電。

進(jìn)一步地，鎖相電路板向半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板發(fā)出由重復(fù)頻率為20Hz的低重復(fù)頻率鋸齒波和81KHz的高頻正弦波疊加的電信號(hào)。

進(jìn)一步地，半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板上具有溫控裝置，其用于控制半導(dǎo)體激光器的工作溫度。

進(jìn)一步地，半導(dǎo)體激光器為分布反饋式半導(dǎo)體激光器。

進(jìn)一步地，半導(dǎo)體激光器包括光纖準(zhǔn)直器和光學(xué)調(diào)整架，光纖準(zhǔn)直器固定在光學(xué)調(diào)整架上，光纖準(zhǔn)直器用于準(zhǔn)直從尾纖出射的激光，光學(xué)調(diào)整架用于調(diào)整發(fā)射到大氣中的激光光路。

進(jìn)一步地，光學(xué)接收裝置包括卡式接收系統(tǒng)和光電探測(cè)器，卡式接收系統(tǒng)與光電探測(cè)器相連。

進(jìn)一步地，光學(xué)接收裝置還包括GPS裝置，GPS裝置用于記錄與氣體濃度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間和位置信息，并將信息發(fā)送至單片機(jī)。

進(jìn)一步地，單片機(jī)具有SD卡，將氣體濃度數(shù)據(jù)和信息存儲(chǔ)在SD卡中。

(三)有益效果

本實(shí)用新型是把激光雷達(dá)和WMS-TDLAS技術(shù)相結(jié)合的遙測(cè)氣體分析儀，不僅能夠解決測(cè)量氣體濃度的精準(zhǔn)性和數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)性問(wèn)題，還可以應(yīng)用在無(wú)人機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行油氣管道巡線監(jiān)測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式中遙測(cè)氣體分析儀使用示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，在本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式中，提出一種遙測(cè)氣體分析儀，該分析儀包括電源、供電電源板、鎖相電路板、半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板、單片機(jī)、半導(dǎo)體激光器和光學(xué)接收裝置。

其中，電源為電壓22.8V的移動(dòng)電源，與供電電源板相連，為供電電源板供電。

供電電源板與半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板、鎖相電路板和單片機(jī)相連，在將電源提供的電壓降壓后，為半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板、鎖相電路板和單片機(jī)供電。

鎖相電路板與半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板、光學(xué)接收裝置和單片機(jī)相連，向半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板發(fā)出由重復(fù)頻率為20Hz的低重復(fù)頻率鋸齒波和81KHz的高頻正弦波疊加的電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板工作；同時(shí)能夠?qū)⒐鈱W(xué)接收裝置發(fā)送的電信號(hào)解算為氣體濃度數(shù)據(jù)，并將氣體濃度數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)。

半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板與半導(dǎo)體激光器相連，為半導(dǎo)體激光器提供直流驅(qū)動(dòng)電流，使半導(dǎo)體激光器發(fā)光。同時(shí)，半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電路板上具有溫控裝置，以控制半導(dǎo)體激光器的工作溫度。

半導(dǎo)體激光器1為分布反饋式半導(dǎo)體激光器，用于向大氣發(fā)射激光，包括光纖準(zhǔn)直器和光學(xué)調(diào)整架，光纖準(zhǔn)直器固定在光學(xué)調(diào)整架上，光纖準(zhǔn)直器用于準(zhǔn)直從尾纖出射的激光，光學(xué)調(diào)整架用于調(diào)整發(fā)射到大氣中的激光光路。

光學(xué)接收裝置包括卡式接收系統(tǒng)2和光電探測(cè)器3，卡式接收系統(tǒng)2接收大氣中反射的攜帶氣體吸收峰的光信號(hào)，并通過(guò)目鏡4發(fā)送至光電探測(cè)器3，光電探測(cè)器3將接收到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并發(fā)送至鎖相電路板。同時(shí)，光學(xué)接收裝置還包括GPS裝置，用于記錄與氣體濃度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間和位置信息，并將信息發(fā)送至單片機(jī)。

單片機(jī)具有SD卡，將接收到的氣體濃度數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間和位置信息存儲(chǔ)在SD卡中并進(jìn)行分析。

本實(shí)用新型的遙測(cè)氣體分析儀能夠作為非接觸式無(wú)人機(jī)載遙測(cè)甲烷分析儀，識(shí)別油氣管線天然氣泄漏的濃度分布及位置信息。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。