[发明专利]气体检测装置和方法

说明书

一种识别诸如甲烷之类的第一气体在样本内的存在的方法，所述第一气体例如包含天然气。提供检测器，所述检测器具有响应于第一波长的传感器、响应于第二波长的传感器和用于收集参考读数的传感器。分析气体样本，以获得与所述第一波长相对应的第一吸收读数、与所述第二波长相对应的第二吸收读数、以及参考读数。使用所述第一吸收读数和所述参考读数来计算第一吸收数字，并使用所述第二吸收读数和所述参考读数来计算第二吸收数字。将线性化器函数应用于所述第一和第二吸收数字中的每一个，以计算第一和第二浓度数字。校准针对每一个波长的传感器，以用于检测所述第一气体，使得当仅所述第一气体存在于样本中时，在每一个波长处收集的数据给出相同读数。然后计算所述第一浓度数字与所述第二浓度数字的比率，并使用所述比率以识别是否仅所述第一气体存在于所述样本中。

本发明涉及气体检测装置，并且更具体地涉及用于在不同类型的气体之间进行区分的装置。

本领域中已知用于检测气体在环境内的存在且还用于辨别气体混合物的成分的装置和方法。许多这种过程和设备是基于实验室的，但在许多应用中，与收集气体样本并将其发送到实验室以用于分析相关联的延迟是不期望或不可接受的。例如，涉及天然气的分发的煤气公用事业必须对来自气体供给线的气体泄漏的任何报告迅速行动。大多数气体分发管道工作是地下的，并且因此，存在与挖掘管道工程相关联的显著成本，管道工程可以处于道路等下方。然而，可能有下述情况：已报告的气体事实上不从管线泄漏而是从某其他源泄漏。天然气是诸如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等之类的烃的混合物。然而，基本检测器还将对诸如垃圾填埋气体之类的气体的其他源作出响应，该气体主要是甲烷。然后为了避免不必要的挖掘，存在针对用于在挖之前在不同类型的气体之间进行区分的系统的需要。

如上面已经提及的那样，基于实验室的设备是本领域中已知的，其可以分析气体样本并在不同气体类型之间进行区分/识别成分。然而，收集样本并进行发送以用于实验室分析将引起显著延迟，且取决于泄漏的严重性，可能不是选择。

一种已知的解决方案是在便携式气体检测仪器中提供微型气相色谱仪。该仪器收集气体的样本，并在若干分钟的时段内提供气体的组成成分的指示。

本领域中已知的另一方案已经是使用基于激光器的检测器。尽管这些非常有效地工作，但它们过度昂贵。

US-A-4958076公开了一种选择性气体检测装置，其可以用于确定气体样本中烃类气体的浓度和类型。它通过使用至少两个红外辐射吸收通道来这样做，每一个红外辐射吸收通道对不同的波长（特别地，3.2微米和3.4微米）作出响应。红外吸收通道通过测量由气体样本在特定波长处吸收的红外辐射的量来工作。来自每一个通道的数据将独立地给出其被调谐到的特定烃的浓度的指示，但其也对其他烃敏感。在US’076中，来自每一个通道的吸收数据用于计算针对每一个通道的吸收度数字，并且，然后使用针对两个通道的吸收度数字之比以推断所存在的烃的类型。为了最小化被调谐到相同波长的不同传感器的输出中的方差的影响，US’076进一步提出取成对通道的输出的比率的对数，这是由于这将减小任何这种方差的影响。这在使用US’076中教导的类型的模拟系统时是可接受的方案，但关于现在更普遍利用的更准确的数字系统而言更不可接受。

相应地，存在针对下述改进气体检测系统的需要：其能够提供与样本中存在的气体的识别有关的更准确信息以及与该气体的浓度有关的信息二者。本发明的进一步目的是提供这样的系统，其减小成分的变化对测量读数的影响。更进一步的需要是：这种系统应当可在便携式装置中实现，以便使得能够在所怀疑的气体泄漏的现场处实施快速分析。