[发明专利]多激光气体探测装置

说明书

本发明提供了多激光气体探测装置，包括至少两个激光光源，激光光源可包括用于检测区域中气体吸收的激光器，用于激发该区域中气体发光的激光器，以及用于检测光程长度的激光器。通过确定该区域中的气体吸收或发射光谱来检测气体泄漏。基于发射和反射光束的相对幅度差确定吸收强度，基于吸收激光后的自发辐射量确定发射强度，通过计算光束的飞行时间或者相位差以确定光程，检测系统使用确定的吸收和路径长度计算区域中的气体浓度。检测系统还可以生成表示该区域中的气体泄漏的图像。

技术领域

本发明属于光学气体检测技术领域，尤其是涉及多激光气体探测装置。

背景技术

现有的气体光学检测技术中：红外视频检测因为是被动式光学系统，依靠背景阳光被吸收的强度来区别，依赖日照，图像对比度差，且很难排他性识别目标气体。非色散红外光谱因为没有波长选择性，气体种类识别的能力较低，任意多种气体不一定都能覆盖，且不能获得绝对浓度。

单激光半导体激光器不能满足很多应用场景中多种气体的同时检测，尤其是某些相关气体的交叉检测，或者多个激光器只是简单的将多个检测装置组合在一起，检测不同气体浓度完全是独立的两套光路和探测器。还有非固定反射面场景下测到的浓度厚度不能换算成绝对浓度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种多激光气体探测装置，以使用多个激光光束来远程检测目标中的气体泄漏。

本方案的核心思想是：使用激光光源照射目标区域并测量目标区域中对象散射和/或反射和/或发射的光能，因为具有特定波长的光在穿过目标气体时被气体分子吸收，而同时气体分子在被激发之后衰减下来的时候发射具有另一特定波长的光，所以通过分析接收到的光可以检测气体中感兴趣的物质组成和浓度。使用多个激光光束来远程检测目标中的气体泄漏。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种多激光气体探测装置，包括：

至少两个主激光源，分别发射具有一定波长的光束；

光检测器，包括一个探测器和一套光路装置，用于收集主激光源发射光束后被反射后的反射光束并转化为电信号；

控制器，用于控制主激光源发射激光的参数特征；

分析器，采用时分复用方法或者调制锁相方法对光检测器输出的电信号进行检测分析，得到每个主激光器发射光束的吸收率。

进一步的，所述控制器以不同的频率调制不同的光束，选择调制频率使得每个调制信号的谐波不重叠；分析器将不同的调制频率作为参考频率用锁相方法获得在该调制频率下获得的电信号。

进一步的，所述控制器控制多个主激光源以不同的光束宽度和延迟进行发射，光检测器收集反射光束并转化为电信号，分析器对电信号进行解复用，每个解复用的电信号通过控制器的触发同步可以与单个光束相关联得到该光束对应的吸收率。

进一步的，还包括测距激光源和测距光检测器，控制器控制测距激光源发射具有第二波长的第二光束，所述第二波长的波长选择需要避开可能存在的气体的吸收；

测距光检测器收集第二光束的第二反射光束，分析器通过发射的第二光束和第二反射光束来计算光束的光程；分析器根据得到的吸收率和光程来计算待检测气体的浓度，根据以下等式：

A＝ε·L·C

其中，A是吸收率，ε是该物质的摩尔吸收率，L是光束穿过区域400时的光程，C是物质的浓度。

第二方面，本发明提供另一种多激光气体探测装置，包括：

至少一个主激光源，发射具有一定波长的光束；

光检测器，包括一个探测器和一套光路装置，用于收集主激光源发射光束后被反射后的反射光束并转化为电信号；