[发明专利]一种甲烷遥测装置及方法

说明书

本发明公开了一种甲烷遥测装置及方法，装置包括激光器，用于向待测区域发射激光；数据处理计算机，用于控制激光驱动电路，调整激光器发射激光的波长，实现甲烷遥测装置工作状态的改变；工作状态包含：工作状态一，激光波长设定为甲烷气体位于近红外的一个吸收峰上；工作状态二，激光波长设定为不包含于甲烷气体近红外吸收波长范围；工作状态三，激光器不发出激光；近红外相机，用以采集甲烷遥测装置不同工作状态下待测区域数字图像；数据处理计算机，用于根据拍摄的工作状态一和二数字图像灰度变化判断是否有甲烷泄漏，若有泄漏，则根据Beer‑Lambert定律计算得到甲烷浓度。本发明能够实现甲烷气体清晰成像与浓度测量。

技术领域

本发明涉及甲烷检测，具体涉及一种甲烷遥测装置及方法。

背景技术

甲烷无色无味，泄露时难以察觉，易引发火灾、爆炸等安全事故。气体遥测可远距离确定气体泄漏情况，是检测甲烷泄露的有效手段。目前，甲烷泄露多用红外热像仪进行检测，红外热像仪接收背景辐射后成像。由于气体特征峰的存在，导致气体云团与周围环境在温度上存在微小差异，这种差异表现在图像中就是云团形状的突变区域。存在的技术问题在于：(1)由于其是根据气体和背景环境的温差进行成像，当温差较小时，会导致红外图像对比度低，分辨细节能力差；(2)红外热像仪无法测得目标气体的浓度。

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)基于红外吸收光谱气体吸收特性，通过改变可调谐半导体激光器的温度使激光波长与气体近红外吸收波长相对应，并由Beer-Lambert定律，定性定量地对气体浓度进行测量。但目前基于TDLAS技术的气体遥测装置只能实现单点的气体浓度测量，无法准确定位到泄漏源，在实际应用场景中，由于现场环境的影响，可能会发生误报现象；并且TDLAS只能实现浓度测量，无法实现成像。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种可实现甲烷气体清晰成像及浓度测量的甲烷遥测装置，本发明的第二目的是相应提出一种甲烷遥测方法。

技术方案：本发明所述的甲烷遥测装置，包括：

激光器，其上连接有激光驱动电路，用于向待测区域发射激光；

数据处理计算机，与激光驱动电路相连，用于调整激光器发射激光的波长，实现所述甲烷遥测装置工作状态的改变；工作状态包含三种：工作状态一，激光波长设定为甲烷气体位于近红外的一个吸收峰上；工作状态二，激光波长设定为不包含于甲烷气体近红外吸收波长范围；工作状态三，激光器不发出激光；

近红外相机，用以采集甲烷遥测装置不同工作状态下待测区域数字图像；

数据处理计算机还与近红外相机相连，用于根据近红外相机拍摄的工作状态一和二数字图像灰度变化判断是否有甲烷泄漏，若有泄漏，则结合近红外相机拍摄的工作状态三数字图像灰度差值，计算得到甲烷浓度。

其中，激光器和近红外相机固定设置，保证图像采集时相对位置不发生变动。

激光器前端设置透镜，通过透镜可发散激光光束的直径，使得发散后的激光光斑直径随距离的增加而增大。激光器在波长调整后，光斑大小和形状保持不变。

就近红外相机而言，其响应曲线包含激光器输出的激光波长和甲烷近红外吸收波长；近红外相机传感器是线性的，即数字信号随接收到的光子数量线性增加；近红外相机接收不同波长的光产生的效应可线性叠加，一个像素所收集的光子数量取决于辐照度和曝光时间的乘积；并且，输出图像的灰度值未经过非线性映射。

本发明还保护一种甲烷遥测方法，采用上述的甲烷遥测装置，包括如下步骤：

(1)工作状态一，激光波长设定为甲烷气体位于近红外的一个吸收峰上，激光经过待测气体后，若待测气体中有甲烷气体，则激光被部分吸收变为第一光线，第一光线经过背景的反射后，反射光线经过待测气体被部分吸收变为第二光线，近红外相机接收第二光线，将光子转换为相应数量的电子后经模数转换为数字信号形成数字图像，由数据处理计算机记录；