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1、(10)申请公布号 CN 103884678 A (43)申请公布日 2014.06.25 CN 103884678 A (21)申请号 201410151305.2 (22)申请日 2014.04.16 G01N 21/39(2006.01) (71)申请人 北京航星网讯技术股份有限公司 地址 100190 北京市海淀区中关村南 2 街 7 号办公楼 101 室 (72)发明人 张扬 黄天顺 李凤捷 娄锐 胡馨月 石雯 (54) 发明名称 一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置 (57) 摘要 本发明提供一种自动巡航式激光甲烷气体浓 度监测装置， 包括 ： 激光反射板、 传感器探头、 设 置。
2、在安全控制中心室的激光检测主机、 监控上位 机、 智能自动巡航的云台以及云台控制服务器， 激 光反射板安装在可能发生甲烷气体泄漏的重点检 查区域上 ； 传感器探头架设在智能自动巡航的云 台上 ； 传感器探头均安装在气站、 检验站、 气罐站 等工作区上 ； 传感器探头通过光缆连接设置在安 全控制中心室的激光检测主机。本发明具有安全 性高， 部署简便， 自动监测多个重点区域的特点， 普遍适用于石油、 化工、 煤炭、 能源运输等行业。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图。
3、2页 (10)申请公布号 CN 103884678 A CN 103884678 A 1/1 页 2 1. 一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 包括 ： 激光反射板、 传感器探头、 设置 在安全控制中心室的激光检测主机、 监控上位机、 智能自动巡航的云台以及云台控制服务 器， 激光反射板安装在可能发生甲烷气体泄漏的重点检查区域上 ； 传感器探头架设在智能自动巡航的云台上 ； 传感器探头均安装在气站、 检验站、 气罐站等工作区上。 2. 根据权利要求 1 所述的一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 其特征在于， 探头传感器通过光缆连接设置在安全控制中心室的激光检测主机， 光缆传输光信号。
4、距离可 达十公里 ； 检测主机通过网线连接设置在安全区的监控上位机的网口。 3. 根据权利要求 1 所述的一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 其特征在于， 激光甲烷传感器探头输出激光信号通过激光反射板反射光信号 ； 激光甲烷传感器探头接收 激光反射板反射的激光信号。 4. 根据权利要求 1 所述的一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 其特征在于， 智能自动巡航的云台通过电线连接设置在安全区的云台控制服务器。 5. 根据权利要求 1 所述的一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 其应用特征在 于， 包括 ： 激发激光信号， 将激光信号对准反射板 ； 智能自动巡航的云台， 其中云台由云。
5、台控制服务器控制巡航轨迹和各巡航轨迹的调用 时间， 巡航轨迹包括预置甲烷气体泄漏检测点和默认云台预置点， 云台控制服务器根据调 用时间确定云台需要执行的巡航轨迹， 并通知云台转动到需要执行的巡航轨迹中设定的云 台预置点 ； 发射激发激光光束， 其中， 激发激光光束的光路经过可能发生甲烷气体泄漏的重点检 查区域上的反射板 ； 反射经过甲烷泄漏检测区的激光光束 ； 接收经过甲烷泄漏检测区的反射激光光束， 得到目标激光信号 ； 分析目标激光信号的光谱， 根据目标激光信号的光谱变化上位机显示模块显示出甲烷 的浓度值， 判定甲烷泄漏检测区是否有甲烷泄漏， 并在判定有甲烷泄漏的情况下由上位机 报警模块发出。
6、报警信号。 权 利 要 求 书 CN 103884678 A 2 1/4 页 3 一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置 技术领域 0001 本发明涉及气体检测技术领域， 尤其是一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装 置。 背景技术 0002 目前， 石油化工瓦斯作为工作区的重大隐患， 工作区域需要对可燃气体采用一种 可靠、 稳定的方法对其浓度进行实时检测， 监测其不超过临界值， 以保证日常安全生产。由 于甲烷在空气中含量超过 5.3， 遇火就会发生爆炸， 所以又是一种易爆气体， 因此， 在可燃 气体安全生产治理中， 瓦斯治理成为治理的核心， 对瓦斯浓度进行检测是有效预防工作区 域瓦斯事故的关键。
7、所在。 0003 常用的可燃气体探测器主要分为手持式探测器， 单点式探测器， 多点式探测器。 手 持式探测器主要应用于进行日常安全生产维护、 维修工作。单点式探测器主要应用于单一 区域的监测， 多用于家庭。 多点式主要用于大区域的监测， 在工业生产或大面积的民用建筑 中使用。但是当检测区域面积很大时， 多点式探测器由于对每一个检测点安装检测器件时 都需要单独布线， 使安装布线的工作量和材料消耗量随检测点的增加而急剧增大， 并且调 试工作非常繁琐。 标准反射板也可称为标准目标板(Diffuse Reflectance Standards)， 包 括标准反射率白板 ； 各种反射率的标准灰度板 ； 。
8、不同颜色的标准色板 ； 波长较准用的波长 较准反射板 ； 红外 700nm-20um 的红外用标镀金标准反射板 ； 不同激发波长下的荧光标准 板。本发明选用镀金红外反射目标板简称激光反射板， 高漫反射率最高可达 99%， 良好的耐 久性、 防水性、 耐腐蚀， 广泛用于航天及激光应用、 不易脱落， 使用寿命长、 无味， 无毒、 高稳 定性， 耐高低温， 耐辐射， 经受各种试验条件测试。 0004 目前云台自动巡航功能普遍应用于视频监控系统， 本发明首次将云台自动巡航功 能应用于气体检测技术领域， 综合上述遇到的问题， 将传感器探头架设在智能自动巡航的 云台上， 即事先设定一条甲烷气体泄漏检测点转。
9、动轨迹， 使云台按此轨迹循环转动。 0005 诸如上述的甲烷气体或可燃气体其他大型应用场所， 均出现上述安全类问题。因 此， 利用激光传感器探头， 架设在智能自动巡航的云台上， 在控制云台的控制下， 实现定时、 周期性的自动检测固定目标和非固定目标区域的甲烷气体泄漏的功能， 重点检测区域， 各 重点泄漏检测点上挂置激光反射板， 以利于获取更好的检测效果。如何在甲烷气体检测时 最初阶段被发现， 能够安全、 高效直接判断大型应用场所中甲烷气体的泄漏范围， 已经成为 亟需解决的问题。 发明内容 0006 （一） 要解决的技术问题 本发明的目的是， 提供一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 将反射。
10、板预先安 装固定在可能发生甲烷气体泄漏的区域， 能够实现对可能发生甲烷气体泄漏区域的探测， 激光传感器探头架设在智能自动巡航的云台上， 在控制云台的控制下， 控制巡航轨迹和各 说 明 书 CN 103884678 A 3 2/4 页 4 巡航轨迹的调用时间， 实现定时、 周期性的自动检测固定目标和非固定目标区域的甲烷气 体泄漏的功能， 重点检测区域， 各重点泄漏检测点上挂置激光反射板， 利于接收激光反射板 的反射光源， 便于查找气体泄漏点， 不会产生由于错过泄漏点导致的爆炸等危险， 最大限度 的减少了安全隐患节点， 同时能够快速实现对甲烷泄漏范围的判断， 并显示于监测上位机 系统， 适应石油生。
11、产现场无人值守的要求。 （二） 技术方案 为解决上述技术问题， 本发明提供一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 包括 ： 激光反射板、 传感器探头、 设置在安全控制中心室的激光检测主机、 监控上位机、 智能自动 巡航的云台以及云台控制服务器， 激光反射板安装在可能发生甲烷气体泄漏的重点检查区 域上。 0007 传感器探头架设在智能自动巡航的云台上 ； 传感器探头均安装在气站、 检验站、 气 罐站等工作区上。 0008 传感器探头分别通过光缆连接设置在安全控制中心室的激光检测主机 ； 光缆传输 光信号距离可达十公里。 0009 检测主机通过网线连接设置在安全区的监控上位机的网口。 0010 。
12、激光甲烷传感器探头输出激光信号通过激光反射板反射光信号 ； 激光甲烷传感器 探头接收激光反射板反射的激光信号。 0011 智能自动巡航的云台通过电线连接设置在安全区的云台控制服务器。 0012 为解决上述技术问题， 本发明提供的另一种技术方案是 ： 提供一种自动巡航式激 光甲烷气体浓度监测方法， 包括 ： 激发激光信号， 将激光信号对准反射板 ； 智能自动巡航的云台， 其中云台由云台控制服务器控制巡航轨迹和各巡航轨迹的调用 时间， 巡航轨迹包括预置甲烷气体泄漏检测点和默认云台预置点， 云台控制服务器根据调 用时间确定云台需要执行的巡航轨迹， 并通知云台转动到需要执行的巡航轨迹中设定的云 台预置。
13、点 ； 发射激发激光光束， 其中， 激发激光光束的光路经过可能发生甲烷气体泄漏的重点检 查区域上的反射板 ； 反射经过甲烷泄漏检测区的激光光束 ； 接收经过甲烷泄漏检测区的反射激光光束， 得到目标激光信号 ； 分析目标激光信号的光谱， 根据目标激光信号的光谱变化上位机显示模块显示出甲烷 的浓度值， 判定甲烷泄漏检测区是否有甲烷泄漏， 并在判定有甲烷泄漏的情况下由上位机 报警模块发出报警信号。 0013 （三） 有益效果 区别于背景技术， 本发明提供一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 设置了传 感器探头架设在智能自动巡航的云台上， 将激光反射板预先安装固定在可能发生甲烷气体 泄漏的区域， 。
14、利于云台控制服务器控制巡航轨迹和各巡航轨迹的调用时间， 接收激光反射 板的反射光源， 检测点多， 调试方便， 成本低， 效率高。本发明通过无源传感器探头和检测 主机光纤连接传输光信号， 使得感知速度 1-2s、 寿命长、 标定周期长， 光纤连接最大距离可 达十公里。传感器探头通过光缆连接设置在安全区内激发激光信号的检测主机， 且激光光 说 明 书 CN 103884678 A 4 3/4 页 5 柱是无源探测体， 实现定时、 周期性的自动检测固定目标和非固定目标区域的甲烷气体泄 漏的功能， 重点检测区域， 各重点泄漏检测点上挂置激光反射板， 以利于获取更好的检测效 果。完全符合石油气站、 检验。
15、站或气罐站应用中检测的需求。 附图说明 0014 图 1 是本发明的结构示意图 ； 图 2 是本发明的空间示意图 ； 图 3 是本发明的流程示意图。 具体实施方式 0015 为使本发明的目的、 内容和优点更加清楚， 下面结合附图和实施例， 对本发明的具 体实施方式作进一步详细描述。 以下实施例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。 请参阅图 1 及图 2， 本实施方式提供了一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 包括 ： 激光反射板9、 传感器探头1、 设置在安全控制中心室的激光检测主机3、 监控上位机4、 智能 自动巡航的云台2以及云台控制服务器5， 激光反射板8安装在可能发生甲烷气。
16、体泄漏的重 点检查区域 11 上。传感器探头 1 架设在智能自动巡航的云台 2上 ； 传感器探头 1 均安装在 气站、 检验站、 气罐站等工作区上。探头传感器 1 通过光缆 6 连接设置在安全控制中心室的 激光检测主机 3。光缆 6 传输光信号距离可达十公里。检测主机 3 通过网线 8 连接设置在 安全区的监控上位机 4 的网口。激光甲烷传感器探头 1 输出激光信号通过激光反射板 9 反 射光信号。激光甲烷传感器 1 探头接收激光反射板 9 反射的激光信号。智能自动巡航的云 台 2 通过电线 7 连接设置在安全区的云台控制服务器 5。 0016 更为优选的， 请参阅图 2， 为了能进一步在空间。
17、上确定可燃气泄漏的位置范围， 传 感器探头1架设在智能自动巡航的云台2上， 油田工作区气站、 检验站或气罐站作业采油区 上均可安装传感器探头 1， 激光反射板 9 包括泄漏检测区 11 设置的第一激光反射板 9、 第二 激光反射板 10 等。 0017 请参阅图 3， 本实施方式提供一种自动巡航式激光甲烷气体浓度监测装置， 该方法 起始于步骤 S401， 检测主机发射激光信号， 光谱信息获取， 将激光信号激发， 光路控制激光 光束， 激光信号对准反射板。 0018 步骤 S402， 智能自动巡航的云台， 其中云台由云台控制服务器控制巡航轨迹和各 巡航轨迹的调用时间， 巡航轨迹包括预置甲烷气体泄。
18、漏检测点和默认云台预置点， 云台控 制服务器根据调用时间确定云台需要执行的巡航轨迹， 并通知云台转动到需要执行的巡航 轨迹中设定的云台预置点 ； 步骤 S403， 发射激发激光光束， 其中， 激光光束的光路经过光缆传输， 到传感器探头 ； 步骤 S404， 激发激光光束的光路经过可能发生甲烷气体泄漏的重点检查区域上的反射 板 ； 步骤S405， 接收经过可燃气体检测区的激光光束， 得到目标激光信号。 探头上准直器件 将探测到的浓度激光信号通过光纤法兰接口接入光缆传回检测主机。 0019 步骤 S406， 检测主机用 TDLAS 技术 （TDLAS 是 Tunable Diode Laser A。
19、bsorption Spectroscopy 的简称。中文翻译 ： 可调谐半导体激光吸收光谱） 分析接收到的光信号的光 说 明 书 CN 103884678 A 5 4/4 页 6 谱变化， 分析目标激光信号的光谱， 根据目标激光信号的光谱变化判定可燃气体检测区是 否有甲烷气体泄漏， 并在判定有可燃气体泄漏的情况下根据相应传感器探头确定可燃气体 泄漏的位置范围。 0020 具体的， 甲烷浓度超出报警值时， 检测主机和监控上位机发出报警信号， 显示控制 将浓度显示于检测主机和监控上位机显示屏。工作人员依据报警信号采取安全措施。 0021 在本实施方式中， 激光传感器探头架设在智能自动巡航的云台上。
20、， 在控制云台的 控制下， 控制巡航轨迹和各巡航轨迹的调用时间， 实现定时、 周期性的自动检测固定目标和 非固定目标区域的甲烷气体泄漏的功能， 重点检测区域， 各重点泄漏检测点上挂置激光反 射板， 利于接收激光反射板的反射光源， 便于查找气体泄漏点， 测试距离也均在十公里左 右。完全符合油田作业区应用中检测的需求， 能够解决背景技术中提到的问题。本领技术 人员应该理解的是， 其他类似的大型场所的甲烷气体检测均可应用本发明的技术方案， 还 可以广泛的应用在厂矿企业、 大型油田油库等需要重点加强监控、 防范等所有室内外环境。 当然对于其他需要监测的气体如 CO， SO2等， 也可根据本发明的思想进行变换， 属于本发明 的保护范围。 0022 以上仅为本发明的实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发明说 明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换， 或直接或间接运用在其他相关的技术领 域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。 说 明 书 CN 103884678 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103884678 A 7 2/2 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103884678 A 8 。