便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置及其鑒別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置，屬于氣體檢測領(lǐng)域，該裝置包括一個凈化器，所述凈化器通過色譜柱并經(jīng)過脈沖泵與氣室相連，所述氣室兩側(cè)分別設(shè)有紅外光源和探測器，所述探測器通過數(shù)據(jù)線并經(jīng)過放大器與單片機(jī)輸入端相連，所述單片機(jī)與脈沖泵相連，在所述單片機(jī)通過電源線并經(jīng)過調(diào)制電器與紅外光源相連，所述單片機(jī)還連接有LCD顯示器和聲光報警器；本發(fā)明還公開了一種天然氣、沼氣的鑒別方法，該方法采用色譜分離結(jié)合可燃?xì)怏w光學(xué)檢測法測量甲烷、乙烷來區(qū)分沼氣和天然氣，用脈沖紅外光源發(fā)出紅外線通過氣室，照射在熱電堆紅外氣體探測器上，并將光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。本發(fā)明采用了氣相色譜分離結(jié)合氣體紅外吸收檢測技術(shù)相結(jié)合，無需攜帶氣體，使得儀器測量攜帶方便、準(zhǔn)確、響應(yīng)速度快、成本低。
【專利說明】便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置及其鑒別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然氣管道泄漏探測裝置及其探測方法，具體涉及便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置及其鑒別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣作為清潔、方便的環(huán)保能源已經(jīng)普遍的進(jìn)入我們的日常生活，近年來雖然城市燃?xì)夤芫W(wǎng)不斷發(fā)展、完善，但是全國每年因燃?xì)庑孤┒l(fā)生爆炸的事故頻頻發(fā)生，給國家和人民造成重大損失，因此燃?xì)庑孤┰絹碓绞艿綇V泛的關(guān)注。
[0003]城市燃?xì)夤艿烙泻艽蟛糠职惭b在下水道、自來水井、電力暗溝、電信管道井等，這些暗溝、窨井常常因雜物長時間沉淀發(fā)酵而聚集有不同濃度的沼氣，給檢測帶來很大的干擾，因此在燃?xì)鈸岆U維護(hù)工作中，困擾維護(hù)搶修人員的主要問題就是如何快速準(zhǔn)確地區(qū)分沼氣與天然氣。天然氣和沼氣的區(qū)別在于天然氣中有乙烷，而沼氣中不存在乙烷。當(dāng)測出燃?xì)鈽悠分泻幸彝槌煞謺r，可以確定是輸氣管線泄漏逸出的氣體。如果沒有檢測出乙烷成分的存在，可以確定是地下沼氣。目前用于鑒別天然氣和沼氣的儀器主要是可燃?xì)怏w色譜分離法:在進(jìn)行測試時，將混有待測氣體的空氣吸入通過一個分離柱，由于混合氣體的成分不同，在色譜分離柱中停留時間長短不一樣，比重小的優(yōu)先于比重大的氣體先分離出色譜柱。火焰電離傳感器置于測量室。從測試開始，到混合氣體的不同組分，先后離開測量室，就可以知道混合氣體里各種組分的名稱。這項技術(shù)的缺陷是需要配備氫氣，儀器的體積和方便性都受到限制。為了解決這方面的不足，本發(fā)明采用色譜分離結(jié)合氣體紅外光學(xué)檢測技術(shù)測量甲烷、乙烷來區(qū)分沼氣和天然氣，這樣可以避免使用氫氣等消耗性器材，使得儀器攜帶更加方便、維護(hù)成本低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述【背景技術(shù)】問題，本發(fā)明提供一種攜帶方便、準(zhǔn)確、響應(yīng)速度快、維護(hù)成本低的便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置及其鑒別方法。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)，
[0006]一種便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置，其特征在于:該裝置包括一個凈化器，所述凈化器通過色譜柱并經(jīng)過脈沖泵與氣室相連，所述氣室兩側(cè)分別設(shè)有紅外光源和探測器，所述探測器通過數(shù)據(jù)線并經(jīng)過放大器與單片機(jī)輸入端相連，所述單片機(jī)與脈沖泵相連，并給脈沖泵一個周期的方波信號來控制脈沖泵間歇的工作，在所述單片機(jī)通過電源線并經(jīng)過調(diào)制電器與紅外光源相連，所述單片機(jī)還連接有LCD顯示器和聲光報警器。
[0007]所述色譜柱為內(nèi)直徑3mm，長度為lm，容量為0.007065L的不銹鋼氣固色譜填充柱。
[0008]所述探測器為熱電堆紅外氣體探測器或熱釋電紅外氣體探測器其中任意一種。
[0009]優(yōu)選所述的探測器為熱電堆紅外氣體探測器。
[0010]所述熱電堆紅外氣體探測器有兩個探測通道，一路用于探測CH烴類的氣體，另一路用于參考信號，所述兩路探測通道上分別設(shè)有濾光片。
[0011]上述部件除色譜柱和凈化器外，其它所有部件都集成在一個殼體內(nèi)。
[0012]一種天然氣、沼氣的鑒別方法，其特征在于:所述的鑒別方法采用色譜分離結(jié)合可燃?xì)怏w檢測法測量甲烷、乙烷來區(qū)分沼氣和天然氣，用脈沖紅外光源發(fā)出紅外線通過氣室，CH烴類氣體將吸收3.4 μ m特定波長的紅外光，熱電堆紅外氣體探測器將光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，其它的紅外吸收氣體的干擾被最小化，氣體分子擴(kuò)散進(jìn)入氣室，所述紅外光源發(fā)出的紅外光直接穿過氣室和氣體，照在熱電堆紅外氣體探測器上；
[0013]所述熱電堆紅外氣體探測器有兩個探測通道，所述兩個探測通道上分別裝有濾光片;
[0014]一路用于探測CH類氣體吸收，一路用于參考信號，只有CH烴類氣體分子能夠吸收3.4 μ m波長的光，光強(qiáng)衰減幅度與CH氣體濃度相關(guān)，高濃度的CH烴類氣體分子比低濃度的要吸收更多的紅外光，使得到達(dá)熱電堆紅外氣體探測器通道的光衰減更多，另外一路主要用于監(jiān)測光強(qiáng)起伏；
[0015]所述氣室的CH烴類氣體濃度為零時，熱電堆紅外氣體探測器探測到的光是強(qiáng)度的光；當(dāng)CH烴類氣體濃度增加時，到達(dá)熱電堆紅外氣體探測器的光強(qiáng)顯著的降低，紅外光強(qiáng)和CH烴類氣體濃度之間的關(guān)系是確定的，它可以用純氮氣以及不同濃度的甲烷和乙烷氣體來對儀器進(jìn)行定標(biāo)，獲得氣體濃度與甲烷、乙烷濃度的關(guān)系曲線；
[0016]所述探測器的光強(qiáng)用Beer-Lambert定律來描述:I = 10ekc
[0017]I表示照射到熱電堆紅外氣體探測器的光強(qiáng)度的測量信號，10表示OppmCH類氣體濃度時的測量信號，K表示一個系統(tǒng)常數(shù)，C表示CH類氣體的濃度；
[0018]在方波信號的一個周期內(nèi)，待測氣體分離的各組分全部通過氣室后，單片機(jī)采集整個周期內(nèi)的熱電堆紅外氣體探測器的信號后得到氣體色譜分離圖即稱測量結(jié)果，它由基線和一些峰值組成，不同位置的峰值代表了不同的氣體組分，峰值的高度與相應(yīng)氣體的濃度成比例；在一個色譜圖中有兩個峰時，說明該氣體中同時含有甲烷和乙烷成分，就可判斷測量的氣體是天然氣，而不是沼氣。如果色譜圖中只有一個峰存在，峰處于甲烷的特征位置，說明該測量的氣體不是天然氣管道泄漏，而是沼氣。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:采用了氣相色譜分離結(jié)合氣體紅外吸收檢測技術(shù)相結(jié)合，無需攜帶氣體，使得儀器測量攜帶方便、準(zhǔn)確、響應(yīng)速度快、成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明兩路探測通道示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明兩路探測通道的光譜圖；
[0023]圖4是本發(fā)明操作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0025]如圖1所示，一種便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置，該裝置包括一個凈化器1，凈化器I通過色譜柱2并經(jīng)過脈沖泵3與氣室4相連，氣室4兩側(cè)分別設(shè)有紅外光源5和探測器6，探測器6通過數(shù)據(jù)線并經(jīng)過放大器7與單片機(jī)8輸入端相連，單片機(jī)8與脈沖泵3相連，并給脈沖泵3 —個周期的方波信號來控制脈沖泵3間歇的工作，單片機(jī)8通過電源線并經(jīng)過調(diào)制電器9與紅外光源5相連，單片機(jī)8還連接有IXD顯示器10和聲光報警器11。
[0026]色譜柱2為內(nèi)直徑3mm，長度為lm，容量為0.007065L的不銹鋼氣固色譜填充柱。
[0027]探測器6為熱電堆紅外氣體探測器或熱釋電紅外氣體探測器其中任意一種。
[0028]優(yōu)選為熱電堆紅外氣體探測器。
[0029]如圖2所示，熱電堆紅外氣體探測器有兩個探測通道，一路用于探測CH烴類的氣體，另一路用于參考信號，所述兩路探測通道上分別設(shè)有濾光片。
[0030]上述部件除色譜柱2和凈化器I外，其它所有部件都集成在一個殼體13內(nèi)。
[0031]如圖3所示，一種天然氣、沼氣的鑒別方法，采用色譜分離結(jié)合可燃?xì)怏w檢測法測量甲烷、乙烷來區(qū)分沼氣和天然氣；用脈沖紅外光源發(fā)出紅外線通過氣室，CH烴類氣體將吸收3.4 μ m特定波長的紅外光，熱電堆紅外氣體探測器將光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，其它的紅外吸收氣體的干擾被最小化，氣體分子擴(kuò)散進(jìn)入氣室，所述紅外光源發(fā)出的紅外光直接穿過氣室和氣體，照在熱電堆紅外氣體探測器上；
[0032]熱電堆紅外氣體探測器有兩個探測通道，所述兩個探測通道上分別裝有濾光片；
[0033]一路用于探測CH類氣體吸收，一路用于參考信號，只有CH烴類氣體分子能夠吸收
3.4 μ m波長的光，光強(qiáng)衰減幅度與CH氣體濃度相關(guān)，高濃度的CH烴類氣體分子比低濃度的要吸收更多的紅外光，使得到達(dá)熱電堆紅外氣體探測器通道的光衰減更多，另外一路主要用于監(jiān)測光強(qiáng)起伏；
[0034]氣室內(nèi)的CH烴類氣體濃度為零時，熱電堆紅外氣體探測器探測到的光是強(qiáng)度的光；當(dāng)CH烴類氣體濃度增加時，到達(dá)熱電堆紅外氣體探測器的光強(qiáng)顯著的降低，紅外光強(qiáng)和CH烴類氣體濃度之間的關(guān)系是確定的，它可以用純氮氣以及不同濃度的甲烷和乙烷氣體來對儀器進(jìn)行定標(biāo)，獲得氣體濃度與甲烷、乙烷濃度的關(guān)系曲線；
[0035]熱電堆紅外氣體探測器的光強(qiáng)用Beer-Lambert定律來描述:I = 10ekc
[0036]I表示照射到熱電堆紅外氣體探測器的光強(qiáng)度的測量信號，10表示OppmCH類氣體濃度時的測量信號，K表示一個系統(tǒng)常數(shù)，C表示CH類氣體的濃度；
[0037]在方波信號的一個周期內(nèi)，待測氣體分離的各組分全部通過氣室后，單片機(jī)采集整個周期內(nèi)的熱電堆紅外氣體探測器的信號后得到氣體色譜分離圖即，它由基線和一些峰值組成，不同位置的峰值代表了不同的氣體組分，峰值的高度與相應(yīng)氣體的濃度成比例；在一個色譜圖中有兩個峰時，說明該氣體中同時含有甲烷和乙烷成分，就可判斷測量的氣體是天然氣，而不是沼氣。如果色譜圖中只有一個峰存在，峰處于甲烷的特征位置，說明該測量的氣體不是天然氣管道泄漏，而是沼氣。
[0038]如圖4所示，本發(fā)明的操作步驟:
[0039]①、將本發(fā)明的裝置通電后，單片機(jī)8進(jìn)入初始化；
[0040]②、啟動脈沖泵3、定時器和紅外光源5，將凈化器I對準(zhǔn)要檢測窨井蓋12位置，通過脈沖泵3將窨井蓋12外部的泄漏氣體經(jīng)過凈化器將氣體中的灰塵和固體顆粒物除去，再到達(dá)色譜柱2內(nèi)，最后進(jìn)入氣室4 ；
[0041]③、定時器判斷是否采樣結(jié)束，若沒結(jié)束，繼續(xù)上述②工作，結(jié)束，則單片機(jī)8會給脈沖3泵一個停止信號使脈沖泵3停止工作，此時采集的氣體正好全部通過色譜柱2進(jìn)入氣室4內(nèi)；
[0042]④、紅外光源5發(fā)出的光直接穿過氣室4以及氣室4內(nèi)的氣體并照射在探測器6上，探測器6將紅外光源5的光信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給放大器7，再經(jīng)過放大器7將探測器6的電信號轉(zhuǎn)換成模擬信號傳輸給單片機(jī)8，通過單片機(jī)8自身的A/D轉(zhuǎn)換器將放大器7的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行存儲；
[0043]⑤、在單片機(jī)8得到的信號中，如果只有一個吸收峰則判斷為沼氣，若有兩個或者更多的吸收部分則判斷為天然氣，根據(jù)吸收峰的強(qiáng)度計算出甲烷和乙烷的濃度值，計算結(jié)果由IXD顯示器10顯示；
[0044]⑥、當(dāng)⑤中的甲烷的濃度值沒有超過報警閾時，則聲光報警器11不報警，同時返回步驟2的操作，若超出報警值，則聲光報警器11報警，同時也會返回②的操作。
[0045]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明還要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置，其特征在于:該裝置包括一個凈化器，所述凈化器通過色譜柱并經(jīng)過脈沖泵與氣室相連，所述氣室兩側(cè)分別設(shè)有紅外光源和探測器，所述探測器通過數(shù)據(jù)線并經(jīng)過放大器與單片機(jī)輸入端相連，所述單片機(jī)與脈沖泵相連，并給脈沖泵一個周期的方波信號來控制脈沖泵間歇的工作，在所述單片機(jī)通過電源線并經(jīng)過調(diào)制電器與紅外光源相連，所述單片機(jī)還連接有LCD顯示器和聲光報警器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置，其特征在于:所述色譜柱為內(nèi)直徑3mm，長度為lm，容量為0.007065L的不銹鋼氣固色譜填充柱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置，其特征在于:所述探測器為熱電堆紅外氣體探測器或熱釋電紅外氣體探測器其中任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置，其特征在于:優(yōu)選所述的探測器為熱電堆紅外氣體探測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述一種便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置，其特征在于:所述熱電堆紅外氣體探測器有兩個探測通道，一路用于探測CH烴類的氣體，另一路用于參考信號，所述兩路探測通道上分別設(shè)有濾光片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便攜式天然氣、沼氣光學(xué)檢測裝置，其特征在于:上述部件除色譜柱和凈化器外，其它所有部件都集成在一個殼體內(nèi)。
7.一種天然氣、沼氣的鑒別方法，其特征在于:所述的鑒別方法采用色譜分離結(jié)合可燃?xì)怏w檢測法測量甲烷、乙烷來區(qū)分沼氣和天然氣，用脈沖紅外光源發(fā)出紅外線通過氣室，CH烴類氣體將吸收3.4 μ m特定波長的紅外光，熱電堆紅外氣體探測器將光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，其它的紅外吸收氣體的干擾被最小化，氣體分子擴(kuò)散進(jìn)入氣室，所述紅外光源發(fā)出的紅外光直接穿過氣室和氣體，照在熱電堆紅外氣體探測器上； 所述熱電堆紅外氣體探測器有兩個探測通道，所述兩個探測通道上分別裝有濾光片； 一路用于探測CH類氣體吸收，一路用于參考信號，只有CH烴類氣體分子能夠吸收3.4μπι波長的光，光強(qiáng)衰減幅度與CH氣體濃度相關(guān)，氣體濃度越高，吸收的紅外光越多，到達(dá)熱電堆紅外氣體探測器通道的光衰減越低，另外一路由于不位于氣體吸收位置，主要用于監(jiān)測紅外光源的光強(qiáng)起伏； 所述氣室的CH烴類氣體濃度為零時，熱電堆紅外氣體探測器探測到的光是強(qiáng)度的光；CH烴類氣體濃度的增加，到達(dá)熱電堆紅外氣體探測器的光強(qiáng)顯著的降低，紅外光強(qiáng)和CH烴類氣體濃度之間的關(guān)系是確定的 ，它可以用純氮氣以及不同濃度的甲烷和乙烷氣體來對儀器進(jìn)行定標(biāo)，獲得氣體濃度與甲烷、乙烷濃度的關(guān)系曲線； 所述探測器的光強(qiáng)用Beer-Lambert定律來描述:I = 10ekc I表示照射到熱電堆紅外氣體探測器的光強(qiáng)度的測量信號，10表示OppmCH類氣體濃度時的測量信號，K表示一個系統(tǒng)常數(shù)，C表示CH類氣體的濃度； 在方波信號的一個周期內(nèi)，待測氣體分離的各組分全部通過氣室后，單片機(jī)采集整個周期內(nèi)的熱電堆紅外氣體探測器的信號后得到氣體色譜分離圖即稱測量結(jié)果，它由基線和一些峰值組成，不同位置的峰值代表了不同的氣體組分，峰值的高度與相應(yīng)氣體的濃度成比例； 在一個色譜圖中有兩個峰時，說明該氣體中同時含有甲烷和乙烷成分，就可判斷測量的氣體是天然氣，如果色譜圖中只有 一個峰存在，峰處于甲烷的特征位置，則該測量的氣體是沼氣。`
【文檔編號】G01N30/74GK103512988SQ201210234894
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月25日
【發(fā)明者】李紅軍, 章月法, 高曉明, 王旗志, 劉國舉, 汪健 申請人:合肥朗伯光電傳感技術(shù)有限公司