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专利名称：多波段气体激光检漏仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测装置，特别是一种用于石油化工中的乙烯、氯乙烯、 甲醛、氨气等有毒气体，以及电力系统输变电领域的高压组合电器开关或断路器 及其配套设备中六氟化硫等气体介质的泄漏点定位检测与诊断一种多波段气体
激光检漏仪。
背景技术：
日常生活和工作过程中，有许多不易察觉的气体泄漏危及人们的身体健康和 生命安全。例如石油化工行业中常用的乙烯、氯乙烯、氨气和甲醛等气体，乙烯 是石油化工行业中重要的基础原材料，它主要用于生产聚乙烯，约占乙烯耗量的 45%;其次是由乙烯生产的二氯乙烷和氯乙烯；乙烯氧化制环氧乙烷和乙二醇。 另外乙烯烃化可制苯乙烯，乙烯氧化制乙醛、乙烯合成酒精、乙烯制取高级醇等。 但是乙烯气体多对人体和环境都有危害，例如它具有较强的麻醉作用，当人 员吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失；长期接触乙烯气体，可引起头昏、全身 不适、乏力、思维不集中；个别人有胃肠道功能紊乱。此外，乙烯与空气混合能 形成爆炸性混合物，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧或爆炸的危险。
氯乙烯主要用于生产聚氯乙烯树脂，这是世界上产量最大的塑料品种之一。 聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。根据不同的用途可以加入不同的添加剂，使 聚氯乙烯塑件呈现不同的物理性能和力学性能。例如，在聚氯乙烯树脂中加人适 量的增塑剂，就可制成多种硬质、软质和透明塑料制品。但是人员接触氯依稀 可引起氯乙烯病，轻度中毒时病人出现眩晕、胸闷、嗜睡、步态蹒跚等； 严重中毒可发生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。如果长期接触氯乙烯气体， 中毒人员将表现为神经衰弱综合征、肝肿大、肝功能异常、消化功能障碍 及肢端溶骨症；皮肤可出现干燥、皲裂、脱屑、湿疹等。此外氯乙烯为致 癌物，可导致肝血管肉瘤。有此可见，氯乙烯气体对人体危害十分严重。
在化学工业中，氨与酸作用可得到铵盐，大量的铵盐用作氮肥，如 NH4HC03、 (NH4)2S04、 NH4N03等。NH4N03还是某些炸药的成分，NH4C1用 于制备干电池和染料工业，它也用于金属的焊接上，以除去金属表面的氧 化物薄层。但是氨气对人的身体健康危害也十分严重。例如，短期内吸入大量氨气后会出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、乏 力等。若吸入的氨气过多，导致血液中氨浓度过高，就会通过三叉神经末 梢的反射作用而引起心脏的停搏和呼吸停止，危及生命。长期接触氨气， 部分人可能会出现皮肤色素沉积或手指溃疡等症状；氨气被吸入肺后容易 通过肺泡进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能。
甲醛的用途非常广泛，合成树脂、表面活性剂、塑料、橡胶、皮革、 造纸、染料、制药、农药、照相胶片、炸药、建筑材料以及消毒、熏蒸和 防腐过程中均要用到甲醛，可以说甲醛是化学工业中的多面手，但任何东 西的使用都必须有个限量，有一个标准， 一旦使用超越了标准和限量，就 会带来不利的一面。甲醛对健康危害主要有以下几个方面(1)剌激作用 甲醛的主要危害表现为对皮肤粘膜的刺激作用，甲醛是原浆毒物质，能与 蛋白质结合、高浓度吸入时出现呼吸道严重的剌激和水肿、眼刺激、头痛。 (2)致敏作用皮肤直接接触甲醛可引起过敏性皮炎^色斑、坏死，吸 入高浓度甲醛时可诱发支气管哮喘。(3)致突变作用高浓度甲醛还是一 种基因毒性物质。实验动物在实验室高浓度吸入的情况下，可引起鼻咽肿 瘤。
以上分析表明，石油化工行业中的乙烯、氯乙烯、氨气和甲醛等气体对人 体健康的危害和环境的破坏不容忽视。
此外，在电力行业使用六氟化硫气体作为高压电器领域优良的绝缘和灭弧介 质。六氟化硫气体的分子具有对称结构、化学性质非常稳定，抗电压击穿性能要 比其它任何气体都好。所以六氟化硫气体是一种最理想的应用于变电站设备的绝 缘气体。虽然充有六氟化硫气体的电气设备体积小、可靠稳定，但是其泄漏是一 个非常危险的问题。正常情况下，大气中水分的浓度是六氟化硫气室里水分浓度 的几十倍，巨大的内外浓度差使得水分通过设备泄漏渗透到六氟化硫气室里，引 起六氟化硫气室里水分浓度大幅升高。在水分及电弧高温作用下，六氟化硫气体 产生一系列反应，产生氟化氢、硫化氢和二氧化硫等有毒气体。这些有毒气体通 过泄漏点释放到外部空间，在一定浓度下将会危及人员安全。
所以无论在石油化工行业、还是在电力行业中，检测上述有毒气体泄漏与否 是保障人员生命安全，维持设备安全运行以及保护环境等的重要手段。传统检测 气体泄漏有很多方法，如皂水查漏、包扎査漏、手持检漏仪检漏等方法，且对于不同的气体要求的方法也不一致。如果气体长距离管道输运，这将使气体泄漏 位置的检测需要大量的人力和物力，甚至难以实现。所以十分迫切寻求一种高效、 实时的检测的手段。
激光具备相干性好、单色性好和高亮度三大特点，以使激光光谱法气体检测 技术有较快的发展。例如，通过可调光学转换系统，可以在指定的某一检测位置 实现一个理想的立体红外辐射场。从设备中泄漏出来的有毒气体分子以流动的形 式往外扩散，这个分子流将对覆盖在这个区域的立体辐射场产生较强的光子吸 收。在激光发射端，安装一个波长与气体吸收谱相匹配的高灵敏度红外光电接收 系统，就可以得到泄漏处的气流扰动图像。
多波段气体泄漏激光成像系统就是利用被检测气体强吸收某一波长范围内 红外光的特点，针对不同的检测气体，通过调节红外激光辐射的光波长，使其与 气体强吸收波长一致。结合与气体吸收谱相匹配的红外接收和检测装置，可精确 检测气体泄漏位置和定性描述泄漏量的大小。该系统具有高的检测灵敏度与远距 离非接触检测能力，在设备运行时也可进行高效检测。目前，国内生产气体泄漏 激光检漏仪的厂家，但多是针对某一种气体泄漏进行检测，不能实现多种气体检 测的功能，同时检测的精度和精确度也不够高。 发明内容
发明目的本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够实现 多种有害气体泄露的高精度检测的多波段气体激光检漏仪。
技术方案 一种多波段气体激光检漏仪，它包括系统总电源、红外激光辐照 系统和红外成像系统，系统总电源分别与红外激光辐照系统、红外成像系统连接， 红外激光辐照系统包括多波段激光器、温度调节器、波长控制系统和改进型光学 系统，系统总电源的输出端与多波段激光器的输入端连接，温度调节器与多波段 激光器连接，多波段激光器的输出端与波长控制系统输入端连接，波长控制系统 的输出端与改进型光学系统的输入端连接；红外成像系统包括红外热像仪、波长 选择系统、红外接收系统、前级图像处理单元、图像显示单元、后级图像处理单 元和图像、视频显示与存储单元，系统总电源与红外热像仪连接，红外接收系统 的输出端与波长选择系统的输入端连接，波长选择系统的输出端与红外热像仪的 输入端连接，红外热像仪的输出端与前级图像处理单元的输入端连接，前级图像 处理单元的输出端与图像显示单元的输入端连接，图像显示单元的输出端与后级图像处理单元的输入端连接，后级图像处理单元的输出端与图像、视频显示与存
储单元的输入端连接。
其中，所述的多波段激光器输出红外线的波长范围在9. 2-10. 8微米。 其中，所述的温度调节器为比例积分微分温度控制器，包括控制器、热电耦
和风扇，热电耦分别与激光器和控制器相连接，控制器与电扇连接。 其中，所述的波长控制系统为光栅控制器。
其中，所述的改进型光学系统为激光束调节装置，包括固定凹透镜、主动凸 透镜和补偿凹透镜，其中固定凹透镜设置在主动凸透镜和补偿凹透镜片中间。 其中，波长选择系统是可经过机械装置调节的多波段红外光滤光通道。
其中，所述的前级图像处理单元为将图像信号分为两路进行差分处理的视频 信号采集处理系统，包括双路视频信号采集卡和视频信号差分处理器。 其中，所述的后级图像处理单元为图像灰度、亮度调节装置。 其中，所述的图像、视频显示与存储单元为图像显示器与USB接口存储器。 本实用新型利用多波段激光辐射系统检测具有不同红外吸收谱的多种气体， 例如乙烯、氯乙烯、氨气、甲醛和六氟化硫等气体泄漏点的检测。通过调节辐 射激光波段、红外接收系统红外窗口范围，使之与检测气体吸收谱匹配，实现多 种气体泄漏的高精度、可视化检测。
有益效果(l)采用改进型光学系统与波长控制系统，实现激光多波段的调 节功能。(2)利用多波段激光器和波长选择系统，根据被检测气体在某一波段强 红外吸收的特点，实现不同波段检测不同种类气体泄漏的位置，使用范围广。(3) 通过多波段激光器、波长控制系统与相应的波长选择系统配合工作，前级图像处
理单元接收红外热像仪扫描图像，对其对比度采取增强处理，而后显示；后级图
像处理单元对显示的图像辉度范围进行压扩处理，进一步提高气体泄漏点位置的
图像信噪比，以进一步提高图像对比度和漏点位置检测精度。(4)本仪器可以实
现对具有不同红外吸收谱的气体漏点位置进行远距离、非接触精确定位检测和实
时动态监控。(5)通过调节波长控制系统和波长选择系统，使辐照到检测面的红 外光波长、红外热像仪接收的红外光波长与被检测气体吸收谱波长相匹配，提高特种气体泄漏点位置的检测精度。

图示为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做更进一步的解释。
如图所示的多波段气体激光检漏仪包括系统总电源1、红外激光辐照系统和 红外成像系统，系统总电源l分别与红外激光辐照系统、红外成像系统连接。
红外激光辐照系统包括多波段激光器2、温度调节器3、波长控制系统4和 改进型光学系统5。系统总电源1与多波段激光器2连接，多波段激光器2的输 出端与波长控制系统4的输入端连接，波长控制系统4的输出端与改进型光学系 统5的输入端连接，多波段激光器2上还连接有调节其工作时散热情况的温度调 节器3。
所述的多波段激光器2输出红外线的波长范围在9. 2-10. 8微米，其可以根 据检测气体的红外吸收谱特征，可以选择具有特定波长的激光输出。多波段激光 器输出激光波段连续可调。
温度调节器3为比例积分微分温度控制器(PID)，包括控制器、热电耦和风 扇；热电耦分别与激光器和控制器相连接，进而控制风扇的开启和转速，使激光 器工作温度恒定。
其中波长控制系统4为光栅控制器，具体为多层压电片，通过电压控制压电 片变形，进而控制光栅衍射角度，达到激光输出波长连续可调。
所述的改进型光学系统5为激光束调节装置，包括固定凹透镜、主动凸透镜 和补偿凹透镜，其中固定凹透镜在主动凸透镜和补偿凹透镜片中间。改进型光学 系统将激光器射出的特定波长的红外激光束照射在被检测物体上，实现具有适当 照射范围的立体红外辐射场。
红外成像系统包括红外热像仪6、波长选择系统7、红外接收系统8、前级 图像处理单元9、图像显示单元IO、后级图像处理单元ll和图像、视频显示与 存储单元12。系统总电源1与红外热像仪6连接，红外接收系统8的输出端与 波长选择系统7的输入端连接，波长选择系统7的输出端与红外热像仪6的输入端连接，红外热像仪6的输出端与前级图像处理单元9的输入端连接，前级图像 处理单元9的输出端与图像显示单元10的输入端连接，图像显示单元10的输出 端与后级图像处理单元ll的输入端连接，后级图像处理单元ll的输出端与图像、 视频显示与存储单元12的输入端连接。
波长选择系统7为多波段红外光滤光通道，不同的滤光系统可经过机械装置
调节，接收与其对应的红外光信号。避免其它外界杂散光的影响，提高气体泄漏 位置的检测精度。
所述的前级图像处理单元9为将图像信号分为两路进行差分处理的视频信 号采集处理系统，包括双路视频信号采集卡和视频信号差分处理器。红外热像仪 扫描图像输入到双路视频信号采集卡，利用视频信号差分器将其中一路信号存 储，另一路视频信号与存储信号差分，差分信号输出到图像显示单元，消除背景 噪声对检测信号的影响。
所述的后级图像处理单元ll为图像灰度、亮度调节装置，对图像信号进一
步进行处理，判断图像中六氟化硫气体泄漏处的动态图像和背景图像的辉度范
围，然后选取适当的辉度显示等级，使六氟化硫气体泄漏的动态图像清晰显示，
提高漏点的检测精度。
所述的图像、视频显示与存储单元12为图像显示器与USB接口存储器。 通过调节波长控制系统4和波长选择系统7，使辐照到被检测物体表面的红
外光波长、红外热像仪接收的红外光波长与被检测气体吸收谱波长相匹配，提高
特种气体泄漏点位置的检测精度。
根据检测气体红外吸收谱特点，激光辐射系统通过波长控制系统4和改进光 学系统5向被检测物体发射特定波长的红外激光束。其中，红外成像系统利用红 外接收系统8与波长选择系统7接收特定波长的红外光，根据红外热像仪6对所 接收的红外信号进行图像处理，判定相应气体漏点位置，并定性判定气体泄漏的 大小，同时对采集的图像和视频实时显示和存储。另一方面，也可根据不同波长 的检测信号或图像，判别检测到的泄漏气体的类型或成分。.
本实用新型提供了一种多波段气体激光检漏仪的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可 以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实 施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。
权利要求1、一种多波段气体激光检漏仪，其特征在于它包括系统总电源(1)、红外激光辐照系统和红外成像系统，系统总电源(1)分别与红外激光辐照系统、红外成像系统连接，红外激光辐照系统包括多波段激光器(2)、温度调节器(3)、波长控制系统(4)和改进型光学系统(5)，系统总电源(1)的输出端与多波段激光器(2)的输入端连接，温度调节器(3)与多波段激光器(2)连接，多波段激光器(2)的输出端与波长控制系统(4)输入端连接，波长控制系统(4)的输出端与改进型光学系统(5)的输入端连接；红外成像系统包括红外热像仪(6)、波长选择系统(7)、红外接收系统(8)、前级图像处理单元(9)、图像显示单元(10)、后级图像处理单元(11)和图像、视频显示与存储单元(12)，系统总电源(1)与红外热像仪(6)连接，红外接收系统(8)的输出端与波长选择系统(7)的输入端连接，波长选择系统(7)的输出端与红外热像仪(6)的输入端连接，红外热像仪(6)的输出端与前级图像处理单元(9)的输入端连接，前级图像处理单元(9)的输出端与图像显示单元(10)的输入端连接，图像显示单元(10)的输出端与后级图像处理单元(11)的输入端连接，后级图像处理单元(11)的输出端与图像、视频显示与存储单元(12)的输入端连接。
2、 根据权利要求1所述的多波段气体激光检漏仪，其特征在于所述的多 波段激光器(2)输出红外线的波长范围在9.2-10.8微米。
3、 根据权利要求1所述的多波段气体激光检漏仪，其特征在于所述的、温 度调节器(3)为比例积分微分温度控制器，包括控制器、热电耦和风扇，热电 耦分别与激光器和控制器相连接，控制器与电扇连接。
4、 根据权利要求1所述的多波段气体激光检漏仪，其特征在于所述的波 长控制系统(4)为光栅控制器。
5、 根据权利要求1所述的多波段气体激光检漏仪，其特征在于所述的改 进型光学系统(5)为激光束调节装置，包括固定凹透镜、主动凸透镜和补偿凹 透镜，其中固定凹透镜设置在主动凸透镜和补偿凹透镜片中间。
6、 根据权利要求1所述的多波段气体激光检漏仪，其特征在于波长选择系统(7)是可经过机械装置调节的多波段红外光滤光通道。
7、 根据权利要求1所述的多波段气体激光检漏仪，其特征在于所述的前 级图像处理单元(9)为将图像信号分为两路进行差分处理的视频信号采集处理系统，包括双路视频信号采集卡和视频信号差分处理器。
8、 根据权利要求1所述的多波段气体激光检漏仪，其特征在于所述的后 级图像处理单元(11)为图像灰度、亮度调节装置。
9、 根据权利要求1所述的多波段气体激光检漏仪，其特征在于所述的图像、视频显示与存储单元(12)为图像显示器与USB接口存储器。
专利摘要本实用新型公开了一种多波段气体激光检漏仪，它包括系统总电源、红外激光辐照系统和红外成像系统，系统总电源分别与红外激光辐照系统、红外成像系统连接，红外激光辐照系统包括多波段激光器、温度调节器、波长控制系统和改进型光学系统，红外成像系统包括红外热像仪、波长选择系统、红外接收系统、前级图像处理单元、图像显示单元、后级图像处理单元和图像、视频显示与存储单元。本实用新型根据被检测气体在某一波段强红外吸收的特点，实现不同波段检测不同种类气体泄漏的位置，使用范围广；可以实现对具有不同红外吸收谱的气体漏点位置进行远距离、非接触精确定位检测和实时动态监控。
文档编号G01M3/38GK201318983SQ20082023782
公开日2009年9月30日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者列剑平, 刘桂梅, 辉 张, 张淑仪 申请人:南京卓实电气有限责任公司