一种云台式激光甲烷泄露测量装置

技术领域

本发明涉及甲烷泄露测量技术领域，更具体地说是一种云台式激光甲烷泄露测量装置。

背景技术

甲烷广泛存在于天然气、沼气、煤矿坑井气之中，是优质气体燃料，也是制造合成气和许多化工产品的重要原料。甲烷对人基本无毒，但浓度过高时，会使空气中氧含量明显降低，使人窒息，当空气中甲烷达25％-30％时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调，若不及时远离，可致窒息死亡，皮肤接触液化的甲烷，可致冻伤。因此在甲烷运输、存储时需要对甲烷是否泄露进行实时测量。

甲烷测量可采用传统点式气体报警器或者手持遥测设备检测，点式气体报警器通过空气和可燃气体对光的折射率不同远离进行气体测量，采用传统点式气体报警器无法实现全区域动态检测，并且采用手持遥测设备进行气体测量没法满足全天候、24小时连续检测，使得日常管道巡检需耗费大量时间和人力，效率低下。因此本发明提出一种云台式激光甲烷泄露测量装置。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种云台式激光甲烷泄露测量装置，能够及时发现甲烷气体泄漏和定位泄漏点，具有远距离主动监测、能发现早期微量泄漏、无需调校、维护工作量小、成本低、反应速度快、无漏报误报、准确性高、可靠性高、寿命长、综合成本低、全区域连续式动态检测的优势。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种云台式激光甲烷泄露测量装置，包括安装于室内或室外场站的多个云台式激光甲烷遥测仪，所述云台式激光甲烷遥测仪包括云台外壳，所述云台外壳两侧分别设有激光遥测仪和摄像头，所述激光遥测仪通过激光检测区域中是否存在甲烷泄露，激光遥测仪的检测原理为：采用激光光谱气体检测技术，利用目标气体分子对特定波长的激光光强吸收的特点，可测量出待测气体中目标气体的浓度。具有如下技术优势：安全性高，可远距离安全探测；灵敏度高，能够检测微小泄漏；准确度高，不受其它气体干扰；便于维护，无需频繁校准标定；响应速度更快；使用寿命更长。所述摄像头用于在检测甲烷泄露的同时拍摄被测目标视频，在发现甲烷泄漏后便于定位泄漏点；

所述云台外壳内部设有驱动激光遥测仪竖直旋转的第一驱动电机，且云台外壳内部还设有驱动摄像头竖直旋转的第二驱动电机，所述云台式激光甲烷遥测仪底部设有底座并与底座转动连接，且底座内部固定设有用于驱动云台外壳水平旋转的第三驱动电机；

所述激光遥测仪和摄像头底部均设有雨刷组件。

优选地，所述云台外壳内部顶端固定设有电机支架，所述第一驱动电机和第二驱动电机均固定在电机支架上。

优选地，所述激光遥测仪和摄像头顶端均固定设有遮阳罩，所述激光遥测仪上的遮阳罩与第一驱动电机的输出轴通过第一连杆固定连接，且第一连杆贯穿云台外壳一侧并与云台外壳转动连接；所述摄像头上的遮阳罩与第二驱动电机的输出轴通过第二连杆固定连接，且第二连杆贯穿云台外壳另一侧并与云台外壳转动连接。

优选地，所述雨刷组件包括设于激光遥测仪或者摄像头前方的转板，所述转板靠近激光遥测仪或者摄像头的一侧固定设有用于清理激光遥测仪或者摄像头的橡胶刮板，所述转板底端固定设有连接杆，所述连接杆底端固定设有转杆；所述激光遥测仪和摄像头底端均固定设有外壳，所述转杆设于外壳前端并延伸入外壳内部，所述转杆与外壳转动连接，所述外壳内部固定设有用于驱动转杆转动的第四驱动电机。

优选地，所述外壳内部固定设有滤网，且滤网将外壳内部分为前后分布的集尘腔和安装腔，所述第四驱动电机固定设于安装腔内部，所述转杆后端延伸入集尘腔内部，所述第四驱动电机的输出轴贯穿滤网延伸入集尘腔内并与转杆后端固定连接，且第四驱动电机的输出轴与滤网转动连接。

优选地，所述第四驱动电机的输出轴上固定设有扇叶，且扇叶设于安装腔内部，所述转板、连接杆和转杆内部均中空，且转杆延伸入集尘腔内部的一端外侧开设有多个通口，所述转板靠近橡胶刮板的一端开设有多个进尘孔，且进尘孔设于橡胶刮板两侧，第四驱动电机驱动扇叶旋转产生的风力，使得激光遥测仪或者摄像头上橡胶刮板清理下来的灰尘通过进尘孔、转板、连接杆、转杆和通口进入集尘腔内；所述外壳底端开设有多个出气孔，且出气孔与安装腔连通。

优选地，所述滤网靠近转杆的一侧设有多个用于清理滤网上灰尘的刮板，且多个刮板均固定设于第四驱动电机的输出轴上，所述外壳底端固定设有出尘管，且出尘管与集尘腔连通，用于集尘腔内灰尘排出。

优选地，所述云台外壳上连接有防爆控制箱，所述激光遥测仪、摄像头、第一驱动电机、第二驱动电机、底座、第三驱动电机和第四驱动电机均连接在防爆控制箱输出端；

所述防爆控制箱通过RS485或以太网连接客户端，用于对云台式激光甲烷遥测仪进行远程控制，所述客户端通过TCP/IP协议与调度中心连接，用于将探测信息传输至调度中心。

优选地，所述客户端输出端连接有数据交换中心，所述数据交换中心与短信猫通信连接，且短信猫通过GSM与报警终端连接，便于将甲烷泄露报警信息传输至报警终端上，以便工作人员及时查看；

所述数据交换中心的输出端通过TCP/IP协议连接有报警终端，便于工作人员查询探测信息。

优选地，所述底座底端固定设有立杆或壁装支架，所述底座通过立杆立在地面上或者通过壁装支架固定于墙壁上，当底座通过立杆立在地面上时，防爆控制箱固定设于立杆上，当底座通过壁装支架固定于墙壁上时，防爆控制箱也固定设于墙壁上。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过云台式激光甲烷遥测仪发出激光检测甲烷气体是否泄露，在进行气体检测同时摄像头拍摄被测目标视频，便于发现甲烷气体泄漏后定位泄漏点，具有远距离主动监测、能发现早期微量泄漏、无需调校、维护工作量小、成本低、反应速度快、无漏报误报、准确性高、可靠性高、寿命长、综合成本低的优势；

2、本发明通过在室内或室外场站高处安装一台或多台云台式激光甲烷遥测仪，最大程度全覆盖场站，且云台式激光甲烷遥测仪支持24小时360°水平旋转，垂直方向-90°～+90°连续转动，以预置位巡航或连续扫描模式覆盖场站，实现全区域连续式动态检测，节约时间和人力，效率高；

3、本发明通过第四驱动电机驱动橡胶刮板转动，雨天时橡胶刮板可刮去激光遥测仪和摄像头上的水，不下雨时，橡胶刮板也可对激光遥测仪和摄像头上的灰尘清理，保证激光遥测仪检测的准确度以及摄像头拍摄的清晰度；

4、在第四驱动电机带动橡胶刮板转动清理激光遥测仪和摄像头上的灰尘时，第四驱动电机还带动扇叶转动，使得橡胶刮板周围清理下来的灰尘进入集尘腔内然后再排出，避免橡胶刮板清理下来的灰尘漂浮在激光遥测仪和摄像头周围而再次粘附在激光遥测仪和摄像头上。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的云台式激光甲烷遥测仪通过立杆立在地面上的示意图；

图3为本发明的云台式激光甲烷遥测仪主视图；

图4为本发明的云台式激光甲烷遥测仪主视剖视图；

图5为本发明的雨刷组件结构图；

图6为本发明的雨刷组件侧视剖视图；

图7为本发明的转杆、连接杆、转板和橡胶刮板结构图；

图8为本发明的云台式激光甲烷遥测仪安装于地面上示意图；

图9为本发明的云台式激光甲烷遥测仪安装于墙壁上示意图。

附图标记为：1云台式激光甲烷遥测仪、2客户端、3调度中心、4数据交换中心、5查询终端、6短信猫、7报警终端、8立杆、9壁装支架、10防爆控制箱；

11云台外壳、12激光遥测仪、13摄像头、14第一驱动电机、15第二驱动电机、16底座、17第三驱动电机；

18雨刷组件、19第一连杆、110第二连杆、111电机支架；

181外壳、182第四驱动电机、183转杆、184连接杆、185转板、186橡胶刮板、187滤网、188扇叶、189通口、1810进尘孔、1811出尘管、1812出气孔、1813刮板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照说明书附图1，本发明提供一种云台式激光甲烷泄露测量装置，包括安装于室内或室外场站的多个云台式激光甲烷遥测仪1，所述云台式激光甲烷遥测仪1采用304/316L不锈钢材料制造，具备防腐蚀功能。

具体的，如图2-4所示，所述云台式激光甲烷遥测仪1包括云台外壳11，所述云台外壳11两侧分别设有激光遥测仪12和摄像头13，所述激光遥测仪12通过激光检测区域中是否存在甲烷泄露，所述摄像头13用于在检测甲烷泄露的同时拍摄被测目标视频，在发现甲烷泄漏后便于定位泄漏点。

并且，在云台外壳11内部设有驱动激光遥测仪12竖直旋转的第一驱动电机14，支撑垂直方向-90°～+90°旋转，且云台外壳11内部还设有驱动摄像头13竖直旋转的第二驱动电机15，支撑垂直方向-90°～+90°旋转，所述云台外壳11内部顶端固定设有电机支架111，所述第一驱动电机14和第二驱动电机15均固定在电机支架111上，所述云台式激光甲烷遥测仪1底部设有底座16并与底座16转动连接，且底座16内部固定设有用于驱动云台外壳11水平旋转的第三驱动电机17，支持360°水平旋转。

所述激光遥测仪12和摄像头13顶端均固定设有遮阳罩，所述激光遥测仪12上的遮阳罩与第一驱动电机14的输出轴通过第一连杆19固定连接，且第一连杆19贯穿云台外壳11一侧并与云台外壳11转动连接，所述摄像头13上的遮阳罩与第二驱动电机15的输出轴通过第二连杆110固定连接，且第二连杆110贯穿云台外壳11另一侧并与云台外壳11转动连接。

所述云台外壳11上连接有防爆控制箱10，所述激光遥测仪12、摄像头13、第一驱动电机14、第二驱动电机15、底座16和第三驱动电机17均连接在防爆控制箱10输出端，所述防爆控制箱10通过RS485或以太网连接客户端2，用于对云台式激光甲烷遥测仪1进行远程控制。

本发明通过在室内或室外场站高处安装一台或多台云台式激光甲烷遥测仪1，最大程度全覆盖场站，云台式激光甲烷遥测仪1支持24小时360°水平旋转，垂直方向-90°～+90°连续转动，以预置位巡航或连续扫描模式覆盖场站。

通过激光遥测仪12发出特定波长的激光，激光穿过检测区域后到达反射面(工艺设施、地面等)并被反射回激光遥测仪12中的探测器，若检测区域中存在被检测的甲烷气体，激光与该气体作用并被吸收，气体浓度越高，吸收量越大，激光遥测仪12中的探测器检测到的光强发生变化，并将光强信息反馈至防爆控制箱10中进行处理，最终结果传输至客户端2，在进行气体检测同时摄像头13拍摄被测目标视频，视频同步回传至客户端2，发现甲烷气体泄漏后便于定位泄漏点。

然后客户端2通过TCP/IP协议与调度中心3连接，用于将探测信息传输至调度中心3，客户端2输出端连接有数据交换中心4，所述数据交换中心4与短信猫6通信连接，且短信猫6通过GSM与报警终端7连接，便于将甲烷泄露报警信息传输至报警终端7上，以便工作人员及时查看；所述数据交换中心4的输出端通过TCP/IP协议连接有报警终端7，便于工作人员查询探测信息。

本发明的云台式激光甲烷泄露测量装置具有如下优势：

1、远距离主动监测方式：

利用激光自身特有的极好的方向性和远距离遥测能力，实现了远距离主动监测，改变原有的依靠弥散或泵吸式的被动监测方式，不需要等待泄漏气体扩散到监测设备上而是激光监测设备主动探测有泄漏风险的区域，把传统的被动监测方式升级为远距离遥测式的主动监测方式。

3、能发现早期微量泄漏：

利用激光对于特定吸收波长气体的高灵敏度相应1PPM特点，激光吸收光谱技术的检测精度与催化燃烧、电化学技术等相比提高了1000倍，从而能够监测到极其微量的泄漏，实现早期泄漏预警，大大提前了泄漏事故响应时间，使泄漏风险在萌芽状态就被发现，不等发生严重泄漏时，就能更早更及时的得到处理。

3、无需调校，维护工作量小、成本低：

激光非反应式吸收光谱的监测方式为非接触式检测，不存在传统探测器漂移问题，无需进行定期的标定，解决了传统监测设备需要频繁调校的问题，极大降低了后期维护工作量和运行成本。

4、反应速度快，无漏报：

激光吸收光谱技术所采用的的激光传播速度和遇到气体时的吸收速度极快，赋予了该技术原理瞬时响应的特性，使得依托激光光谱技术制造的激光检测设备可以拥有ms级的测量响应时间，比催化燃烧、电化学技术的响应时间加快了1000倍，只要探测的激光扫过泄漏气体就可以立刻发现，不会有任何漏检。

5、准确性高，无误报：

由于激光辐射波长的单模性，选择被测气体的特定波长的吸收光谱线，使得所在波长附近无背景气体其他组分的吸收谱线，从而避免其他气体组分的交叉干扰，因此激光光谱检测技术的显著特点是具有良好的指纹性，彻底消除了误报的情况，不用再进行复检，这使得安全管理简单化，不用安全管理人员再去分析判断报警的性质，一旦报警就可以立刻采取措施修复泄漏或执行应急预案。

6、可靠性高：

激光从发射到接收分析整个过程都是在严密的自检监测下进行的，整个监测环节中任何一点出现异常都能被发现，使得检测的准确度和精密度大大提高，因此激光吸收光谱技术相对于传统的检测技术具有更高的可靠性，而高可靠性是安全管理的一个重要原则。

7、寿命长，综合成本低：

激光监测设备在工作时是依靠激光穿过被测气体，其设备本身并不会与气体产生直接接触，一般处于比较稳定的环境中，所以受到的侵蚀与损耗较小，而且激光监测设备采用的零部件都是半导体、光学玻璃这类寿命长、性能稳定的材料，因此其产品寿命也是传统设备的5-10倍，避免了频繁更换所带来的成本压力。

参照说明书附图3-7，所述激光遥测仪12和摄像头13底部均设有雨刷组件18，所述雨刷组件18包括设于激光遥测仪12或者摄像头13前方的转板185，所述转板185靠近激光遥测仪12或者摄像头13的一侧固定设有用于清理激光遥测仪12或者摄像头13的橡胶刮板186，所述转板185底端固定设有连接杆184，所述连接杆184底端固定设有转杆183；

所述激光遥测仪12和摄像头13底端均固定设有外壳181，所述转杆183设于外壳181前端并延伸入外壳181内部，所述转杆183与外壳181转动连接，所述外壳181内部固定设有用于驱动转杆183转动的第四驱动电机182，第四驱动电机182连接在防爆控制箱10输出端，转杆183转动带动橡胶刮板186转动对激光遥测仪12或者摄像头13清理。

所述外壳181内部固定设有滤网187，且滤网187将外壳181内部分为前后分布的集尘腔和安装腔，所述第四驱动电机182固定设于安装腔内部，所述转杆183后端延伸入集尘腔内部，所述第四驱动电机182的输出轴贯穿滤网187延伸入集尘腔内并与转杆183后端固定连接，且第四驱动电机182的输出轴与滤网187转动连接。

通过第四驱动电机182驱动转杆183转动，从而通过连接杆184带动转板185和橡胶刮板186转动，雨天时橡胶刮板186可刮去激光遥测仪12和摄像头13上的水，不下雨时，橡胶刮板186也可对激光遥测仪12和摄像头13上的灰尘清理，保证激光遥测仪12检测的准确度和摄像头13拍摄的清晰度。

进一步的，所述第四驱动电机182的输出轴上固定设有扇叶188，且扇叶188设于安装腔内部，所述转板185、连接杆184和转杆183内部均中空，且转杆183延伸入集尘腔内部的一端外侧开设有多个通口189，所述转板185靠近橡胶刮板186的一端开设有多个进尘孔1810，且进尘孔1810设于橡胶刮板186两侧，第四驱动电机182驱动扇叶188旋转产生的风力，使得激光遥测仪12或者摄像头13上橡胶刮板186清理下来的灰尘通过进尘孔1810、转板185、连接杆184、转杆183和通口189进入集尘腔内，所述外壳181底端开设有多个出气孔1812，且出气孔1812与安装腔连通，所述外壳181底端固定设有出尘管1811，且出尘管1811与集尘腔连通，用于集尘腔内灰尘排出。

在第四驱动电机182带动橡胶刮板186转动清理激光遥测仪12和摄像头13上的灰尘时，第四驱动电机182还带动扇叶188转动，从而带动周围空气流动，使得橡胶刮板186周围清理下来的灰尘通过进尘孔1810进入转板185，然后灰尘再沿着连接杆184、转杆183和通口189进入外壳181，在滤网187阻拦下，灰尘处于集尘腔内，然后灰尘再通过出尘管1811排出集尘腔，避免橡胶刮板186清理下来的灰尘漂浮在激光遥测仪12和摄像头13周围而再次粘附在激光遥测仪12和摄像头13上。

而且，在滤网187靠近转杆183的一侧设有多个用于清理滤网187上灰尘的刮板1813，且多个刮板1813均固定设于第四驱动电机182的输出轴上，第四驱动电机182工作时带动刮板1813沿着滤网187转动，将粘附在滤网187上的灰尘刮下，便于灰尘通过出尘管1811排出集尘腔。

另外，在底座16底端固定设有立杆8或壁装支架9，所述底座16可通过立杆8立在地面上，这时防爆控制箱10固定设于立杆8上(如图8所示)，底座16也可通过壁装支架9固定于墙壁上时，这时防爆控制箱10也固定设于墙壁上(如图9所示)。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。