(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210758820.1 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 南京航浦机 械科技有限公司 地址 210000 江苏省南京市浦口区桥林街 道步月路2 9号12幢84 号 (72)发明人 杨炳雄　袁明君　王文龙　徐洋　 吴琪　门超　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 苏良 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/359(2014.01) G01N 21/39(2006.01) (54)发明名称 一种甲烷遥测装置及方法 (57)摘要 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。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115112567 A 2022.09.27 CN 115112567 A 1.一种甲烷遥测装置， 其特 征在于： 包括： 激光器(3)， 其上 连接有激光驱动电路(2)， 用于向待测区域发射激光； 数据处理计算机(1)， 与激光驱动电路(2)相连， 用于调整激光器(3)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(3)不发出激光； 近红外相机(5)， 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(1)还与近红外相机(5)相连， 用于根据近红外相机(5)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(5)拍摄的 工作状态三数字图像灰度差值， 计算得到甲烷浓度。 2.根据权利 要求1所述的甲烷遥测装置， 其特征在于： 激光器(3)和近红外相机(5)固定 设置。 3.根据权利要求1所述的 甲烷遥测装置， 其特 征在于： 激光器(3)前端设置 透镜(4)。 4.一种甲烷遥测方法， 采用权利要求1至3 中任一项所述的甲烷遥测装置， 其特征在于： 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(7)后， 若待测气 体(7)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(6)的反射后， 反射光线 经过待测气体(7)被部 分吸收变为第二光线， 近红外相机(5)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(1)记录； (2)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， 激光经背景 (6)反射后形成第三光线， 被近红外相机(5)接收， 形成对应波长下的数字图像， 由数据处理 计算机(1)记录； (3)根据步骤(1 )和(2)中数字图像的灰度变化， 判断待测气体(7)中是否含有甲烷气 体， 如含有， 则执 行步骤(4)； 否则， 输出 结果； (4)工作状态三， 激光器(3)不发出激光， 近红外相机(5)接收背景(6)反射的自然光中 的近红外光， 形成数字图像， 由数据处 理计算机(1)记录； (5)根据Be er‑Lambert定律， 计算得到甲烷气体浓度， 输出甲烷气体图像及浓度数据。 5.根据权利要求4所述的甲烷遥测方法， 其特征在于： 工作状态一中， 激光波长设置为 1.65 μm。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115112567 A 2一种甲烷遥测装 置及方法 技术领域 [0001]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 [0002]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。 [0003]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 [0004]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。 [0005]技术方案： 本发明所述的 甲烷遥测装置， 包括： [0006]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； [0007]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； [0008]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； [0009]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。 [0010]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。 [0011]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。 [0012]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。说　明　书 1/3 页 3 CN 115112567 A 3