基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备及方法与流程

本技术涉及氯气泄漏检测，特别是涉及一种基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备及方法。

背景技术：

1、氯气剧毒，属于危险化学品重大危险源，其泄漏检测成为行业关注的重点，尤其是在化工行业。常规采用固定监测点处设置的电化学传感器来进行检测，只能对布置的监测点附近气体进行抽样检测，一般需要较高浓度才能检出，普遍存在检测速度慢、距离有限、灵敏度低、易受环境干扰失效等问题。如何实现大范围区域氯气同时、快速的高灵敏度检测，是氯气生产、储存、使用等场合的重要安全问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备及方法，可实现大范围区域氯气同时、快速的高灵敏度检测。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案。

3、第一方面，本技术提供了一种基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备包括：紫外光源、紫外聚光模块、参照气室模块、多点位角锥反射棱镜阵列、紫外光谱仪和处理器。

4、紫外光源用于产生紫外光，并将紫外光入射至紫外聚光模块和紫外光谱仪。

5、紫外聚光模块用于对紫外光进行聚焦，并将聚焦后得到的准直紫外光分别入射至参照气室模块和多点位角锥反射棱镜阵列。

6、参照气室模块内填充有环境气体；参照气室模块用于将穿过环境气体的准直紫外光反射至紫外光谱仪。

7、待测氯气位于紫外聚光模块和多点位角锥反射棱镜阵列之间；多点位角锥反射棱镜阵列用于将穿过待测氯气的准直紫外光反射至紫外光谱仪。

8、紫外光谱仪用于分别生成紫外光的第一吸收光谱图、穿过环境气体的准直紫外光的第二吸收光谱图和穿过待测氯气的准直紫外光的第三吸收光谱图。

9、处理器与紫外光谱仪通信连接；处理器用于对第一吸收光谱图、第二吸收光谱图和第三吸收光谱图进行计算，得到计算用吸收光谱图，并提取计算用吸收光谱图的特征参量，将计算用吸收光谱图的特征参量与不同浓度的标准氯气的标准吸收光谱图的特征参量进行比对，确定待测氯气的浓度；其中，特征参量包括每一个吸收峰的波形、波长宽度和峰值。

10、可选地，紫外聚光模块包括主光路反射镜、离轴抛物面反射镜和旁光路反射镜。

11、主光路反射镜用于将紫外光反射至离轴抛物面反射镜。

12、离轴抛物面反射镜用于对紫外光进行聚焦，并将聚焦后得到的准直紫外光入射至旁光路反射镜或者多点位角锥反射棱镜阵列。

13、旁光路反射镜用于将准直紫外光反射至参照气室模块。

14、可选地，参照气室模块包括参照气室以及设置于参照气室内的第一紫外滤光片和参照气室反射棱镜；参照气室内填充有环境气体；第一紫外滤光片用于对准直紫外光进行滤光，并将滤光后的准直紫外光入射至环境气体中；参照气室反射棱镜用于将穿过环境气体的准直紫外光反射至紫外光谱仪。

15、所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备还包括：设置于紫外聚光模块和多点位角锥反射棱镜阵列之间的紫外滤光模块；紫外滤光模块包括第二紫外滤光片；第二紫外滤光片用于对准直紫外光进行滤光，并将滤光后的准直紫外光入射至多点位角锥反射棱镜阵列。

16、可选地，多点位角锥反射棱镜阵列包括多个位于不同位置的角锥反射棱镜阵列；所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备还包括：设置于紫外聚光模块和多点位角锥反射棱镜阵列之间的多点位角度调节反射镜；多点位角度调节反射镜用于将准直紫外光反射至预定位置的角锥反射棱镜阵列；其中，预定位置的角锥反射棱镜阵列为不同位置的角锥反射棱镜阵列中的一个角锥反射棱镜阵列。

17、可选地，所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备还包括：辅助瞄准模块；辅助瞄准模块包括红外光源和瞄准用望远镜。

18、红外光源用于产生红外光，并将红外光入射至紫外聚光模块。

19、紫外聚光模块用于对红外光进行聚焦，并将聚焦后得到的准直红外光入射至多点位角度调节反射镜。

20、多点位角度调节反射镜用于将准直红外光反射至多点位角锥反射棱镜阵列。

21、瞄准用望远镜用于观测多点位角锥反射棱镜阵列上是否具有红色光斑，以对多点位角度调节反射镜和多点位角锥反射棱镜阵列的位置进行调整。

22、可选地，所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备还包括：光纤发射接收一体化模块；光纤发射接收一体化模块分别与紫外光源、紫外聚光模块和紫外光谱仪相连接。

23、光纤发射接收一体化模块用于将紫外光源产生的紫外光入射至紫外聚光模块和紫外光谱仪。

24、参照气室反射棱镜用于将穿过环境气体的准直紫外光反射至旁光路反射镜；旁光路反射镜用于将穿过环境气体的准直紫外光反射至离轴抛物面反射镜；离轴抛物面反射镜用于将穿过环境气体的准直紫外光反射至主光路反射镜；主光路反射镜用于将穿过环境气体的准直紫外光入射至光纤发射接收一体化模块；光纤发射接收一体化模块用于将穿过环境气体的准直紫外光入射至紫外光谱仪。

25、多点位角锥反射棱镜阵列用于将穿过待测氯气的准直紫外光反射至第二紫外滤光片；第二紫外滤光片用于将穿过待测氯气的准直紫外光入射至离轴抛物面反射镜；离轴抛物面反射镜用于将穿过待测氯气的准直紫外光反射至主光路反射镜；主光路反射镜用于将穿过待测氯气的准直紫外光入射至光纤发射接收一体化模块；光纤发射接收一体化模块用于将穿过待测氯气的准直紫外光入射至紫外光谱仪。

26、可选地，紫外滤光模块还包括调节部件，调节部件与第二紫外滤光片驱动连接；调节部件用于调节第二紫外滤光片的位置和角度，使得入射至第二紫外滤光片的准直紫外光的反射光与入射至第二紫外滤光片的穿过待测氯气的准直紫外光的光路不重合。

27、可选地，参照气室模块内填充有标准氯气。

28、紫外光源用于产生紫外光，并将紫外光入射至紫外聚光模块和紫外光谱仪。

29、紫外聚光模块用于对紫外光进行聚焦，并将聚焦后得到的准直紫外光入射至参照气室模块。

30、参照气室模块用于将穿过标准氯气的准直紫外光反射至紫外光谱仪。

31、紫外光谱仪用于分别生成紫外光的第四吸收光谱图和穿过标准氯气的准直紫外光的第五吸收光谱图。

32、处理器用于对第四吸收光谱图和第五吸收光谱图进行计算，得到校准用吸收光谱图，并提取校准用吸收光谱图的特征参量，将校准用吸收光谱图的特征参量与标准氯气的标准吸收光谱图的特征参量进行比对，确定背景噪声导致的特征参量偏差。

33、第二方面，本技术提供了一种基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备的工作方法，应用于上述中任一项所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备的工作方法包括以下步骤。

34、对第一吸收光谱图、第二吸收光谱图和第三吸收光谱图进行计算，得到计算用吸收光谱图。

35、提取计算用吸收光谱图的特征参量，并将计算用吸收光谱图的特征参量与不同浓度的标准氯气的标准吸收光谱图的特征参量进行比对，确定待测氯气的浓度；其中，特征参量包括每一个吸收峰的波形、波长宽度和峰值。

36、可选地，对第一吸收光谱图、第二吸收光谱图和第三吸收光谱图进行计算，得到计算用吸收光谱图，具体包括：计算第二吸收光谱图与第三吸收光谱图的和值，并计算第一吸收光谱图与和值的比值，得到计算用吸收光谱图；或者，计算第一吸收光谱图与第二吸收光谱图的差值，并计算差值与第三吸收光谱图的差值，得到计算用吸收光谱图。

37、提取计算用吸收光谱图的特征参量，具体包括：利用卷积神经网络提取计算用吸收光谱图的特征参量。

38、将计算用吸收光谱图的特征参量与不同浓度的标准氯气的标准吸收光谱图的特征参量进行比对，具体包括：利用背景噪声导致的特征参量偏差对计算用吸收光谱图的特征参量进行补偿，得到计算用吸收光谱图的补偿后特征参量；将计算用吸收光谱图的补偿后特征参量与不同浓度的标准氯气的标准吸收光谱图的特征参量进行比对。

39、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果。

40、本技术提供了一种基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备及方法，紫外光源产生紫外光，并将紫外光入射至紫外聚光模块和紫外光谱仪；紫外聚光模块对紫外光进行聚焦，并将聚焦后得到的准直紫外光分别入射至参照气室模块和多点位角锥反射棱镜阵列；参照气室模块内填充有环境气体，参照气室模块将穿过环境气体的准直紫外光反射至紫外光谱仪；待测氯气位于紫外聚光模块和多点位角锥反射棱镜阵列之间，多点位角锥反射棱镜阵列将穿过待测氯气的准直紫外光反射至紫外光谱仪；紫外光谱仪分别生成紫外光的第一吸收光谱图、穿过环境气体的准直紫外光的第二吸收光谱图和穿过待测氯气的准直紫外光的第三吸收光谱图，处理器对第一吸收光谱图、第二吸收光谱图和第三吸收光谱图进行计算，得到计算用吸收光谱图，并提取计算用吸收光谱图的特征参量，将计算用吸收光谱图的特征参量与不同浓度的标准氯气的标准吸收光谱图的特征参量进行比对，确定待测氯气的浓度。本技术采用光来进行检测，光具有传播距离远和传播速度快的优势，故可以提高氯气检测的检测距离和检测速度，实现远距离检测，且后续结合紫外光的第一吸收光谱图、穿过环境气体的准直紫外光的第二吸收光谱图和穿过待测氯气的准直紫外光的第三吸收光谱图来确定氯气浓度，能够去除环境杂光和颗粒物的影响，提高氯气检测的检测精度，实现大范围区域氯气同时、快速的高灵敏度检测，解决普遍存在的检测速度慢、距离有限、灵敏度低、易受环境干扰失效等问题。

技术特征：

1.一种基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，其特征在于，所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备包括：紫外光源、紫外聚光模块、参照气室模块、多点位角锥反射棱镜阵列、紫外光谱仪和处理器；

2.根据权利要求1所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，其特征在于，紫外聚光模块包括主光路反射镜、离轴抛物面反射镜和旁光路反射镜；

3.根据权利要求2所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，其特征在于，参照气室模块包括参照气室以及设置于参照气室内的第一紫外滤光片和参照气室反射棱镜；参照气室内填充有环境气体；第一紫外滤光片用于对准直紫外光进行滤光，并将滤光后的准直紫外光入射至环境气体中；参照气室反射棱镜用于将穿过环境气体的准直紫外光反射至紫外光谱仪；

4.根据权利要求1所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，其特征在于，多点位角锥反射棱镜阵列包括多个位于不同位置的角锥反射棱镜阵列；所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备还包括：设置于紫外聚光模块和多点位角锥反射棱镜阵列之间的多点位角度调节反射镜；多点位角度调节反射镜用于将准直紫外光反射至预定位置的角锥反射棱镜阵列；其中，预定位置的角锥反射棱镜阵列为不同位置的角锥反射棱镜阵列中的一个角锥反射棱镜阵列。

5.根据权利要求4所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，其特征在于，所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备还包括：辅助瞄准模块；辅助瞄准模块包括红外光源和瞄准用望远镜；

6.根据权利要求3所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，其特征在于，所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备还包括：光纤发射接收一体化模块；光纤发射接收一体化模块分别与紫外光源、紫外聚光模块和紫外光谱仪相连接；

7.根据权利要求6所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，其特征在于，紫外滤光模块还包括调节部件，调节部件与第二紫外滤光片驱动连接；调节部件用于调节第二紫外滤光片的位置和角度，使得入射至第二紫外滤光片的准直紫外光的反射光与入射至第二紫外滤光片的穿过待测氯气的准直紫外光的光路不重合。

8.根据权利要求1所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，其特征在于，参照气室模块内填充有标准氯气；

9.一种基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备的工作方法，应用于权利要求1-8任一项所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备，其特征在于，所述基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备的工作方法包括：

10.根据权利要求9所述的基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备的工作方法，其特征在于，对第一吸收光谱图、第二吸收光谱图和第三吸收光谱图进行计算，得到计算用吸收光谱图，具体包括：计算第二吸收光谱图与第三吸收光谱图的和值，并计算第一吸收光谱图与和值的比值，得到计算用吸收光谱图；或者，计算第一吸收光谱图与第二吸收光谱图的差值，并计算差值与第三吸收光谱图的差值，得到计算用吸收光谱图；

技术总结
本申请公开了一种基于紫外差分和开放光程的氯气远距离检测装备及方法，涉及氯气泄漏检测技术领域，设置紫外光源、紫外聚光模块、参照气室模块、多点位角锥反射棱镜阵列、紫外光谱仪和处理器，紫外光谱仪分别生成紫外光的第一吸收光谱图、穿过环境气体的准直紫外光的第二吸收光谱图和穿过待测氯气的准直紫外光的第三吸收光谱图，处理器对第一吸收光谱图、第二吸收光谱图和第三吸收光谱图进行计算，得到计算用吸收光谱图，并提取计算用吸收光谱图的特征参量，将计算用吸收光谱图的特征参量与不同浓度的标准氯气的标准吸收光谱图的特征参量进行比对，确定待测氯气的浓度。本申请能够实现大范围区域氯气同时、快速的高灵敏度检测。

技术研发人员：陈昇,俞跃,侯德鑫,谢国山,贾彤华,李天天,程光旭,王炳捷,韩继鹏,刘志贤
受保护的技术使用者：中国特种设备检测研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5