[0001] 本申请涉及气体浓度监测领域，尤其涉及一种监测设备及监测方法。

[0002] 有毒有害气体泄漏存在于生产生活中，泄露的高浓度气体及进行化学反应后产生的化合物均有可能致人中毒，甚至发生爆炸现象，对人体产生损害，泄露在空气中的气体对自然界其他生物也会带来极大的危害，破坏泄露气体区域内生态的稳定性，因此，对有毒有害气体的泄露监测能够极大地预防有毒气体对生物及环境的危害。

[0003] 在日常生活中，随着燃气设备在生活中的普及，与燃气相关的安全事故频仍，因此，燃气管网的监测系统建设迫在眉睫。与燃气相关的安全事故发生都伴有燃气泄漏事件发生，及时、准确地发现泄漏事件并快速处置是监测系统的关键。目前，常用的监测技术为点式监测，即在每个易泄露有毒气体区域内安装有监测设备。点式监测应用于大范围区域时，需要在大范围区域内设置多点进行监测，并定时对每个监测设备进行查看，不能对大范围区域内整体气体泄漏状况快速了解，监测效率低。

[0052] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

[0053] 有毒有害气体泄漏存在于生产生活中，泄露的高浓度气体及进行化学反应后产生的化合物均有可能致人中毒，甚至发生爆炸现象，对人体产生损害，泄露在空气中的气体对自然界其他生物也会带来极大的危害，破坏泄露气体区域内生态的稳定性，因此，对有毒有害气体的泄露监测能够极大地预防有毒气体对生物及环境的危害。

[0054] 在日常生活中，随着燃气设备在生活中的普及，与燃气相关的安全事故频仍，因此，燃气管网的检测系统建设迫在眉睫。与燃气相关的安全事故发生都伴有燃气泄漏事件发生，及时、准确地发现泄漏事件并快速处置是监测系统的关键。目前，常用的监测技术为点式监测，即在每个易泄露有毒气体区域内安装有监测设备。点式监测应用于大范围区域时，需要在大范围区域内设置多点进行监测，并定时对每个监测设备进行查看，不能对大范围区域内整体气体泄漏状况快速了解，监测效率低。

[0055] 针对上述技术问题，本申请实施例提供一种监测设备及监测方法，旨在解决监测设备在大范围区域内泄露气体的监测效率低的问题。本申请的技术构思是：利用在待监测的一个/多个区域设置对应数量的光程池，通过串联的光纤与光程池得到经过一个/多个待检测区域内空气的激光信号，比较与计算发射的激光信号与接收的激光信号判断是否有气体泄漏。

[0056] 图1为本申请一实施例提供的一种监测装置的应用场景示意图，如图1所示，监测管道40利用连接单元20进行连接，在导通的管道中，传输监测气体60。在监测管道外侧置有监测设备，该监测设备包括光纤10、光程池30和激光收发器70。其中，光程池30的个数为N个，该数量依照监测点的个数进行设置，光纤10用于将N个光程池串联连接后使其第一端与激光收发器70的发射端连接，光纤还用于使其第二端与激光收发器的接收端连接；N个光程池一一对应的安装于监测管道的N个监测点上。在图1所示的应用场景图中，管道上有两个连接单元20，该连接单元为易产生气体泄露的位置，因此，该连接单元周围的区域为监测点，在连接单元20附近安装2个光程池，捕获对应区域内的气体。激光收发器70用于发射可被监测管道40内的监测气体60吸收的第一激光信号，光程池30用于存储从监测点泄露的监测气体60，激光收发器70还用于接收经过光纤10和N个光程池30后返回的第二激光信号。其中，第一激光信号的波长与监测气体的特定吸收波长一致。例如：甲烷是天然气的主要成分，甲烷在近红外波段的吸收峰波长为1653.72nm，因此，将激光收发器发射的第一激光信号的波长设为1653.72nm，作为天然气泄露监测的特定激光信号。

[0057] 当存在气体泄露时，第一激光信号被泄露气体吸收，第二激光信号的波峰小于第一激光信号的波峰。根据第一激光信号和第二激光信号判定是否存在气体泄漏。当发生气体泄漏时，激光收发器70生成报警数据并将其发送至报警单元704，进行报警。其中，报警单元在一实施例中可设在激光收发器70内，在另一实施例中可设在客户端中。

[0058] 在上述实施例中，通过对N个监测点设置对应数量的光程池，并将该光程池通过光纤顺次连接，使得光信号在传输过程中不易丢失，保证检测结果的准确率。此外，激光收发器只需将经过光纤和N个光程池返回的激光信号进行检测，就可以了解到包含N个监测点的区域内是否发生有害气体泄露，而不需要对每个监测点进行单独监测，提高了对有害气体泄漏监测效率。

[0059] 图2为本申请一实施例提供的一种光程池的结构示意图。如图2所示，光程池30设有腔体304、光输入端307、光输出端308以及气体端306，其中，每个腔体304内设有第一准直单元301、第二准直单元302和聚焦单元303。在监测设备中，第一准直单元301、第二准直单元302和聚焦单元303的个数与光程池30的个数相同，均为N个。在图1所示的应用场景图中，该检测设备中设有两个光程池，则该检测设备中存在2个第一准直单元、2个第二准直单元和2个聚焦单元。

[0060] 在一个光程池中，腔体304与光输入端307、光输出端308连通，光纤10的第二端连接光程池的光输入端307，光纤10的第一端连接光程池的光输出端308。第一准直单元301与光程池30的光输入端307连接，第二准直单元302与聚焦单元303连接，聚焦单元303与光程池30的光输出端308连接。

[0061] 激光信号在传播过程中经过光程池时，第一激光信号501从光纤10通过光输入端307射入到腔体304后，第一准直单元301接收入射的第一激光信号501，调整摄入激光信号的发射方向，以将第一激光信号可以从光程池的光输入端307经由腔体发送至光程池的光输出端308。光程池的输出端设有第二准直单元302和聚焦单元303，其中，第二准直单元302接收抵达光程池输出端的第一激光信号501，用于调整第一激光信号501的发射方向，使其传播方向瞄准光程池的输出端，聚焦单元303接收经第二准直单元302调整方向的第一激光信号，对产生散射的第一激光信号进行聚焦，并将第一激光信号通过光程池的光输出端308入射进光纤10中，将再次传输进光纤10中的激光信号记为第二激光信号502，该激光信号将传输进下一个光程池或者抵达激光收发器。其中，第一激光信号的散射是由于传输过程中腔体气体中存在的颗粒引起的。

[0062] 更具体地，第一激光信号在腔体内进行传播时，还可能受到腔体获取的监测点泄露的监测气体的吸收。第一激光信号的波长与监测气体的特定吸收波长之间的关系已在图1所示的实施例中进行解释，此处不再赘述。

[0063] 更具体地，激光信号在检测设备中的传输方向为单向传播。其中，传播方向为激光收发器的激光输出端到激光接收端。

[0064] 更具体地，监测气体60是通过光程池30上的气体端306进入腔体304。监测气体进入腔体的方式为自由扩散。其中，自由扩散是指气体端306不连接任何辅助装置，腔外气体通过气体分子自由运动进入腔体内。

[0065] 在上述实施例中，激光信号在监测装置中的光程池内传播时，通过第一准直单元、第二准直单元和聚焦单元确定激光信号在腔体内的传播路径，从而确保激光信号在监测设备中传递的连续性和监测结果的准确率。

[0066] 图3为本申请一实施例提供的一种监测装置的结构示意图。如图3所示，监测装置包括激光收发器70、光纤10和光程池30。其中，激光收发器70包括发射单元701、接收单元702和控制单元703。光程池包括第一准直单元301、第二准直单元302、聚焦单元303和腔体
304。

[0067] 在激光收发器70中，发射单元701内设有发射端和控制端。发射端作为激光收发器的发射端，用于发射第一激光信号。控制端用于接收控制单元703发送的控制信号，用来在发射端调制生成第一激光信号，控制信号包括锯齿波波长调节信号和正弦调谐信号。发射端利用锯齿波调谐生成泄露气体对应的特定吸收波长的激光信号。

[0068] 更具体地，发射端包括可调谐二极管。在另一实施例中，控制单元703生成并向可调谐二极管发送锯齿波调谐信号，使得可调谐二极管生成第二预设范围内第一激光信号。其中，第二预设范围是指监测气体的特征吸收谱线范围。

[0069] 接收单元702设有接收端和输出端。接收端作为激光收发器的接收端，用于接收第二激光信号，并根据第二激光信号生成第二电信号。

[0070] 更具体地，接收端包括光电探测器，用于将接收到的激光信号转化为具有一定波长的电信号。输出端将接收端转化的电信号发送到控制单元703，以实现控制单元对电信号的变化检测。

[0071] 控制单元703与发射单元701的控制端连接，其还与接收单元702的输出端连接，用于生成控制发射单元701生成第一激光信号的第一电信号，还用于获取接收单元发送的第二电信号，并根据第一电信号和第二电信号判定是否存在气体泄漏，以及在判定存在气体泄漏且被监测气体的泄漏浓度在第一预设范围时，生成报警信号。

[0072] 更具体地，监测设备对气体泄漏的判定是通过对第一电信号和第二电信号进行锁相检测获得的检测结果处理得到的。其中，锁相检测是指对第一电信号和第二电信号通过锁相放大器进行相敏解调获取携带气体浓度信息的谐波信号。在检测结果中，携带气体浓度信息的谐波信号包含多次谐波信号，其中，多次谐波信号包括一次谐波和二次谐波信号。由于高次谐波信号的幅值较低，不利于检测，一般对一次谐波和二次谐波信号进行处理。

[0073] 更具体地，对一次谐波和二次谐波信号的处理方式为浓度反演计算，获得腔体内被监测气体的泄露浓度，其中，浓度反演计算为现有技术，此处不再赘述。当泄露浓度大于第一预设浓度时，生成报警信号；当泄漏浓度小于或等于第一预设浓度且大于第二预设浓度时判定存在气体泄漏。其中，第一预设浓度是指泄露气体的浓度到达危害人体及环境的浓度，第二预设浓度是指监测点处监测气体的浓度正常范围的最大值。

[0074] 更具体地，生成报警信号包括但不限于蜂鸣预警、信号灯预警、向客户端发送消息预警。

[0075] 在上述实施例中，控制单元通过对发射单元发射的激光信号和接收单元接收的激光信号进行处理与计算，得到激光信号经过一个/多个光程池所处环境内有害气体的泄露浓度，实现对有害气体的有效监测，并提高多区域泄露情况的获取效率。

[0076] 图4为本申请一实施例提供的一种监测方法的流程图。在图1至图3的基础上，如图4所示，以激光收发器为执行主体，本实施例的方法可以包括如下步骤：

[0077] S401、激光收发器接收经过光纤和N个光程池后返回的第二激光信号。

[0078] 更具体地，第二激光信号是第一激光信号在光纤和N个光程池中顺次传播中经光程池中获取的泄露气体吸收后得到的。其中，可被监测管道内吸收的第一激光信号是激光收发器生成并发射的，光程池用于在监测点上有监测气体泄漏时吸收部分第一激光信号。

[0079] 更具体地，激光收发器生成并发射第一激光信号是指激光收发器中的控制单元向发射单元发射锯齿波波长调节电信号和正弦调谐电信号，发射单元根据获取的电信号调制生成第一激光信号，并将该光信号发射进与激光收发器相连接的光纤。

[0080] S402、激光收发器根据第一激光信号和第二激光信号判定是否存在气体泄漏。

[0081] 更具体地，气体是指监测气体。

[0082] 更具体地，激光收发器根据第一激光信号和第二激光信号分别获取对应的第一电信号和第二电信号，通过对第一电信号和第二电信号进行锁相检测与浓度反演，获取气体泄露的浓度。

[0083] S403、激光收发器在判定存在气体泄漏且被监测气体的泄露浓度大于第一预设浓度时，生成报警信号。

[0084] 更具体地，第一预设浓度是指泄露气体的浓度到达危害人体及环境的浓度。

[0085] 在上述实施例中，激光收发器通过对第一激光信号和第二激光信号进行处理，判断气体是否发生泄漏，并设定第一预设浓度，对超过预设浓度的情况进行报警，提高信息反馈的效率与气体泄漏的处理效率。

[0086] 图5为本申请一实施例提供的一种监测方法的流程图，本实施例提供的检测方法以控制单元为执行主体，其中，激光收发器包括发射单元、接收单元以及控制单元。在图1至图3的基础上，如图5所示，本实施例的方法可以包括如下步骤：

[0087] S501、控制单元用于生成控制发射单元生成第一激光信号的第一电信号。

[0088] 更具体地，第一电信号包括：锯齿波波长调节电信号和正弦调谐电信号。

[0089] 更具体地，控制单元生成第一电信号并控制发射单元生成第一激光信号的过程已在步骤S401中详细解释，此处不再赘述。

[0090] S502、控制单元接收经过光纤和N个光程池后返回的第二激光信号生成的第二电信号。

[0091] 更具体地，第二激光信号的获取已在步骤S401中详细解释，此处不再赘述。

[0092] 更具体地，第二电信号是通过光电探测器获取的。其中，光电探测器中设有光敏电阻，光敏电阻根据接收到的第二激光信号改变阻值，从而影响光电探测器中的电信号。

[0093] S503、控制单元根据第一电信号和第二电信号进行锁相检测获得检测结果。

[0094] 更具体地，控制单元中包括锁相放大器。锁相检测是指控制单元对第一电信号和第二电信号在锁相放大器进行相敏解调获取携带气体浓度信息的谐波信号。

[0095] 更具体地，第一电信号是从步骤S501中获取的，第二电信号是从步骤S502中获取的。

[0096] S504、控制单元根据检测结果，获得多次谐波信号。

[0097] 更具体地，多次谐波信号中包括一次谐波和二次谐波信号。

[0098] S505、控制单元对一次谐波和二次谐波信号进行浓度反演计算，获得气体的泄露浓度。

[0099] 更具体地，其中，浓度反演计算为现有技术，此处不再赘述。

[0100] 更具体地，在获取气体浓度之后，控制单元将该气体浓度与第一预设浓度和第二预设浓度进行比较，当泄露浓度大于第一预设浓度时，生成报警信号；当泄漏浓度小于或等于第一预设浓度且大于第二预设浓度时判定存在气体泄漏。

[0101] 在上述实施例中，控制单元通过对产生第一激光信号的第一电信号和接收第二激光信号的第二电信号进行锁相检测获得谐波信号，对谐波信号进行浓度反演，获取气体的泄露浓度，并设置第一预设阈值和第二预设阈值，分别对气体泄漏的严重情况进行划分，有助于处理方案依照严重情况进行制定，提高气体泄漏的处理效率。

[0102] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

[0103] 应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。