ЛАЗЕРНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к устройствам, определяющим утечку газообразных углеводородов из техногенных объектов, например, из магистральных трубопроводов, хранилищ продуктов химического производства и т.п., установленным на летательных аппаратах, в частности на вертолетах, и входящим в комплекс бортового оборудования.
В настоящее время известны приборы, обеспечивающие контроль выброса газа, определяющие координаты мест утечек, состав газовой смеси и ее концентрации, установленные на вертолетах.
Например, в патенте №2.086.959 «Авиационный лазерный газоанализатор для обнаружения утечек из трубопроводов» кл. МПК G 01 №21/39 повышение точности определения координат мест утечки, расширение функциональных возможностей и динамического диапазона измерений осуществляется за счет применения двух лазеров, работающих
на длине волны в диапазоне 3,1-3,6 мкм, оптически сопряженных с блоком формирования и вывода излучения, а также за счет установленного за ними на оптической оси блока пространственного сканирования излучения, связанного через облучаемый участок земной поверхности со входом приемной оптической системы.
6
В патенте №2.091.759 «Авиационное устройство для обнаружения утечек газа из трубопроводов» кл. МПК G 01 №21/39 для решения практически тех же задач, что и в указанном патенте №2.086.959, в систему обнаружения выброса газа установлен блок формирования температурного контраста участка земной поверхности вблизи трубопровода, превышающего по своим размерам облучаемый лазерным излучением участок земной поверхности, подключенный через коммутатор к блоку обработки поля температурного контраста, соединенному с блоком визуализации.
Технические решения, представленные в патентах, не дают возможности определить конкретные координаты мест утечки различных продуктов из техногенных объектов и не обеспечивают безопасность полета вертолета в условиях ограниченной видимости при проведении воздушного патрулирования. Использование излучения на длине волны 3,1-3,6 мкм вызывает необходимость применения охлаждающих средств в приемном тракте и специальной дорогостоящей германиевой оптики, которая по своим характеристикам имеет ограничения в эксплуатации в заданных условиях. Кроме того, конструкция таких газоанализаторов
заданных условиях. Кроме того, конструкция таких газоанализаторов обладает значительным весом и габаритами, что имеет немаловажное значение для бортового оборудования летательного аппарата.
Поэтому целью данного изобретения является обнаружение мест утечки и определение концентрации химических веществ в трубопроводах при проведении воздушного патрулирования техногенных объектов, а также уменьшения веса и габаритов прибора, входящего в комплект бортового оборудования, хранилищах, цистернах и т.д., обеспечение безопасности полета.
Для достижения поставленной цели в передающем тракте установлен полупроводниковый лазер, работающий в импульсно-периодическом режиме на длине волны λ=1,65±0,01 мкм, подключенный к оптическому усилителю, увеличивающему выходную мощность излучаемого сигнала, посылаемого на исследуемую поверхность, отраженного от нее и поступающего в приемный тракт, на выходе которого установлен блок стробирования приемника, выделяющий конкретное зондирующее излучение, отраженное от исследуемой поверхности из излучения, рассеянного в атмосфере и передающий сигнал в блок управления приемо-передающего тракта.
На рис.1 представлена схема лазерного газоанализатора для обнаружения утечек газообразных углеводородов из техногенных объектов
Представленный на рис.1 газоанализатор содержит блок 1 управления приемопередающего тракта, блок передающего тракта 2,
волны λ=1,65±0,01 мкм, оптического изолятора 5, оптического квантового изолятора 6, коллиматора 7, блока 8 контроля положения центра полосы излучения; блок 9 приемного тракта, состоящий из оптической приемной системы 10, приемника 11 и блока стробирования 12.
Работа газоанализатора осуществляется следующим образом:
С блока 1 управления приемопередающего тракта подается команда на запуск лазера 4 через блок питания 3. Лазер 4 блока 2 передающего тракта излучает последовательность зондирующих импульсов, поступающих на блок 8 контроля положения центра полосы излучения и через оптический изолятор 5 на оптический квантовый усилитель 6, выходное излучение которого поступает через коллиматор 7 на трассу измерения. Пройдя трассу измерения, излучение, отразившись от исследуемой поверхности и пройдя трассу измерения обратно, попадает в оптическую систему 10 блока 9 приемного тракта, на выходе которого установлен блок стробирования 12, выделяющий сигнал с приемника 11, который поступает в блок 1 управления приемопередающего тракта.
Природно-климатические условия районов Крайнего Севера России создают проблемы по обслуживанию объектов нефтегазовой отрасли, одной из которых является контроль состояния магистральных трубопроводов, осуществляемый с помощью вертолетной авиации.
Всепогодная система дистанционного зондирования, проводимая с целью диагностики технического состояния газо- и нефтетрубопроводов, и
Всепогодная система дистанционного зондирования, проводимая с целью диагностики технического состояния газо- и нефтетрубопроводов, и устанавливаемая на вертолетах, должна отвечать требованиям четкого определения мест утечки газо- и нефтепродуктов, аварий и т.п., и, кроме того, по своим весовым и габаритным характеристикам вписываться в комплекс бортового оборудования. В представленном газоанализаторе эта задача решена благодаря использованию полупроводникового лазера с длиной волны λ=1,65±0,01 мкм.
Преимуществами использования такого лазера являются:
- в системе обнаружения утечек могут быть использованы широко применяемые в науке и промышленности традиционные приемники и оптические системы в приемном тракте, а это значительно снижает стоимость прибора по сравнению с известными газоанализаторами, в которых используется дорогостоящая германиевая оптика, имеющая ограничения в эксплуатации в условиях ограниченной видимости;
- отсутствие охлаждающих средств, которые применяются при использовании германиевой оптики в приемном тракте, позволяет снизить весовые и габаритные характеристики, что является существенно важным для бортового оборудования вертолета;
поверхности, несет информацию о дальности до отражающей поверхности, что позволяет обнаружить препятствие на трассе зондирования за счет увеличения частоты съема информации и соответственно принять меры по обеспечению безопасности полета.
Применение в газоанализаторе стробирования приемника позволяет выделить излучение, отраженное от исследуемой поверхности от излучения, обусловленного обратным рассеянием в атмосфере, что является принципиально важным в условиях ограниченной видимости.