ЛАЗЕРНЫЙ ЛОКАТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ГАЗА

Известно дистанционное устройство обнаружения малых концентраций газов, содержащее два непрерывных инфракрасных лазера с близкими длинами волн излучения, общие модулятор, коллиматор и оптическую систему, а также сопряженный с обследуемым объектом телескоп с установленным в его фокусе приемником излучения [1]. В данном устройстве длина волны излучения одного лазера совпадает с линией поглощения газа, а другой лазер имеет длину волны излучения, близкую, но не совпадающую с линией поглощения газа. Оба луча отражаются зеркальной системой на общие модулятор и коллиматор, а затем направляются на обследуемый объект. После отражения от земли излучение попадает в телескоп и фокусируется на приемнике излучения. При появлении возле объекта газа, являющегося основным компонентом природного газа, транспортируемого по магистральному газопроводу (МГ), луч от одного лазера поглощается, а от другого нет, и после обработки этих сигналов электронный блок фиксирует утечку.
Недостатком данного устройства является то, что у него затруднена настройка модулятора, который должен обеспечивать разный режим модуляции для каждого лазера и, кроме того, сложно настраивать зеркальную систему. Настройка к тому же может нарушиться из-за значительных вибраций, свойственных летательным аппаратам (самолетам, вертолетам).
Известен вертолетный лазерный локатор утечек газа из магистральных газопроводов «Аэропоиск-3», который содержит два непрерывных инфракрасных лазера с близкими длинами волн излучения, модулятор на выходе каждого лазера, зеркальную систему для отражения лазерных лучей на общее лазерное зеркало, отражающее инфракрасные лучи на объект, телескоп, оптически сопряженный с объектом, приемник излучения, размещенный в фокусе телескопа, и электронный блок [2]. В этом устройстве каждый лазер имеет свой модулятор, управляемый электронным блоком, но оптическая система также сложна в настройке, так как на нее зеркальной системой подаются лучи от двух лазеров. Для этого один из лазеров дополнительно содержит два зеркала для направления его луча на общее лазерное зеркало, что усложняет настройку, а также снижает надежность устройства из-за возможности сбить эту настройку.
Вышеупомянутым устройствам свойственен общий недостаток, связанный с тем, что лазерные инфракрасные лучи являются невидимыми и их след незаметен на земле, поэтому усложняется идентификация места утечки. Самолет или вертолет колеблется при полете, инфракрасные лучи уходят в сторону, а это приводит к неточностям в обнаружении места утечки газа или даже к их пропуску. По этой причине приходится дополнительно выполнять наземные работы по уточнению места утечки газа, которые являются трудоемкими и дорогими, особенно если их приходится выполнять на болотистой местности или в тайге. Существует много мест, где рядом проложено несколько газопроводов; в этом случае также необходима точная идентификация места утечки газа, поскольку утечки из соседнего газопровода могут повлиять на результаты обследуемой трассы МГ.
Наиболее близким техническим решением является локатор утечек газа для обнаружения утечек газа из объекта на земле, содержащий два непрерывных инфракрасных лазера с близкими длинами волн излучения, модулятор на выходе каждого лазера, лазерное зеркало, отражающее инфракрасные лучи на объект, телескоп, оптически сопряженный с объектом, приемник излучения, размещенный в фокусе телескопа и электронный блок, отличающийся тем, что на выходе каждого инфракрасного лазера после модулятора установлены лазер с красным лучом и зеркало красного луча, оптически сопряженные с лазерным зеркалом и объектом [3].
Недостатком прототипа является то, что вибрации корпуса летательного аппарата передаются на устройство и негативно сказываются на работе оптической системы устройства. Линейное и/или угловое смещение лазерных зеркал или приемника инфракрасного излучения приводит к нестабильной работе устройства и требует настройки и юстировки элементов оптической системы. Юстировка может быть произведена только в лабораторных условиях, что существенно затрудняет работу с устройством. Кроме того, воздействие вибрации на остальные узлы и компоненты устройства значительно снижает его надежность.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанного недостатка прототипа, а именно подавление влияния вибрации летательного аппарата на устройство и как следствие - увеличение срока безотказной эксплуатации устройства.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата лазерный локатор для обнаружения утечек газа из газопроводов, размещенный на летательном аппарате, содержит два инфракрасных лазерных излучателя с близкими длинами волн излучения, модуляторы, установленные на выходе каждого излучателя, два лазерных излучателя с видимым излучением (красного света), зеркала, отражающие видимые лазерные лучи, лазерные зеркала, отражающие инфракрасные и видимые лазерные лучи на объект, телескоп, оптически сопряженный с системой лазерных зеркал и объектом, приемник инфракрасного излучения, расположенный в фокусе телескопа, блок электроники, при этом лазерный локатор конструктивно выполнен в виде моноблока, связанного с корпусом летательного аппарата посредством амортизационно-демпферной системы с возможностью исключения воздействия вибрации силовой установки и привода винтов летательного аппарата на элементы локатора, причем амортизационно-демпферная система расположена, по меньшей мере, с одной стороны моноблока. Для установки устройства на различные типы летательных аппаратов, оборудованных люком, может применяться универсальный механический адаптер.
Каждый инфракрасный лазерный излучатель содержит собственные модулятор, лазерный излучатель красного луча с видимым излучением, зеркало красного луча и лазерное зеркало, что позволяет выполнить его в виде единого блока, настройка и юстировка которого может быть произведена и зафиксирована в стендовых условиях. Лазер красного луча позволяет сделать видимым след луча на земле, что дает возможность пилоту летательного аппарата корректировать трассу полета над газопроводом таким образом, чтобы не вывести луч устройства за пределы изучаемого объекта. Для оператора это дает возможность зафиксировать исследуемый участок при появлении сигнала на электронном приборе и точно установить место утечки газа из газопровода, обеспечив точную привязку места утечки к местности (например, с помощью устройства спутниковой ориентации).
Необходимость применения амортизационно-демпферного механизма вызвана воздействием вибрации корпуса летательного аппарата на устройство. В первую очередь речь идет о низкочастотных вибрациях, частота которых лежит в диапазоне от 2 до 20 Гц и которые вызывают смещение лазерных зеркал и/или приемника инфракрасного излучения. Кроме того, воздействие вибрации на остальные узлы и компоненты устройства значительно снижает его надежность.
Для подавления вибраций предлагается выполнять устройство в виде моноблока, что придаст конструкции устройства большую жесткость, а также позволит дополнительно зафиксировать положение отдельных компонентов устройства друг относительно друга, прежде всего элементов оптической системы. Моноблок связан с корпусом летательного аппарата посредством амортизационно-демпферной системы с возможностью исключения воздействия вибрации силовой установки и привода винтов летательного аппарата на элементы локатора. Амортизационно-демпферная система расположена, по меньшей мере, с одной стороны моноблока; при необходимости, возможно расположение указанной системы и с нескольких сторон моноблока.
Дополнительно устройство может включать в себя универсальный механический адаптер для установки на летательный аппарат, оборудованный люком.
Полезная модель поясняется прилагаемым чертежом, на котором представлена схема устройства (Фиг.1).
Устройство содержит инфракрасные лазерные излучатели 5 и 6 с разными длинами волны излучения, испускающие инфракрасные лазерные лучи 3 и 4, модуляторы 7 и 8, лазерные зеркала 9 и 10, зеркала красного луча 11 и 12, лазерные излучатели красного луча с видимым излучением 16 и 17, телескоп 13 с приемником излучения 14, блок электроники 15, амортизационно-демпферную систему 19.
Устройство работает следующим образом. Один из инфракрасных лазерных излучателей, например, излучатель 5, непрерывно излучает колебания на длине волны 3, которые поглощаются газом, а инфракрасный лазерный излучатель 6 излучает колебания на длине волны 4, близкой к длине волны инфракрасного лазерного излучателя 5, но не поглощаемой газом. После модуляции в модуляторах 7 и 8 и отражения от лазерных зеркал 9 и 10 инфракрасные лучи попадают в газовое облако 1, образуемое при истечении газа из объектов на земле (из газопровода 2). Отраженные от земли (топографический отражатель 18) сигналы инфракрасных лазерных излучателей 5 и 6 попадают на зеркало телескопа 13 и фокусируются на приемнике излучения 14, который преобразует сигналы от лазеров 5 и 6 в электрические сигналы, и направляются в блок электроники 15, производящий обработку сигнала и выдачу результата на регистратор, входящий в блок электроники 15. Кроме того, блок электроники 15 также управляет работой инфракрасных лазерных излучателей 5 и 6, модуляторов 7 и 8 и лазерных излучателей красного луча с видимым излучением 16 и 17. Лазерные излучатели красного луча с видимым излучением 16 и 17 через зеркала красного луча 11 и 12 и лазерные зеркала 9 и 10 направляют свое излучение на землю и оставляют на ней «пятна» красного цвета (при настройке устройства оба «пятна» совмещаются), что дает возможность пилоту воздушного судна правильно следовать по трассе газопровода. Это «пятно» позволяет точно идентифицировать место утечки газа, так как при поступлении сигнала от регистратора о наличии течи из газопровода это место отмечается на карте трассы газопровода и осуществляется «привязка» этого места к характерным признакам местности или на технологической схеме МГ, что позволит наземным ремонтным службам точно определить место утечки. Применение амортизационно-демпферной системы 19, расположенной, по меньшей мере, на одной стороне моноблока, практически исключает воздействие вибрации воздушного судна на устройство, что увеличивает срок безотказной эксплуатации устройства.
Предлагаемое техническое решение позволяет сократить время, затрачиваемое на поиск места утечки газа, а также - за счет выполнения устройства в виде моноблока и применения амортизационно-демпферной системы для установки моноблока на летательный аппарат - увеличивает точность определения места утечки и повышает надежность и срок эксплуатации устройства с одновременным уменьшением необходимости периодической настройки и юстировки оптической системы, которая может быть произведена только в лабораторных условиях.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Заявка на изобретение 1985438/26-9 от 3 января 1974г."Дистанционное устройство обнаружения малых концентраций", класс МКИ G01S 9/62.
2. Паспорт, техническое описание и инструкция по эксплуатации на вертолетный лазерный локатор утечек метана из магистральных газопроводов "Аэропоиск-3", 1990 г. Тюменский госуниверситет.
3. Полезная модель Российской Федерации №51745 «Локатор утечек газа «ЛУГ»», класс МКИ G01N 21/61.