(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 202210950127.4 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 清华大学合肥公共安全研究院 地址 230601 安徽省合肥市经济技 术开发 区翡翠路398号2108室 (72)发明人 袁宏永　程跃　殷松峰　周扬　 梁光华　檀剑飞　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 李雪静 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 激光甲烷探测模组 (57)摘要 本发明公开了一种激光甲烷探测模组， 包括 气室、 激光器、 光电探测器和MCU主控芯片。 所述 气室设有开口和空腔， 所述开口将所述空腔与外 界连通； 所述激光器和所述光电探测器安装在所 述气室上； 所述MCU主控芯片与所述激光器和所 述光电探测器电连接； 工作时， 所述MCU主控芯片 控制所述激光器产生脉冲激光， 所述脉冲激光在 所述空腔中传播射到所述光电探测器， 使得所述 光电探测器产生探测 信号， 所述探测 信号为甲烷 吸收光谱积分面积， 所述MCU主控芯片利用吸收 光谱积分面积浓度解调法对所述探测信号进行 处理， 得到所述空腔中甲烷浓度。 本发明探测功 耗低、 精度高。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 115219446 A 2022.10.21 CN 115219446 A 1.一种激光甲烷探测模组， 其特 征在于， 包括： 气室， 所述气室 设有开口和空腔， 所述 开口将所述空腔与外界连通； 激光器， 所述激光器安装在所述气室上； 光电探测器， 所述 光电探测器安装在所述气室上； MCU主控芯片， 所述M CU主控芯片与所述激光器和所述 光电探测器电连接； 工作时， 所述MCU主控芯片控制所述激光器产生脉冲激光， 所述脉冲激光在所述空腔中 传播射到所述光电探测器， 使得所述光电探测器产生探测信号， 所述探测信号为甲烷吸收 光谱积分面积， 所述MCU主控芯片利用吸收光谱积分面积浓度解调法对所述探测信号进行 处理， 得到所述空腔中甲烷浓度。 2.根据权利要求1所述的激光甲烷探测模组， 其特征在于， 所述MCU主控芯片通过低功 耗脉冲调制信号系列控制所述激光器产生所述脉冲激光。 3.根据权利要求2所述的激光甲烷探测模组， 其特征在于， 所述脉冲调制信号中的每个 调制脉冲包 含两个调制锯齿 波。 4.根据权利要求3所述的激光甲烷探测模组， 其特征在于， 相邻的所述调制脉冲之间的 时间间隔是单个所述调制脉冲的宽度的40～6 0倍。 5.根据权利要求1所述的激光甲烷探测模组， 其特征在于， 所述吸收光谱积分面积浓度 解调法为根据探测模组浓度与吸收光谱积分面积的线性标定对所述探测信号进行解调， 得 到所述空腔中甲烷浓度。 6.根据权利要求1所述的激光甲烷探测模组， 其特征在于， 还包括至少一个反射镜， 所 述反射镜安装在所述空腔的内壁上， 所述激光器发出的所述脉冲激光通过所述反射镜反射 到所述光电探测器。 7.根据权利要求6所述的激光甲烷探测模组， 其特 征在于， 所述反射镜为镀金反射镜 。 8.根据权利要求6述的激光甲烷探测模组， 其特征在于， 还包括激光器温控芯片， 所述 激光器温控芯片用于精确控制所述激光器的温度。 9.根据权利要求1 ‑8中任意一项所述的激光甲烷探测模组， 其特征在于， 还包括电路板 和底壳， 所述电路板上安装有所述MCU主控芯片、 所述激光器温控芯片、 所述激光器和所述 光电探测器， 所述气室固定在所述电路板上， 所述电路板固定在所述底壳上。 10.根据权利要求9所述的激光甲烷探测模组， 其特征在于， 所述气室采用铝材料加工， 所述气室表面采用电泳技术电镀黑色耐腐蚀和 抗氧化层； 所述反射镜采用镀金反射镜； 所 述电路板采用聚氨酯进行灌胶处理； 所述底壳采用铝材料， 所底壳的外表面喷砂后静电喷 涂一层特氟龙 材料。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115219446 A 2激光甲烷探测模组 技术领域 [0001]本发明涉及 地下相邻空间燃气泄漏探测技术领域， 尤其是涉及 一种激光甲烷探测 模组。 背景技术 [0002]甲烷(CH4)是城市燃气管网和工业化工园区等领域天然气的主要组成部分， 在空 气中的爆 炸极限为5％～15％， 在9.5％左右爆炸最为剧烈。 近年来， 针对严重的燃气爆 炸事 故， 确定合肥、 沈阳、 南京、 青岛等18个城市作为国家城市安全风险综合监测预警工作体系 建设试点， 未来， 预计在全国3 00个以上的城市(区)进行推广应用。 [0003]城市地下相邻空间燃气泄漏探测环境恶劣， 如温度变化范围大、 高湿、 易腐蚀和氧 化等， 且燃气泄漏监测仪需采用电池供电， 要满足可连续使用三年以上不更换电池。 传统的 甲烷气体检测模组如半导体式气体探测、 电化学式、 接触式气敏传感等， 它们固有的缺点诸 如检测灵敏度低、 精度低、 响应慢、 寿命短(通常寿命1 ‑2年)、 不耐腐 蚀和抗氧化等， 在城市 地下相邻空间燃气泄漏实时在线探测中， 难以满足其恶劣环境条件应用要求。 激光甲烷探 测模组基于激光吸收光谱技术采用DFB激光器作为探测光源并结合低功耗调制技术， 可实 现低功耗， 长寿命(六年以上)， 高灵敏， 高精度等甲烷探测， 但目前， 市面上现有的这类激光 甲烷探测模组功 耗较高， 不 耐腐蚀和抗氧化， 此外， 高灵敏和高精度激光甲烷探测产品尺 寸 大， 结构不紧凑， 无法满足目前城市地下相邻空间恶劣环境条件下燃气泄漏实时在线探测 的应用需求。 发明内容 [0004]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。 为此， 本发明的一个目的 在于提出一种激光甲烷探测模组， 探测方便、 功耗低、 精度高。 [0005]根据本发明实施例的激光甲烷探测模组， 包括： [0006]气室， 所述气室 设有开口和空腔， 所述 开口将所述空腔与外界连通； [0007]激光器， 所述激光器安装在所述气室上； [0008]光电探测器， 所述 光电探测器安装在所述气室上； [0009]MCU主控芯片， 所述M CU主控芯片与所述激光器和所述 光电探测器电连接； [0010]工作时， 所述MCU主控芯片控制所述激光器产生脉冲激光， 所述脉冲激光在所述空 腔中传播射到所述光电探测器， 使得所述光电探测器产生探测信号， 所述探测信号为甲烷 吸收光谱积分面积， 所述MCU主控芯片利用吸收光谱积分面积浓度解调法对所述探测信号 进行处理， 得到所述空腔中甲烷浓度。 [0011]根据本发明实施例的激光甲烷探测模组， 具有如下的优点： 第一、 所述气室采用开 方式结构， 可以方便外界气体进入 所述空腔中进行甲烷浓度探测； 第二、 由于所述MCU  主控 芯片实时控制所述激光器产生脉冲激光， 相对于传统激光甲烷探测模组中激光器产生的连 续激光而言， 可以大大地降低激光甲烷探测模组的功 耗， 也就是说， 本实施例的激光甲烷探说　明　书 1/6 页 3 CN 115219446 A 3