技术领域
[0001] 本
发明涉及光电分析，尤其涉及室内检测装置及方法。
背景技术
[0002] 目前，甲烷遥测仪在
天然气泄漏检测中得到了广泛应用，遥测仪采用的基本原理为：通过接收、分析待测区域内气体吸收后的且被墙面反射的光
信号，从而获得光路径上的待测气体信息。为了定量表述待测区域内的甲烷的绝对浓度，需同时测量遥测仪到墙面的距离以及在此路径上的甲烷吸收信号。传统的测距
光源采用可发射650nm光的
激光器，探测器采用
硅材料，而遥测仪的光源采用可发射1651nm光的激光器，探测器采用铟镓砷材料。该类型遥测仪具有诸多不足，如：
[0003] 1.结构复杂，需要配备两套光学系统，分别用于测距及吸收信号，重达5公斤左右，如美国汉斯的遥测仪重达5.8公斤；
[0004] 2.无法用于楼宇内各层室内气体的检测。对于具有
窗户的室内遥测，
现有技术无法确定玻璃窗到墙面的距离，也即无法获得室内的气体含量；
[0005] 对于楼宇二层以上的室内气体的检测，现有遥测仪无能为
力。
发明内容
[0006] 为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种
精度高、结构简单、低成本、应用领域广、功能强的室内气体的检测装置。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] 室内气体的检测装置，所述室内气体的检测装置包括：
[0009] 一个光源，仅有的一个光源用于发出脉冲
光信号和测量光，所述测量光的
波长覆盖室内待测气体的吸收谱线；
[0010] 一个探测器，仅有的一个探测器用于将接收到的被室内不同反射物反射回来的脉冲光信号转换为第一组
电信号、以及将接收到的经室内待测气体吸收后并被室内反射物反射回来的测量光转换为第二电信号，并传送到分析模
块；
[0011] 分析模块，所述分析模块根据所述探测器得到第一组电信号的时间差得出距离d；以及根据吸收
光谱技术得出室内待测气体的含量C：
[0012]
[0013] d为室内窗户到
墙壁的距离；K为标定系数；b0为零点系数；V2f为气体吸收二次谐波信号的强度；V1f为气体吸收一次谐波信号的强度；S(T)为吸收谱线的
温度变化函数；B(P,T)为吸收谱线温度压力补偿关系函数。
[0014] 根据上述的室内气体的检测装置，优选地，所述待测气体为甲烷。
[0015] 根据上述的室内气体的检测装置，可选地，所述室内气体的检测装置进一步包括：
[0016] 无人机，所述一个光源、探测器安装在所述无人机上。
[0017] 根据上述的室内气体的检测装置，优选地，所述分析模块设置在监控室或监控车内；所述探测器通过无线方式将输出的电信号传送到所述分析模块。
[0018] 根据上述的室内气体的检测装置，优选地，所述一个光源为激光器。
[0019] 本发明的目的还在于提供了一种高精度、应用领域广、功能强大的室内气体的检测方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现：
[0020] 室内气体的检测方法，所述室内气体的检测方法包括以下步骤：
[0021] (A1)仅有的一个光源发出脉冲光信号，所述脉冲光信号分别被室内的窗户和墙壁反射，被仅有的一个探测器接收并转换为第一组电信号，并传送到分析模块；
[0022] 所述一个光源发出的测量光射入室内，待测气体吸收后的测量光被所述墙壁反射，被所述一个探测器接收并转换为第二电信号，并传送到分析模块；
[0023] (A2)分析模块根据所述探测器得到第一组电信号的时间差得出距离d；以及根据吸收光谱技术得出室内待测气体的含量C：
[0024]
[0025] d为室内窗户到墙壁的距离；K为标定系数；b0为零点系数；V2f为气体吸收二次谐波信号的强度；V1f为气体吸收一次谐波信号的强度；S(T)为吸收谱线的温度变化函数；B(P,T)为吸收谱线温度压力补偿关系函数。
[0026] 根据上述的室内气体的检测方法，可选地，在步骤(A1)中，无人机携带所述一个光源、探测器并飞到室外，所述一个光源发出的光射入室内。
[0027] 根据上述的室内气体的检测方法，优选地，所述分析模块设置在监控室或监控车内；所述探测器通过无线方式将输出的电信号传送到所述分析模块。
[0028] 根据上述的室内气体的检测方法，优选地，所述分析模块安装在所述无人机上，通过无线方式将所述待测气体的含量C传送到监控室或监控车。
[0029] 根据上述的室内气体的检测方法，可选地，所述室内气体的检测方法进一步包括以下步骤：
[0030] (A3)若待测气体的含量C不为零，且呈递增趋势，提示报警，并将含量信息发送到业主的通信终端上。
[0031] 根据上述的室内气体的检测方法，优选地，所述待测气体为甲烷。
[0032] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
[0033] 1.检测精度高
[0034] 利用仅有的一套光学系统(仅一个光源、一个探测器)准确地测得室内窗户到墙面的距离，也即，可以准确地测得室内待测气体的含量；
[0035] 2.结构简单、低成本
[0036] 仅使用一套光学系统即可测出室内窗户到墙面的距离以及光学路径上待测气体对测量光的吸收，显著地降低了遥测仪的复杂度及成本，提高了可维护程度；
[0037] 3.应用领域广
[0038] 将仅有的一套光学系统安装在无人机上，无人机飞到不同的高度，从而通过遥测测得不同楼层内室内气体的含量，拓展了应用领域；
[0039] 4.功能强大
[0040] 测得的含量信息可实时发送到业主的通信终端上，即使在外也可知晓室内气体的含量，及早发现天然气泄漏信息，排除安全隐患。
附图说明
[0041] 参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
[0042] 图1是根据本发明
实施例的室内气体的检测装置的基本结构图。
具体实施方式
[0043] 图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由
权利要求和它们的等同物限定。
[0044] 实施例1：
[0045] 图1示意性地给出了本发明实施例的室内气体的检测装置的基本结构图，如图1所示，所述室内气体的检测装置包括：
[0046] 一个光源，仅有的一个光源用于发出脉冲光信号和测量光，所述测量光的波长覆盖室内待测气体(如甲烷，天然气的主要成分是甲烷)的吸收谱线；所述光源优选
半导体激光器；
[0047] 一个探测器，仅有的一个探测器用于将接收到的被室内不同反射物反射回来的脉冲光信号转换为第一组电信号、以及将接收到的经室内待测气体吸收后并被室内反射物反射回来的测量光转换为第二电信号，并传送到分析模块；
[0048] 分析模块，所述分析模块根据所述探测器得到第一组电信号的时间差得出距离d；以及根据吸收光谱技术得出室内待测气体的含量C：
[0049]
[0050] d为室内窗户到墙壁的距离；K为标定系数；b0为零点系数；V2f为气体吸收二次谐波信号的强度；V1f为气体吸收一次谐波信号的强度；S(T)为吸收谱线的温度变化函数；B(P,T)为吸收谱线温度压力补偿关系函数。
[0051] 为了检测不同楼层室内气体的含量，进一步地，所述室内气体的检测装置进一步包括：
[0052] 无人机，所述一个光源、探测器安装在所述无人机上，无人机飞到不同的楼层高度，从而检测不同楼层室内气体的含量。
[0053] 为了降低无人机的载重量以提高无人机的续航能力，进一步地，所述分析模块设置在监控室或监控车内；所述探测器通过无线方式将输出的电信号传送到所述分析模块。
[0054] 本发明实施例的室内气体的检测方法，也即上述检测装置的工作过程，所述室内气体的检测方法包括以下步骤：
[0055] (A1)仅有的一个光源发出脉冲光信号，所述脉冲光信号分别被室内的窗户和墙壁反射，被仅有的一个探测器接收并转换为第一组电信号，并传送到分析模块；
[0056] 所述一个光源发出的测量光射入室内，待测气体(如甲烷，天然气的主成分是甲烷)吸收后的测量光被所述墙壁反射，被所述一个探测器接收并转换为第二电信号，并传送到分析模块；
[0057] (A2)分析模块根据所述探测器得到第一组电信号的时间差得出距离d；以及根据吸收光谱技术得出室内待测气体的含量C：
[0058]
[0059] d为室内窗户到墙壁的距离；K为标定系数；b0为零点系数；V2f为气体吸收二次谐波信号的强度；V1f为气体吸收一次谐波信号的强度；S(T)为吸收谱线的温度变化函数；B(P,T)为吸收谱线温度压力补偿关系函数。
[0060] 为了检测不同楼层室内气体的含量，进一步地，无人机携带所述一个光源、探测器并飞到室外，所述一个光源发出的光射入室内。
[0061] 为了降低无人机的载重量以提高无人机的续航能力，进一步地，所述分析模块设置在监控室或监控车内；所述探测器通过无线方式将输出的电信号传送到所述分析模块。
[0062] 对于载重量大的无人机，为了降低复杂度，所述分析模块可安装在所述无人机上，通过无线方式将所述待测气体的含量C传送到监控室或监控车。
[0063] 为了让业主掌握室内的安全状况，及早发现天然气泄漏等安全隐患，进一步地，所述室内气体的检测方法进一步包括以下步骤：
[0064] (A3)若待测气体的含量C不为零，且呈递增趋势，提示报警，并将含量信息发送到业主的通信终端上。
[0065] 实施例2：
[0066] 根据本发明实施例1的检测装置及方法在住宅楼各层房间内天然气泄漏检测中的应
用例。
[0067] 在该应用例中，仅有的一个光源采用DFB激光器，测量光的波长包括1651nm(对应到甲烷的吸收谱线)；激光器的驱动
电路向激光器输出脉冲
电流信号及连续电流信号，使得激光器发出用于测距的脉冲光信号，以及检测吸收状况的连续光信号；仅有的一个探测器采用铟镓砷材料；无人机采用大疆无人机，一个光源和探测器安装在无人机上；使用会聚透镜收集被窗户及墙壁反射的光，会聚后的光被一个探测器接收；分析模块安装在监控车内，分析模块和探测器之间采用无线通信，分析模块利用脉冲信号分别被窗户、墙壁反射后的反射光到达探测器的时间差Δt而得出窗户到墙壁的距离 c为光速。
[0068] 在检测装置的工作过程中：
[0069] 在无人机控制
软件的控制下，无人机飞到不同楼层，激光器发出的脉冲光分别被窗户和墙壁反射，反射光到达探测器的时间不同，输出的第一组电信号传送到分析模块；
[0070] 激光器发出的连续光射入室内，被室内气体吸收，并被墙壁反射，通过分析探测器接收到的对应于甲烷的吸收谱线的测量光的强度的变化，输出的第二电信号通过无线方式传送到分析模块；
[0071] 分析模块利用探测器接收到的反射光信号的时间差得到窗户到墙壁的距离d，进而根据公式 得到甲烷含量；
[0072] 若待测气体的含量C不为零，且呈递增趋势，提示报警，并将含量信息发送到业主的通信终端上，以便业主及时处理，排除天然气泄漏隐患。
[0073] 上述实施例仅是示例性地给出了检测室内空气中甲烷的情况，当然还可以是其它气体，如苯系物、甲
醛、
煤气等有毒、有害气体及易燃易爆气体，对于本领域的技术人员来说，这些气体检测的具体实施例方式，在上述实施例的
基础上是不需要付出创造性即可得出的。
