RU188421U1 - Лазерный сканер утечек метана для беспилотных авиационных систем - Google Patents
Лазерный сканер утечек метана для беспилотных авиационных систем Download PDFInfo
- Publication number
- RU188421U1 RU188421U1 RU2018147102U RU2018147102U RU188421U1 RU 188421 U1 RU188421 U1 RU 188421U1 RU 2018147102 U RU2018147102 U RU 2018147102U RU 2018147102 U RU2018147102 U RU 2018147102U RU 188421 U1 RU188421 U1 RU 188421U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- methane
- electronic
- scanner
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000001307 laser spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для обнаружения утечек газа (метана) из магистральных трубопроводов и может быть использована для установки на беспилотные воздушные суда с максимальной взлетной массой до 30 кг. Лазерный сканер утечек метана включает корпус, с размещенными в нем электронным и оптико-электронным компонентами. Корпус представляет собой статор, внутри которого установлен механически связанный с приводом ротор. Оптико-электронный компонент содержит четыре независимых лазера с четырьмя соответствующими им фотоприемниками, а каждая пара лазер-фотоприемник соединена оптоволокном посредством опторазъема с соответствующими ей коллиматором и линзой с образованием оптико-электронного канала, причем лазеры, фотоприемники, коллиматоры и линзы смонтированы внутри ротора с равномерным распределением в его внутренней полости. Оси коллиматоров ориентированы под углом к продольной оси ротора. Электронный компонент выполнен в виде печатных плат, размещенных на статоре. Вал привода выполнен из титанового сплава, а стенки статора и ротора выполнены из алюминиевого сплава. Габариты сканера не превышают 250 мм по высоте и 160 мм в диаметре, а его вес не превышает 5 кг. Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей конструкции за счет снижения ее массы и габаритов при одновременном повышении достоверности выявления фактов утечки природного газа. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Полезная модель относится к устройствам для обнаружения утечек газа (метана) из магистральных трубопроводов и может быть использована для установки на беспилотные воздушные суда с максимальной взлетной массой до 30 кг.
Известно использование лазерных устройств для детектирования утечек метана на магистральных трубопроводах. Существует достаточно много устройств подобного назначения, однако эти устройства либо не могут обеспечить достоверные результаты обнаружения утечек и высокую производительность работ в силу используемого принципа работы, либо обладают значительными габаритами и массой, а, следовательно, не могут использоваться на наиболее распространенных и доступных беспилотных воздушных судах.
Так, например, известно лазерное устройство Laser Methane mini (разработчик Tokio Gas Engineering Co., Ltd. (Япония, 2016 г.)) для измерения содержания метана в воздухе, которое предназначено для работы на небольшом расстоянии от источника возможной утечки. С его помощью можно быстро определить место и объем утечки метана. Для этого достаточно навести лазерный луч прибора на область, в которой предположительно есть утечка метана.
Недостатком известной конструкции является то, что она имеет малую дальность обнаружения и не предназначена для авиационного применения.
Известен дистанционный лазерный детектор метана «ДЛС-Авиа», разработанный АО «ПЕРГАМ-ИНЖИНИРИНГ» и предназначенный для оперативной диагностики протяженных газопроводов на наличие утечек. Прибор может быть установлен на пилотируемый вертолет или легкомоторный самолет.
К недостаткам известного устройства можно отнести значительные габариты и вес конструкции, что исключает возможность использования его на беспилотных воздушных судах массой до 30 кг. Кроме того, известный лазерный детектор ввиду особенностей конструкции не позволяет выполнять обнаружение утечек по всей ширине обследуемого коридора, что в итоге снижает достоверность результатов выявления фактов утечки метана.
Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей конструкции за счет снижения ее массы и габаритов при одновременном повышении достоверности выявления фактов утечки природного газа.
Указанный технический результат достигается за счет того, что лазерный сканер утечек метана включает корпус, с размещенными в нем электронным и оптико-электронным компонентами. Корпус представляет собой статор, внутри которого установлен механически связанный с приводом ротор. Оптико-электронный компонент содержит четыре независимых лазера с четырьмя соответствующими им фотоприемниками, а каждая пара лазер-фотоприемник соединена оптоволокном посредством опторазъема с соответствующими ей коллиматором и линзой с образованием оптико-электроннго канала, причем лазеры, фотоприемники, коллиматоры и линзы смонтированы внутри ротора с равномерным распределением в его внутренней полости, при этом оси коллиматоров ориентированы под углом к продольной оси ротора. Электронный компонент выполнен в виде печатных плат размещенных на статоре. Вал привода выполнен из титанового сплава. Стенки статора и ротора выполнены из алюминиевого сплава.
Габариты ЛСУМ, как правило, не превышают 250 мм по высоте и 160 мм в диаметре, а его вес в сборе не превышает 5 кг, что позволяет использовать предлагаемое устройство на беспилотных воздушных судах малой грузоподъемности.
Снижение массы и габаритов конструкции достигается за счет более рационального выполнения и компактного расположения отдельных функциональных элементов в корпусе устройства, а также в результате использования определенных материалов (титановый и аллюминиевый сплавы) для изготовления элементов устройства. Все это в совокупности дает возможность расширить функциональные возможности устройства, в результате чего оно сможет быть использовано не только на тяжелых летательных аппаратах, но и на беспилотных летательных аппаратах массой не более 30 кг.
Кроме того, функциональные возможности заявленного устройства расширяются за счет того, что в нем используются четыре оптико-электронных канала, позволяющие сканировать значительную по ширине охвата обследуемую территорию, в результате чего повышается достоверность выявления фактов утечки метана.
Заявленное техническое решение иллюстрируется графическими материалами, где на Фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства (лазерного сканера утечек метана), на Фиг. 2 - продольный разрез лазерного сканера, на Фиг. 3 - схематическое изображение траекторий сканирующих лучей лазеров.
Конструкция лазерного сканера утечек метана (ЛСУМ) включает статор 1, на котором крепятся электронные платы 2, предназначенные для управления устройством и обработки измерений. Статор 1 механически сопряжен с ротором 3 посредством привода 4 (электрического двигателя). Электронное сопряжение статора и ротора осуществляется посредством высокочастотного вращающегося трансформатора (на чертежах не обозначен) и оптической линии связи.
Ротор 3 предназначен для размещения в нем оптических и электронных элементов сканирующего устройства, а именно оптико-электронного компонента, включающего четыре лазера 5, равномерно распределенных внутри ротора 3, четыре соответствующих им фотоприемника 6 и электронные платы обработки сигналов (на чертежах не обозначены). Каждая пара лазер 5 - фотоприемник 6 соединена оптоволокном (на чертежах не показано), посредством опторазъема 7, с соответствующими ей коллиматором 8 и линзой 9 образует оптико-электронный канал. Наличие четырех таких измерительных лазерных оптико-электронных каналов обеспечивает необходимую плотность сканирования. Дальнейшее увеличение числа лазеров возможно, но признано неэффективным из-за увеличения массы и стоимости устройства.
Вывод лазерного излучения наружу и прием отраженного излучения производится с помощью элементов, образующих оптический канал, включающий в себя линзы 9 и коллиматоры 8, соединенные с остальными оптическими элементами с помощью соответствующих оптических разъемов и оптоволокна. Разделение проходящих по оптоволокну световых потоков на входной и выходной производится с помощью волоконнооптического циркулятора. Таким образом, оси приемных и излучающих оптических систем являются строго коллинеарными. Оси 10 коллиматоров 8 ориентированы под углом порядка 15 градусов к продольной оси 11 ротора 3, что позволяет сканировать значительную по ширине обследуемую территорию.
Таким образом, компоновка всех элементов заявленного устройства в едином корпусе и выполнение значительного их числа из легковесных сплавов обеспечивает ощутимое снижение его массы и уменьшение габаритов, что дает возможность установки его на беспилотные воздушные судна взлетной массой до 30 кг.
Работа заявленного устройства (ЛСУМ) основана на методе дифференциальной диодно-лазерной спектрометрии и заключается в следующем.
С целью выполнения дистанционного обследования территории для выявления предполагаемых утечек метана, заявленное устройство устанавливается на беспилотное воздушное судно, которое совершает полет вдоль магистрального трубопровода.
Контроллер (на чертеже не показан), обеспечивающий подключение ЛСУМ к бортовой системе автоматического управления беспилотного воздушного судна, запускает процесс сканирования, ротор начинает вращаться, лазеры испускают лучи на поверхность обследуемой территории. При этом лучи четырех лазеров, установленных на вращающемся роторе, образуют в пространстве поверхность конуса. Продольная развертка производится за счет движения беспилотного воздушного судна, на котором размещается ЛСУМ. Скорость вращения ротора синхронизируется со скоростью полета беспилотного воздушного судна, что позволяет обеспечивать равномерное покрытие обследуемой поверхности точками измерений. Схематичное изображение траекторий сканирующих лучей на поверхности земли приведено на Фиг. 3.
Фотоприемник принимают возвращенные (отраженные) сигналы, которые передаются на электронные платы обработки сигналов, расположенные в роторе, а затем на электронные платы электронного компонента для дальнейшей обработки измерений.
Для измерения концентрации газа используется дифференциальный метод, заключающийся в том, что измерение производят на двух частотах. Одна соответствует максимуму поглощения данного излучения в газе (1650.95 нм), вторая соответствует минимуму (1649.95 нм). Одновременно часть измерительного излучения пропускается через газовую кювету, заполненную измеряемым газом. Отношения энергий сигналов, прошедших через измеряемый объем и через газовую кювету дает концентрацию искомого газа.
Сканер непрерывно считывает и передает данные о концентрации метана (результаты измерений с каждого из четырех лазеров), которые обрабатываются в электронном блоке ЛСУМ.
Собранные данные обрабатываются на борту беспилотного воздушного судна и могут быть переданы в режиме реального времени по спутниковому или радиоканалу на наземную станцию управления (если пороговая концентрация метана превышает допустимую) или сохранены на накопитель для последующей послеполетной обработки.
Claims (6)
1. Лазерный сканер утечек метана, включающий корпус, с размещенными в нем электронным и оптико-электронным компонентами, отличающийся тем, что корпус представляет собой статор, внутри которого установлен механически связанный с приводом ротор, при этом оптико-электронный компонент содержит четыре независимых лазера с четырьмя соответствующими им фотоприемниками, а каждая пара лазер-фотоприемник соединена оптоволокном посредством опторазъема с соответствующими ей коллиматором и линзой с образованием оптико-электронного канала, причем лазеры, фотоприемники, коллиматоры и линзы смонтированы внутри ротора с равномерным распределением в его внутренней полости, при этом оси коллиматоров ориентированы под углом к продольной оси ротора.
2. Сканер по п. 1, отличающийся тем, что электронный компонент выполнен в виде печатных плат, размещенных на статоре.
3. Сканер по п. 1, отличающийся тем, что вал привода выполнен из титанового сплава.
4. Сканер по п. 1, отличающийся тем, что стенки статора и ротора выполнены из алюминиевого сплава.
5. Сканер по п. 1, отличающийся тем, что его габариты не превышают 250 мм по высоте и 160 мм в диаметре.
6. Сканер по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что его вес не превышает 5 кг.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018147102U RU188421U1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Лазерный сканер утечек метана для беспилотных авиационных систем |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018147102U RU188421U1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Лазерный сканер утечек метана для беспилотных авиационных систем |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU188421U1 true RU188421U1 (ru) | 2019-04-11 |
Family
ID=66168704
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018147102U RU188421U1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Лазерный сканер утечек метана для беспилотных авиационных систем |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU188421U1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4853543A (en) * | 1983-09-13 | 1989-08-01 | Phillip Ozdemir | Method and apparatus for detecting a tracer gas using a single laser beam |
RU2091759C1 (ru) * | 1995-06-07 | 1997-09-27 | Игорь Александрович Жученко | Авиационное устройство для обнаружения утечек газа из трубопроводов |
RU100268U1 (ru) * | 2010-08-31 | 2010-12-10 | Закрытое акционерное общество "Промгазинжиниринг" | Лазерный локатор для обнаружения утечек газа |
RU2014121613A (ru) * | 2014-05-27 | 2015-12-10 | Юрий Васильевич Чжан | Малогабаритное универсальное устройство контроля утечки газа для беспилотного летательного аппарата |
US20180209902A1 (en) * | 2014-08-25 | 2018-07-26 | Isis Geomatics Inc. | Apparatus and method for detecting a gas using an unmanned aerial vehicle |
US10113956B1 (en) * | 2017-08-15 | 2018-10-30 | Aurora Innovative Technology LLC | Remote gas leakage detection systems using mid-infrared laser |
-
2018
- 2018-12-28 RU RU2018147102U patent/RU188421U1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4853543A (en) * | 1983-09-13 | 1989-08-01 | Phillip Ozdemir | Method and apparatus for detecting a tracer gas using a single laser beam |
RU2091759C1 (ru) * | 1995-06-07 | 1997-09-27 | Игорь Александрович Жученко | Авиационное устройство для обнаружения утечек газа из трубопроводов |
RU100268U1 (ru) * | 2010-08-31 | 2010-12-10 | Закрытое акционерное общество "Промгазинжиниринг" | Лазерный локатор для обнаружения утечек газа |
RU2014121613A (ru) * | 2014-05-27 | 2015-12-10 | Юрий Васильевич Чжан | Малогабаритное универсальное устройство контроля утечки газа для беспилотного летательного аппарата |
US20180209902A1 (en) * | 2014-08-25 | 2018-07-26 | Isis Geomatics Inc. | Apparatus and method for detecting a gas using an unmanned aerial vehicle |
US10113956B1 (en) * | 2017-08-15 | 2018-10-30 | Aurora Innovative Technology LLC | Remote gas leakage detection systems using mid-infrared laser |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105805560B (zh) | 一种基于无人机的天然气管道泄漏检测*** | |
US20100002222A1 (en) | Lidar with streak-tube imaging, including hazard detection in marine applications; related optics | |
EP3690418B1 (en) | Optical sensor for trace-gas measurement | |
CN110133626B (zh) | 一种激光测距***收发光轴平行性检校方法及*** | |
CN105068087B (zh) | 相干光路的分子散射多普勒激光雷达 | |
US6750467B2 (en) | Vehicle mounted gas detector | |
CN106018339B (zh) | 自适应反射式红外激光工业危险泄漏气体监测装置 | |
NO321926B1 (no) | Fremgangsmate og anordning for detektering av atmosfaeriske vaerforhold | |
CN101619807A (zh) | 机载天然气管道泄漏监测***及监测方法 | |
US20050002013A1 (en) | Coherent laser radar apparatus | |
CN105627857B (zh) | 卷尺 | |
CN110308454A (zh) | 一种准无盲区多普勒相干激光雷达风速测量***及方法 | |
CN102501978B (zh) | 利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰的方法及*** | |
CN102171548A (zh) | 适于对高浓度气体进行光谱分析的设备 | |
CN105738289A (zh) | 远程气体检测方法及远程气体检测装置 | |
CN109387824A (zh) | 一种激光测距机收发光轴平行性测量方法 | |
CN109883901A (zh) | 一种无人机机载的紫外光探测雾霾粒子***及其探测方法 | |
CN105300925A (zh) | 气体检测*** | |
CN106054158A (zh) | 一种探测拉曼激光雷达光路*** | |
CN107064908A (zh) | 一种多波长偏振拉曼激光雷达分光*** | |
CN103575675A (zh) | 机载多角度区域污染分布扫描探测装置 | |
RU188421U1 (ru) | Лазерный сканер утечек метана для беспилотных авиационных систем | |
CN110220596A (zh) | 远程闸控三通道紫外拉曼光谱仪 | |
RU2692121C2 (ru) | Способ лидарного зондирования и устройство для его осуществления | |
CN205958454U (zh) | 自适应反射式红外激光工业危险泄漏气体监测装置 |