[发明专利]基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法

说明书

本发明公开了基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置，包括设置在管道内壁上的多个探测单元，所述的探测单元包括相对应设置的激光器和声波探测器；所述的每一个声波探测器均设置有与其在管道内位置所对应的唯一的编码标签；所述的激光器包括激光发射器和光学斩波器；所述的激光器和声波探测器通过沿真空管道内壁设置的信号线路与控制中心连接；本发明还公开了基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置的检测方法，实现实时在线监测，准确判断漏气位置和异常气体集聚位置，检测灵敏度高、响应时间快、降低检测成本、不影响车辆正常行驶，不破坏管道内真空环境。

技术领域

本发明属于真空管道交通与真空检漏技术领域，具体涉及基于光声光谱的激光痕量真空管道气体检测装置与方法。

背景技术

高铁和磁悬浮列车，当速度超过300km/h后，空气阻力则成为主要的运行阻力，速度超过350km/h时，空气阻力达到列车运行总阻力的85％以上。要想进一步提高速度，则必须降低气动阻力。现有列车均通过优化车辆轮廓(如流线形车头、车尾)有效降低了气动阻力，然而，应用此法降低气动阻力已接近其潜力极限。要想让列车达到600km/h以上的高速，一种可行、有效的方法是，在地面或地下建设管道，管道内抽成一定真空，磁悬浮列车在真空管道中行驶。由于消除了气动阻力和摩擦阻力，运行车辆不仅可达到600km/h以上高速，甚至超音速、高超音速，而且能耗低，气动噪声、气动振动小。这就是真空管道高速磁浮交通(简称真空管道交通，Vacuum Tube Transportation)。

真空管道交通区别于现有铁路和磁悬浮列车的主要特征是，建设有管道并抽成真空，即真空管道。真空管道交通能够正常、低能耗、高效运行的基本条件和要求是，管道不允许漏气，管道内不能有气体积累，真空度能够较长时间保持。一旦出现漏孔、漏缝，必须尽快修复；一旦出现异常气体积累，必须尽快排出。因此，管道内气体检测，尤其是检漏，是保障真空管道交通正常运行的重要工作之一。

传统的真空检漏方法有：压降法、听音法、超声法、气泡法、氨检漏法、卤素检漏仪法、放射性同位素气体法、氦质谱检漏法。

压降法也即压力检测法，是通过气压表或气压型真空计对压力变化进行检测，从而判断真空容器是否漏气。对于小型真空容器，可以用充入高压空气的方法，但真空管道交通的管道是超大型真空腔体，一次抽真空的能耗很大、时间很长，内部需要长期保持低压真空，不适合用以破坏真空为代价的充气方法检漏。真空管道交通的真空管道，在无车辆运行干扰的行车窗口期，如在某区间有明显、快速的气压升高，则可知该处管道发生漏气。用这种方法对真空管道交通管道进行检漏，存在灵敏度低、漏孔位置不易确定的问题。

听音法是在容器内充入约3个大气压的空气，通过人耳听是否有咝咝声来判断有无漏气现象。超声法、气泡法也是充入约3个大气压的空气，用超声波或涂抹肥皂液来判断是否漏气。

氨检漏法是在容器内充入约3个大气压的氨气，通过试纸颜色变化来判断是否漏气并确定漏孔位置。

上述真空检漏方法只适合实验室、小型容器，不适合超大型的、需要长期保持真空的真空管道交通真空腔体的实时、在线检漏。

放射性同位素气体法、氦质谱检漏法也仅适合实验室以及小型真空设备检漏，不适用于真空管道交通的气体检测与管道检漏。

随着各类光源技术、入射激励方式和光学检测方式的快速发展，激光光谱技术检测方法对气体的探测灵敏度和信噪比均得到大幅度提高，在气体检测领域获得越来越多应用。激光光谱技术气体检测方法具有信号选择性强、反应时间短、无环境影响等优点，适合实时、在线检测，通过适当的设计和创造性设置，有可能为真空管道交通提供一种高灵敏度、时效性强、简便和低成本的管道气体检测与检漏方法。