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从“泄露”检测到激光雷达

2014-08-21 09:26
Minor昔年
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  检测“泄漏”情况

  小区里突然闻到一股燃气的味道,是不是燃气泄漏了?昨天上午,厦门华润燃气有限公司在厦成海景小区进行燃气管道泄漏演练,模拟了从发现、报告燃气泄漏,到现场检测、排查燃气泄漏情况,再到排除、抢修隐患点的整个过程。

  在演练中,厦成海景小区的物业发现小区1号楼前闻到浓重的燃气味道,便赶紧远离1号楼,拨打了华润燃气客服电话968860报告情况。接到指令后,抢修班工作人员拉响抢修车警铃,开往报警小区,一路上与报警人联系,确认现场情况。抢修车上配备了手持检漏仪、激光甲烷遥距检测仪、乙烷分析仪、地下管网信息查询系统、防爆对讲机、警戒设备等。

  到达现场后,抢修人员立马安排人员检测现场可燃气体浓度并安排警戒,禁止外带火源进入警戒区域。窨井、楼前大气、地下车库等都是抢修人员进行检测的重点对象。经过检测,抢修人员判断是小区地下管线发生泄漏,导致窨井内可燃气体浓度上升达6%,需关闭控制该小区的3号阀门,切断气源。在通知楼内居民关好户内燃气阀门后,吹扫班组对存在可燃气体的窨井进行吹扫并检测。很快,窨井、地下车库等监测点都已经检测不到可燃气体,调度中心又马上安排人员进行抢修。一起燃气管道泄漏“事故”安全解决了。这只是激光在生活中的一个很小的应用,激光有着很多普通光源没有的特性,这也就促使了激光在各个行业各个领域都是炙手可热。

  激光的特性

  (一)定向发光普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播,需要给光源装上一定的聚光装置,如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜,使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光,天生就是朝一个方向射出,光束的发散度极小,大约只有0.001弧度,接近平行。1962年,人类第一次使用激光照射月球,地球离月球的距离约38万公里,但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好,看似平行的探照灯光柱射向月球,按照其光斑直径将覆盖整个月球。

  (二)亮度极高在激光发明前,人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高,与太阳的亮度不相上下,而红宝石激光器的激光亮度,能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高,所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯(光照度的单位),颜色鲜红,激光光斑明显可见。若用功率最强的探照灯照射月球,产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯,人眼根本无法察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出,能量密度自然极高。

  (三)颜色极纯光的颜色由光的波长(或频率)决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间,对应的颜色从红色到紫色共7种颜色,所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源,它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源,只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一,但仍有一定的分布范围。如氪灯只发射红光,单色性很好,被誉为单色性之冠,波长分布的范围仍有0.00001纳米,因此氪灯发出的红光,若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见,光辐射的波长分布区间越窄,单色性越好。激光器输出的光,波长分布范围非常窄,因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例,其光的波长分布范围可以窄到2×10-9纳米,是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见,激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。此外,激光还有其它特点:相干性好。激光的频率、振动方向、相位高度一致,使激光光波在空间重叠时,重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉,所以激光是相干光。而普通光源发出的光,其频率、振动方向、相位不一致,称为非相干光。闪光时间可以极短。由于技术上的原因,普通光源的闪光时间不可能很短,照相用的闪光灯,闪光时间是千分之一秒左右。脉冲激光的闪光时间很短,可达到6飞秒(1飞秒=10-15秒)。闪光时间极短的光源在生产、科研和军事方面都有重要的用途。

  (四)能量密度极大光子的能量是用E=hf来计算的,其中h为普朗克常量,f为频率。由此可知,频率越高,能量越高。激光频率范围3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz.电磁波谱可大致分为:(1)无线电波——波长从几千米到0.3米左右,一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波;(2)微波——波长从0.3米到10-3米,这些波多用在雷达或其它通讯系统;(3)红外线——波长从10-3米到7.8×10-7米;(4)可见光——这是人们所能感光的极狭窄的一个波段。波长从780—380nm。光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波极少的那一部分;(5)紫外线——波长从3×10-7米到6×10-10米。这些波产生的原因和光波类似,常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当,因此紫外光的化学效应最强;(6)伦琴射线——这部分电磁波谱,波长从2×10-9米到6×10-12米。伦琴射线(X射线)是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的;(7)γ射线——是波长从10-10~10-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的,放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。γ射线的穿透力很强,对生物的破坏力很大。由此看来,激光能量并不算很大,但是它的能量密度很大(因为它的作用范围很小,一般只有一个点),短时间里聚集起大量的能量,用做武器也就可以理解了。

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