[發明專利]一種氣體泄漏紅外成像探測極限的計算方法

無效

• 申請號: 201210009355.8
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102589815A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王嶺雪;龍云婷;李家琨;王美榮;高岳
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M3/04
• 分類號: G01M3/04;G01J5/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張利萍;高燕燕

技術領域

本發明涉及一種氣體泄漏紅外成像探測極限的計算方法，屬于氣體泄漏探測領域。?

背景技術

根據我國罐箱/槽罐車運輸行業的統計，到目前為止，我國已運輸過的危險化學品有130余種，其中有毒有害、易燃易爆氣體的運輸是重中之重。例如，除液化石油氣外，僅氯氣我國的年產量已經超過600萬噸，當每立方米空氣中0.1毫克的氯氣就足以對環境和人員造成傷害。按照國家《氯氣安全規程GB?11984-89》規定，生產、使用氯氣的車間(作業場所)，空氣中氯氣含量最高允許濃度1mg/m³。在危險化學品的運輸過程中，有毒有害、易燃易爆氣體一旦發生泄漏會對道路沿線周圍的居民、生態環境造成極大危害。在泄漏事故發生后，某些氣體無色無味，不容易被發現，而且氣體在空氣中極容易迅速擴散，及時確定氣體泄漏源、氣體空間分布對采取有效事故處理措施顯得尤為重要。?

傳統的氣體檢測方法是將氣體傳感器放在容易發生泄漏的罐體閥門處，通過濃度的測量，進行氣體泄漏檢測與報警，檢測耗時費力。而被動式氣體泄漏紅外成像技術是使用中波或長波熱像儀可視化氣體分子對3～14μm波段的紅外輻射吸收，使肉眼不能觀察到的泄漏氣體在紅外視頻上清晰可見，通過可視化的圖像為檢測人員提供一種快速識別泄漏源及氣體空間分布的技術，同時采用圖像處理技術改善圖像質量，便于人眼觀察和判斷。該技術在許多領域有很好的應用前景，比如化學、電力、工業領域氣體泄漏的檢測，軍事和公共安全領域生化毒劑氣體的探測等。與其它的氣體探測技術相比，氣體泄漏紅外成像技術具有便攜、快速、大范圍遙測等諸多優點。?

被動式氣體泄漏紅外成像技術以比爾-朗伯特吸收定律(Beer-LaEbert?Absorption?Law)為基本原理：I₁＝I₀exp[-τ(λ，c，L)]，式中I₀表示進入氣體云團前的背景輻射，I₁表示穿過氣體云團后剩余的輻射，τ(λ，c，L)表示氣體的透過率，λ是波長，c是氣體的濃度，L是光學路徑。I₀和I₁之差反映了氣體所吸收的紅外輻射的多少，同時也是在熱像儀上形成氣體圖像的關鍵，I₀和I₁差異越大，氣體與背景之間的圖像對比度越高，越容易被人眼觀察到。根據以上公式看出有四個因素影響氣體成像：氣體濃度、背景輻射的大小、光學路徑、氣體透過率。另外，用來接收紅外輻射的光學系統和紅外探測器的性能也會影響最終的成像效果。?

雖然氣體泄漏紅外成像技術具有便攜、快速、大范圍遙測等諸多優點，但是目前的被動?式氣體泄漏紅外成像技術屬于一種快速的人眼觀察為主的定性探測技術，無法實現定量的微量氣體濃度檢測。當氣體泄漏流量很小時，造成氣體云團濃度很低，從而I₀和I₁差異很小，氣體云團就不能成像，由于被動式氣體泄漏紅外成像技術無法實現氣體濃度定量檢測，進而對氣體成像系統設計及系統的性能評估帶來不便。?

發明內容

針對被動式氣體泄漏紅外成像技術的應用需要，根據紅外成像系統性能參數NETD的定義和紅外成像系統探測所需條件，本發明提供了一種氣體泄漏成像探測極限的計算方法，能夠在一定背景環境條件下，使用一定性能的紅外探測器陣列所能成像探測的泄漏氣體的最小流量。?

本發明通過如下技術方案實現：?

一種氣體泄漏紅外成像探測極限的計算方法，具體包括如下步驟：?

第一步：計算無氣體泄漏時的背景輻射出射度，并將之作為成像探測背景輻射出射度E_b；?

第二步：由成像探測背景輻射出射度E_b計算成像探測背景等效黑體溫度T_bb；?

第三步：氣體泄漏時，根據成像探測背景輻射出射度中的氣體參數計算背景輻射經氣體吸收后的輻射出射度，即為成像探測目標輻射出射度E_p；?

第四步：由成像探測目標輻射出射度E_p計算成像探測目標等效黑體溫度T_t；?

第五步：將第二步和第四步計算出的成像探測背景與目標等效黑體溫度之差的絕對值定義為氣體等效黑體溫差GEBTD；?

第六步：比較氣體等效黑體溫差GEBTD與紅外探測器和光學系統的綜合性能參數-噪聲等效溫差NETD，確定氣體泄漏探測極限值，即泄漏氣體的最小流量。?