[發明專利]一種基于背景紋影技術的氣體泄漏監測裝置與方法

在審

• 申請號: 201410395645.X
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104155071A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 楊晨光;劉建國;闞瑞峰;許振宇;阮俊;姚路;王薇;范雪麗;戴云海
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01M3/38
• 分類號: G01M3/38;G01N21/45
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

技術領域

本發明屬于氣體泄漏監測領域，具體涉及的是一種利用背景紋影技術通過監測氣體泄漏對周圍空氣造成的擾流，實現氣體泄漏監測與泄漏點搜尋的裝置與方法。本發明尤其適用于大范圍開放環境氣體泄漏監控與復雜管網中泄漏點搜尋。

背景技術

無論是供氣管道、儲氣裝置還是SF6電力設備均存在氣體泄漏的風險，氣體泄漏不僅會造成環境污染、資源浪費，更嚴重威脅廣大人民群眾的生命財產安全。所以，研究人員一直以來都在尋找各種氣體泄漏監測手段。

最早是通過在被測外表面涂肥皂泡的方法來判斷是否有泄漏發生，該方法簡單但人工成本較高。后來發展到利用裝置內部的壓力變化來監測氣體泄漏，這對于靜態裝置效果較好，如果裝置自身壓力在不斷變化，則影響系統準確度，且該方法很難準確定位氣體泄漏位置。隨著光譜技術的發展，出現了大量利用特征氣體吸收光譜的泄漏遙測技術，通過對特定范圍目標泄漏氣體光譜的探測反演氣體濃度，從而判斷是否出現泄漏，該方法可實現遠距離、大范圍遙測，但通常一套裝置僅能針對一種泄漏氣體，且很難精確定位泄漏點。而同樣利用特征氣體吸收光譜的激光背向散射成像技術與紅外光譜成像技術，能夠以成像的方式確定泄漏點的位置，但裝置較為復雜，且同樣只針對單一氣體監測，對壓縮空氣管道的泄漏無效。美國學者早期也嘗試過使用紋影技術利用泄漏氣體造成空氣擾動對氣體泄漏進行監測，這種方法對泄漏氣體種類沒有限制，且易于確定泄漏點，但由于傳統紋影技術視場的限制難以實現大視場監測。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于背景紋影技術的氣體泄漏監測與漏點搜尋的裝置與方法，實現對大范圍內的復雜管網、儲氣裝置以及SF6電力設備無選擇性的氣體泄漏監測及漏點搜尋。

本發明采用的技術方案為：一種基于背景紋影技術的氣體泄漏監測裝置，該裝置包括面陣列探測器、被監測對象和背景；面陣列探測器實時采集被監測對象后的背景的背景照片，并每次對比最新兩次采集的背景照片，被監測對象上如果有氣體泄漏點，則泄漏的氣體會造成氣體泄漏造成的空氣折射率梯度變化區域；根據變化區域的形貌即可判斷是否出現氣體泄漏造成的空氣折射率梯度變化區域，進而通過變化劇烈程度確定氣體泄漏點的位置。

進一步的，背景或是有人工圖案的幕布或墻面、地面，或是有一定圖案的自然背景，或是通過激光照射在墻面、地面形成的散斑，或是投影儀投射在幕布或墻面、地面形成的圖案。

本發明另外提供一種基于背景紋影技術的氣體泄漏監測方法，利用上述的基于背景紋影技術的氣體泄漏監測的裝置，該方法步驟如下：

1)通過被探測區域是否有氣體泄漏造成的空氣折射率梯度變化區域來探測氣體泄漏；

2)通過背景照片上點的位移來探測被探測區域是否有氣體泄漏造成的空氣折射率梯度變化區域；

3)通過空氣折射率梯度變化大小來搜尋氣體泄漏點。

進一步的，通過對比前后兩次采集的背景照片來獲得點的位移。

進一步的，通過對比不同角度同時采集的背景照片來獲得點的位移。

進一步的，該方法中背景或是有人工圖案的幕布或墻面、地面，或是有一定圖案的自然背景，或是通過激光照射在墻面、地面形成的散斑，或是投影儀投射在幕布或墻面、地面形成的圖案。

本發明的原理在于：

本發明技術利用氣體泄漏引起的周圍空氣密度的擾動，進而帶來的局部折射率梯度的變化。而氣體泄漏造成的空氣折射率梯度有著明顯的特征：越靠近泄漏點折射率梯度變化越劇烈，折射率梯度變化范圍越小；越遠離泄漏點折射率梯度變化越平緩，折射率梯度變化范圍越大。氣體泄漏造成的空氣折射率梯度變化區域呈現出有明顯特征的漏斗狀，而漏斗的尖端(折射率梯度變化最劇烈的位置)即為泄漏點。使用面陣列探測器對被監測區域后方的背景進行成像，當空氣折射率梯度時，會造成背景點成像位置的變化，通過對比前后兩次的背景照片或者不同角度的背景照片是否有氣體泄漏造成的空氣折射率梯度變化區域即可判斷是否有泄漏發生，進而根據折射率梯度變化的劇烈程度確定泄漏點的位置。

本發明的優點是：

本發明結構簡單僅需要面陣列探測器與有一定圖案的背景即可對氣體泄漏進行監測。

本發明既能對大視場范圍內是否有氣體泄漏進行監測，還能確定氣體泄漏的準確位，特別適合于大范圍開放環境、復雜管網的氣體泄漏監測。

本發明是利用氣體泄漏對周圍空氣造成的折射率梯度進行監測，對氣體種類無選擇性，即使是壓縮空氣泄漏也能探測。

附圖說明

圖1是本發明的一種實施例示意圖；