一種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測裝置與方法
2023-11-11 15:46:22 2
一種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測裝置與方法
【專利摘要】本發明為一種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測裝置與方法。本發明基於背景紋影技術，通過對比前後兩次採集或同一時間不同角度採集的背景照片，通過照片上大量點的位移來探測區域內空氣折射率梯度的變化，識彆氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域，來判斷是否發生氣體洩漏，進而確定洩漏點位置。本發明結構簡單，可實現大範圍開放環境與複雜管網系統的氣體洩漏監測與洩漏點搜尋，並且對氣體種類無選擇性，可對所有氣體洩漏進行監測。
【專利說明】一種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測裝置與方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於氣體洩漏監測領域，具體涉及的是一種利用背景紋影技術通過監測氣 體洩漏對周圍空氣造成的擾流，實現氣體洩漏監測與洩漏點搜尋的裝置與方法。本發明尤 其適用於大範圍開放環境氣體洩漏監控與複雜管網中洩漏點搜尋。
【背景技術】
[0002] 無論是供氣管道、儲氣裝置還是SF6電力設備均存在氣體洩漏的風險，氣體洩漏 不僅會造成環境汙染、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洩漏監測手段。
[0003] 最早是通過在被測外表面塗肥皂泡的方法來判斷是否有洩漏發生，該方法簡單但 人工成本較高。後來發展到利用裝置內部的壓力變化來監測氣體洩漏，這對於靜態裝置效 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洩 漏位置。隨著光譜技術的發展，出現了大量利用特徵氣體吸收光譜的洩漏遙測技術，通過對 特定範圍目標洩漏氣體光譜的探測反演氣體濃度，從而判斷是否出現洩漏，該方法可實現 遠距離、大範圍遙測，但通常一套裝置僅能針對一種洩漏氣體，且很難精確定位洩漏點。而 同樣利用特徵氣體吸收光譜的雷射背向散射成像技術與紅外光譜成像技術，能夠以成像的 方式確定洩漏點的位置，但裝置較為複雜，且同樣只針對單一氣體監測，對壓縮空氣管道的 洩漏無效。美國學者早期也嘗試過使用紋影技術利用洩漏氣體造成空氣擾動對氣體洩漏進 行監測，這種方法對洩漏氣體種類沒有限制，且易於確定洩漏點，但由於傳統紋影技術視場 的限制難以實現大視場監測。
【發明內容】
[0004] 本發明目的在於提供一種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測與漏點搜尋的裝置 與方法，實現對大範圍內的複雜管網、儲氣裝置以及SF6電力設備無選擇性的氣體洩漏監 測及漏點搜尋。
[0005] 本發明採用的技術方案為：一種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測裝置，該裝置 包括面陣列探測器、被監測對象和背景；面陣列探測器實時採集被監測對象後的背景的背 景照片，並每次對比最新兩次採集的背景照片，被監測對象上如果有氣體洩漏點，則洩漏的 氣體會造成氣體洩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 出現氣體洩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洩漏點的 位置。
[0006] 進一步的，背景或是有人工圖案的幕布或牆面、地面，或是有一定圖案的自然背 景，或是通過雷射照射在牆面、地面形成的散斑，或是投影儀投射在幕布或牆面、地面形成 的圖案。
[0007] 本發明另外提供一種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測方法，利用上述的基於背 景紋影技術的氣體洩漏監測的裝置，該方法步驟如下：
[0008] 1)通過被探測區域是否有氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域來探測氣體 洩漏；
[0009] 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洩漏造成的空氣折射 率梯度變化區域；
[0010] 3)通過空氣折射率梯度變化大小來搜尋氣體洩漏點。
[0011] 進一步的，通過對比前後兩次採集的背景照片來獲得點的位移。
[0012] 進一步的，通過對比不同角度同時採集的背景照片來獲得點的位移。
[0013] 進一步的，該方法中背景或是有人工圖案的幕布或牆面、地面，或是有一定圖案的 自然背景，或是通過雷射照射在牆面、地面形成的散斑，或是投影儀投射在幕布或牆面、地 面形成的圖案。
[0014] 本發明的原理在於：
[0015] 本發明技術利用氣體洩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。而氣體洩漏造成的空氣折射率梯度有著明顯的特徵：越靠近洩漏點折射率梯度 變化越劇烈，折射率梯度變化範圍越小；越遠離洩漏點折射率梯度變化越平緩，折射率梯度 變化範圍越大。氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域呈現出有明顯特徵的漏鬥狀，而 漏鬥的尖端（折射率梯度變化最劇烈的位置）即為洩漏點。使用面陣列探測器對被監測區 域後方的背景進行成像，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 後兩次的背景照片或者不同角度的背景照片是否有氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化 區域即可判斷是否有洩漏發生，進而根據折射率梯度變化的劇烈程度確定洩漏點的位置。
[0016] 本發明的優點是：
[0017] 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洩漏進行 監測。
[0018] 本發明既能對大視場範圍內是否有氣體洩漏進行監測，還能確定氣體洩漏的準確 位，特別適合於大範圍開放環境、複雜管網的氣體洩漏監測。
[0019] 本發明是利用氣體洩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，即使是壓縮空氣洩漏也能探測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明的一種實施例示意圖；
[0021] 圖2是本發明的一種實施例背景照片示意圖；
[0022] 圖3是本發明的另一種實施例示意圖；
[0023] 圖4是本發明的另一種實施例背景照片示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0025] 圖1所示的是本發明的一種實施例。面陣列探測器1實時採集被監測裝置2後的 背景4的照片，並每次對比最新兩次採集的照片。被監測對象2上如果有氣體洩漏點6,則 洩漏的氣體會造成氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域3。以背景上某物點5為例，5 發出的光線如果沒有空氣折射率梯度變化區域3會沿著方向7投射到面陣列探測器1上， 從而成像為背景照片9的像點11 ;但如果存在氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域3， 5發出的光線就會產生偏折沿方向8投射到面陣列探測器1上，成像為背景照片9的像點 10。通過對比最新兩次採集的照片，照片上大量點的位置的移動就反映了空氣折射率梯度 的變化，根據變化區域的形貌即可判斷是否出現氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域 3,進而通過變化劇烈程度確定氣體洩漏點6的位置。背景4可以有多種實現方案，可以是 有人工圖案的幕布或牆面、地面等，可以是有一定圖案的自然背景，可以是通過雷射照射在 牆面、地面等形成的散斑，也可以是投影儀投射在幕布或牆面、地面等形成的圖案等。
[0026] 圖3所示的是本發明的另一種實施例。使用兩個面陣列探測器1-1與1-2,同時 採集被監測裝置2後的背景4的照片，比較面陣列探測器1-1採集的照片9-1與面陣列探 測器1-2採集的照片9-2。被監測對象2上如果有氣體洩漏點6,則洩漏的氣體會造成氣體 洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域3。以背景上某物點5為例，物點5發出的光線如果 沒有氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域3會沿著方向7-1投射到面陣列探測器1-1 上，從而成像為背景照片9-1的像點11-1 ;但如果存在氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變 化區域3,物點5發出的光線就會產生偏折沿方向8-1投射到面陣列探測器1-1上，成像為 背景照片9-1的像點10-1。同樣，物點5發出的光線如果沒有氣體洩漏造成的空氣折射率 梯度變化區域3會沿著方向7-2投射到面陣列探測器1-2上，從而成像為背景照片9-2的像 點11-2 ;但如果存在氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域3,物點5發出的光線就會產 生偏折沿方向8-2投射到面陣列探測器1-2上，成像為背景照片9-2的像點10-2。在沒有 氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域3的情況下，由於視場角度的不同，背景照片9-1 的像點11-1與背景照片9-2的像點11-2的位置差是固定的，且可以通過軟體進行校正到 同一位置。而如果有氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域3,由於視場角度的不同，物 點5投射到面陣列探測器1-1上的光線與物點5投射到面陣列探測器1-2上的光線是分別 經過氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域3的不同區域的，所以背景照片9-1的像點 10-1與背景照片9-2的像點10-2的位置差就反映了折射率梯度的變化。通過對比背景照 片9-1與背景照片9-2,照片上大量點的位置的移動就反映了空氣折射率梯度的變化，根據 變化區域的形貌即可判斷是否出現氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域3,進而通過 變化劇烈程度確定氣體洩漏點6的位置。背景4可以有多種實現方案，可以是有人工圖案 的幕布或牆面、地面等，可以是有一定圖案的自然背景，可以是通過雷射照射在牆面、地面 等形成的散斑，也可以是投影儀投射在幕布或牆面、地面等形成的圖案等。
[0027] 本發明也可擴展到多個面陣列探測器同時採集背景照片進行氣體洩漏監測。
[0028] 以上所述為本發明的較佳實施例而已，但本發明不應該局限於該實施例和附圖所 公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保 護的範圍。
【權利要求】
1. 一種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測裝置，其特徵在於，該裝置包括面陣列探測 器（1)、被監測對象（2)和背景（4);面陣列探測器（1)實時採集被監測對象（2)後的背景 (4)的背景照片（9)，並每次對比最新兩次採集的背景照片（9)，被監測對象（2)上如果有氣 體洩漏點（6)，則洩漏的氣體會造成氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域（3);根據背 景照片上點的位置變化反映的空氣折射率梯度變化區域的形貌即可判斷是否出現氣體洩 漏造成的空氣折射率梯度變化區域（3)，進而通過變化劇烈程度確定氣體洩漏點（6)的位 置。
2. 根據權利要求1所述的一種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測裝置，其特徵在於， 背景（4)或是有人工圖案的幕布或牆面、地面，或是有一定圖案的自然背景，或是通過雷射 照射在牆面、地面形成的散斑，或是投影儀投射在幕布或牆面、地面形成的圖案。
3. -種基於背景紋影技術的氣體洩漏監測方法，利用權利要求1所述的基於背景紋影 技術的氣體洩漏監測的裝置，其特徵在於，該方法步驟如下： 1) 通過被探測區域是否有氣體洩漏造成的空氣折射率梯度變化區域來探測氣體洩 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洩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洩漏點。
4. 根據權利要求3所述的基於背景紋影技術的氣體洩漏監測方法，其特徵在於通過對 比前後兩次採集的背景照片來獲得點的位移。
5. 根據權利要求3所述的基於背景紋影技術的氣體洩漏監測方法，其特徵在於通過對 比不同角度同時採集的背景照片來獲得點的位移。
6. 根據權利要求3所述的基於背景紋影技術的氣體洩漏監測方法，其特徵在於背景 或是有人工圖案的幕布或牆面、地面，或是有一定圖案的自然背景，或是通過雷射照射在牆 面、地面形成的散斑，或是投影儀投射在幕布或牆面、地面形成的圖案。
【文檔編號】G01M3/38GK104155071SQ201410395645
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】楊晨光, 劉建國, 闞瑞峰, 許振宇, 阮俊, 姚路, 王薇, 範雪麗, 戴雲海 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院