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一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置涉及信息【技術(shù)領(lǐng)域】的光電氣體檢測技術(shù)，本發(fā)明由紅外熱成像模塊，激光氣體濃度檢測模塊，圖像顯示模塊，按鍵電路板，電源模塊，報(bào)警模塊，激光反射板以及中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組成，同時(shí)提供一種利用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場泄漏點(diǎn)濃度和熱成像的數(shù)據(jù)采集方法。本發(fā)明能夠獲得現(xiàn)場的監(jiān)測濃度及泄漏點(diǎn)的熱成像，實(shí)現(xiàn)同步現(xiàn)場環(huán)境天然氣濃度、熱成像的數(shù)據(jù)采集。
【專利說明】一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是光電技術(shù)的激光氣體檢測技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] LNG是液化天然氣（liquefied natural gas)的英語縮寫，主要成分是液化天然氣， 其體積與氣體天然氣的體積比約是1 :600,但重量僅為同體積水的45%左右，因此被廣泛應(yīng) 用于城市管網(wǎng)、碼頭長運(yùn)輸(將LNG存儲(chǔ)在超大型LNG儲(chǔ)氣罐中，通過海運(yùn)進(jìn)行運(yùn)輸）等，同 時(shí)很多天然氣化工廠有專門生產(chǎn)LNG的生產(chǎn)間。
[0003] 近年來紅外氣體檢測技術(shù)已經(jīng)可以應(yīng)用在天然氣運(yùn)輸、中轉(zhuǎn)及加工過程中，用來 檢測天然氣氣體的泄漏情況。國內(nèi)外目前對(duì)于原油、成品油與城市地下水等液體輸送的遠(yuǎn) 程泄漏檢測方法已相對(duì)成熟，天然氣泄漏的離線探測技術(shù)應(yīng)用較多。目前國際上已經(jīng)采用 一種利用激光吸收光譜在線遙測天然氣泄漏與定位。目前泄漏檢測技術(shù)主要包括電纜光 纖泄漏檢測法、聲波檢漏法、基于模型泄漏檢測法、壓力梯度法、質(zhì)量流量平衡法、負(fù)壓波方 法、天然氣的內(nèi)部漏磁檢測等方法。由于天然氣易燃易爆的特點(diǎn)，快速有效地檢測天然氣是 否存在泄漏對(duì)于天然氣的開發(fā)及生產(chǎn)有著重要的意義，雖然現(xiàn)有技術(shù)中存在著很多天然氣 檢測裝置，而且也被廣泛應(yīng)用于天然氣和煤礦環(huán)境中，但這些檢測裝置無法滿足LNG各種 應(yīng)用的檢測，下面以LNG管道系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。
[0004] LNG管道是液化天然氣接收站的重要設(shè)施。目前全容式LNG管道全部采用熱電偶、 天然氣探測儀、火焰離子探測器等監(jiān)測管道的LNG泄漏情況。其【具體實(shí)施方式】為：在全容 式LNG管道的管壁和管底安裝多個(gè)熱電偶，根據(jù)熱電偶所測溫度來判斷是否有泄漏發(fā)生； 同時(shí)，在LNG管道管頂及外壁安裝有天然氣探測儀和火焰離子探測器，用于監(jiān)測LNG泄漏之 后氣化生成的天然氣以及天然氣燃燒所產(chǎn)生的火焰離子。目前的這種方法存在溫度監(jiān)測點(diǎn) 過少、檢測精度較低、無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)少量LNG泄漏的問題，且很難確定泄漏點(diǎn)的準(zhǔn)確位置， 最重要的，由于熱電偶等監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測時(shí)均為帶電監(jiān)測，在天然氣泄漏時(shí)有燃燒、爆炸的可 能性，存在安全隱患。倘若因此發(fā)生燃燒或爆炸，那將是極其重大的安全事故，對(duì)社會(huì)安定 以及人類進(jìn)步也會(huì)造成巨大的影響。另外，上述方式無法在LNG泄漏的最初階段進(jìn)行報(bào)警， 極易造成嚴(yán)重的次生災(zāi)害。因此用熱電偶、天然氣探測儀和火焰離子探測器監(jiān)測LNG管道 泄漏的技術(shù)安全保障性較差，無法有效降低LNG管道泄漏帶來的環(huán)境污染和安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0005] 公知上述的LNG或天然氣其他大型應(yīng)用場所，均出現(xiàn)上述安全類問題。因此，現(xiàn)有 感知傳感器無法準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)，平日肉眼看不到隱患問題，有爆炸可能性。人員到現(xiàn)場檢 測氣體泄漏，一旦氣體泄漏人員無法及時(shí)撤離，給天然氣安全生產(chǎn)帶來極大危害。倘若因此 發(fā)生燃燒或爆炸，那將是極其重大的安全事故，對(duì)社會(huì)安定以及人類進(jìn)步也會(huì)造成巨大的 影響。如何避免在天然氣檢測時(shí)不可見（肉眼看不見泄漏點(diǎn))，能夠安全、高效直接判斷大型 應(yīng)用場所中天然氣的泄漏范圍，已經(jīng)成為亟需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，解決上述遇到的問題，提供一種紅外熱 成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場泄漏點(diǎn)可見，不會(huì)產(chǎn)生由于平日肉 眼看不到的問題導(dǎo)致的爆炸等危險(xiǎn)，最大限度的減少了安全隱患節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場顯示熱成像，檢 測濃度模塊發(fā)現(xiàn)問題立即報(bào)警，同時(shí)能夠快速實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣泄漏點(diǎn)的判斷，并顯示于圖像 顯示模塊，適應(yīng)天然氣管道、天然氣儲(chǔ)蓄罐等天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場的要求。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及 裝置，包括：紅外熱成像模塊，激光氣體濃度檢測模塊，圖像顯示模塊，按鍵電路板，電源模 塊，報(bào)警模塊，激光反射板以及中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；其中，激光反射板安裝在可能發(fā)生天然氣泄 漏的重點(diǎn)檢查區(qū)域上；紅外熱成像模塊由探測器，光學(xué)系統(tǒng)，測溫模塊和信號(hào)處理模塊組 成；激光氣體濃度檢測模塊由濃度激光器，濃度光接收器，數(shù)字模塊和主電路板組成； 激光氣體濃度檢測模塊由濃度激光器輸出激光信號(hào)通過激光反射板反射光信號(hào)；濃度 光接收器接收激光反射板反射的激光信號(hào)；數(shù)字模塊處理濃度光接收器接收的激光信號(hào)； 主電路板根據(jù)數(shù)字模塊輸出的信號(hào)確定檢測點(diǎn)濃度； 紅外熱成像模塊由探測器輸出光信號(hào)探測目標(biāo)物體的紅外輻射；光學(xué)系統(tǒng)接收目標(biāo)物 體的紅外輻射并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；測溫模塊處理轉(zhuǎn)換的溫度分布信號(hào)；信號(hào)處理模塊將處理 的溫度分布信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)； 圖像顯示模塊顯示現(xiàn)場檢測濃度及熱成像； 按鍵電路板控制整系統(tǒng)裝置的功能實(shí)現(xiàn)； 電源模塊給紅外熱成像模塊和激光檢測濃度模塊及其他本發(fā)明所包括的裝置供電； 報(bào)警模塊接收紅外熱成像模塊和激光檢測濃度模塊的報(bào)警信號(hào)并生成警告音； 中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)保存濃度和熱成像的檢測數(shù)據(jù)； 一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置的實(shí)施步驟為： ① 濃度激光器輸出激光信號(hào)，將所述激光信號(hào)對(duì)準(zhǔn)反射板； ② 濃度激光器發(fā)射所述激發(fā)激光光束，其中，所述激發(fā)激光光束的光路經(jīng)過可能發(fā)生 天然氣泄漏的重點(diǎn)檢查區(qū)域上的激光反射板； ③ 激光反射板反射經(jīng)過天然氣檢測區(qū)的激光光束； ④ 濃度光接收器接收經(jīng)過天然氣檢測區(qū)的反射激光光束，得到目標(biāo)激光信號(hào)； ⑤ 數(shù)字模塊轉(zhuǎn)換目標(biāo)激光信號(hào)得到電信號(hào)并數(shù)字化； ⑥ 主電路板分析所述目標(biāo)激光信號(hào)的光譜，根據(jù)目標(biāo)激光信號(hào)的光譜變化判定天然氣 檢測區(qū)是否有天然氣泄漏，并在判定有天然氣泄漏的情況下，由報(bào)警模塊發(fā)出濃度報(bào)警信 號(hào)； ⑦ 同一時(shí)間探測器輸出探測光信號(hào)，探測目標(biāo)物體的紅外輻射； ⑧ 光學(xué)系統(tǒng)得到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； ⑨ 測溫模塊處理電信號(hào)；信號(hào)處理模塊根據(jù)溫度分布信號(hào)得出目標(biāo)圖像視頻信號(hào)，由 圖像顯示模塊顯示目標(biāo)熱成像及天然氣泄漏濃度值； ⑩ 中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄濃度檢測數(shù)據(jù)值和目標(biāo)圖像視頻信號(hào)數(shù)據(jù)值。
[0008] 有益效果 區(qū)別于【背景技術(shù)】，本發(fā)明提供一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置，設(shè) 置了檢測濃度模塊和熱成像模塊，LNG的監(jiān)測通過表面溫度可以為我們提供有關(guān)管道系統(tǒng) 及電氣系統(tǒng)的許多信息，在透過紅外鏡頭觀察時(shí)，平日肉眼看不到的問題會(huì)突現(xiàn)眼前。使用 紅外熱像儀，可以檢測到天然氣泄漏、LNG管道、管壁后面的結(jié)構(gòu)特征以及過熱的電氣線路 等，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化記錄歸檔。通過用這種工具對(duì)表面進(jìn)行掃描，您可以快速發(fā)現(xiàn)通常 代表潛在問題的溫度變化，并以詳細(xì)的圖形報(bào)告的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄?？焖贉?zhǔn)確地實(shí)現(xiàn) 天然氣泄漏的位置探測，完全符合LNG應(yīng)用中檢測的需求，本發(fā)明主要通過探測激光器傳 輸光信號(hào)，激光信號(hào)能被泄漏的天然氣遮擋隔斷，衰減激光信號(hào)或是反射不到激光信號(hào)，導(dǎo) 致接收到衰減激光信號(hào)或是無激光信號(hào)的原理，確定天然氣泄漏的范圍，因泄漏點(diǎn)處泄露 出的液化氣溫度低于環(huán)境溫度，利用紅外熱成像原理，紅外熱成像系統(tǒng)通過接收物體發(fā)射 的紅外輻射，形成物體表面的熱分布圖像，并進(jìn)行非接觸的溫度測量，通過觀察成像上溫度 低處與周圍環(huán)境中的顏色變化，判斷泄露點(diǎn)，紅外熱成像可以一次測試物體表面數(shù)萬個(gè)點(diǎn) 的溫度，并可以利用生成的熱分布圖像，進(jìn)行溫度閥值和熱圖像特征的報(bào)警，同時(shí)準(zhǔn)確測量 天然氣氣體濃度及泄露點(diǎn)?？焖贉?zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)天然氣泄漏的探測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 本發(fā)明提供一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置，包括：紅外熱成 像模塊1，激光氣體濃度檢測模塊6,圖像顯示模塊11，按鍵電路板12,電源模塊13,報(bào)警模 塊14,激光反射板16以及中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)15 ;其中，激光反射板16安裝在可能發(fā)生天然氣泄 漏的重點(diǎn)檢查區(qū)域上；紅外熱成像模塊1由探測器2,光學(xué)系統(tǒng)3,測溫模塊4和信號(hào)處理模 塊5組成；激光氣體濃度檢測模塊6由濃度激光器7,濃度光接收器8,數(shù)字模塊9和主電路 板10組成； 激光氣體濃度檢測模塊6由濃度激光器7輸出激光信號(hào)通過激光反射板16反射光信 號(hào)；濃度光接收器8接收激光反射板16反射的激光信號(hào)；數(shù)字模塊9處理濃度光接收器8 接收的激光信號(hào)；主電路板10根據(jù)數(shù)字模塊9輸出的信號(hào)確定檢測點(diǎn)濃度； 紅外熱成像模塊1由探測器2輸出光信號(hào)探測目標(biāo)物體的紅外輻射；光學(xué)系統(tǒng)3接收 目標(biāo)物體的紅外輻射并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；測溫模塊4處理轉(zhuǎn)換的溫度分布信號(hào)；信號(hào)處理模 塊5將處理的溫度分布信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)； 圖像顯示模塊11顯示現(xiàn)場檢測濃度及熱成像； 按鍵電路板12控制整系統(tǒng)裝置的功能實(shí)現(xiàn)； 電源模塊13給紅外熱成像模塊1和激光檢測濃度模塊6及其他本發(fā)明所包括的裝置 供電； 報(bào)警模塊14接收紅外熱成像模塊1和激光檢測濃度模塊6的報(bào)警信號(hào)并生成警告音； 中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)15保存濃度和熱成像的檢測數(shù)據(jù)。
[0011] 請(qǐng)參閱圖2,本實(shí)施方式提供一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置， 該方法起始于步驟S401，激發(fā)濃度激光信號(hào)，將所述激光信號(hào)對(duì)準(zhǔn)反射板。
[0012] 步驟S402,反射經(jīng)過天然氣檢測區(qū)的激光光束。
[0013] 步驟S403,接收經(jīng)過天然氣檢測區(qū)的反射激光光束，得到目標(biāo)激光信號(hào)。
[0014] 步驟S404,分析所述目標(biāo)激光信號(hào)的光譜，根據(jù)目標(biāo)激光信號(hào)的光譜變化判定天 然氣檢測區(qū)是否有天然氣泄漏，并在判定有天然氣泄漏的情況下，由報(bào)警模塊發(fā)出濃度報(bào) 警信號(hào)。
[0015] 步驟S405,同一時(shí)間輸出探測光信號(hào)，探測目標(biāo)物體的紅外輻射，得到的光信號(hào)轉(zhuǎn) 換成電信號(hào)，處理電信號(hào)根據(jù)溫度分布信號(hào)得出目標(biāo)圖像視頻信號(hào)，由圖像顯示模塊顯示 目標(biāo)熱成像及天然氣泄漏濃度值。
[0016] 步驟S406,在中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中拷出濃度檢測數(shù)據(jù)值和目標(biāo)圖像視頻信號(hào)數(shù)據(jù)值。
[0017] 在本實(shí)施方式中，激光天然氣濃度檢測模塊探測泄漏區(qū)域，濃度超標(biāo)時(shí)發(fā)出報(bào)警 信號(hào)，同一時(shí)間紅外熱成像模塊獲取目標(biāo)熱成像，應(yīng)用熱成像和天然氣濃度檢測技術(shù)，可以 做到快速、準(zhǔn)確確定泄漏區(qū)域濃度，分析觀察現(xiàn)場圖像視頻確定泄漏點(diǎn)位置。完全符合LNG 作業(yè)區(qū)應(yīng)用中檢測的需求，能夠解決【背景技術(shù)】中提到的問題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的 是，其他類似的大型場所的天然氣檢測均可應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，還可以廣泛的應(yīng)用在 廠礦企業(yè)、大型油田油庫等需要重點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)控、防范等所有室內(nèi)外環(huán)境。當(dāng)然對(duì)于其他需要 監(jiān)測的氣體如C0, S02等，也可根據(jù)本發(fā)明的思想進(jìn)行變換，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018] 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技 術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測裝置，包括：紅外熱成像模塊，激光氣體濃 度檢測模塊，圖像顯示模塊，按鍵電路板，電源模塊，報(bào)警模塊，激光反射板以及中央數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)；其中，激光反射板安裝在可能發(fā)生天然氣泄漏的重點(diǎn)檢查區(qū)域上；紅外熱成像模塊由 探測器，光學(xué)系統(tǒng)，測溫模塊和信號(hào)處理模塊組成；激光氣體濃度檢測模塊由濃度激光器， 濃度光接收器，數(shù)字模塊和主電路板組成； 激光氣體濃度檢測模塊由濃度激光器輸出激光信號(hào)通過激光反射板反射光信號(hào)；濃度 光接收器接收激光反射板反射的激光信號(hào)；數(shù)字模塊處理濃度光接收器接收的激光信號(hào)； 主電路板根據(jù)數(shù)字模塊輸出的信號(hào)確定檢測點(diǎn)濃度； 紅外熱成像模塊由探測器輸出光信號(hào)探測目標(biāo)物體的紅外輻射；光學(xué)系統(tǒng)接收目標(biāo)物 體的紅外輻射并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；測溫模塊處理轉(zhuǎn)換的溫度分布信號(hào)；信號(hào)處理模塊將處理 的溫度分布信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)； 圖像顯示模塊顯示現(xiàn)場檢測濃度及熱成像； 按鍵電路板控制整系統(tǒng)裝置的功能實(shí)現(xiàn)； 電源模塊給紅外熱成像模塊和激光檢測濃度模塊及其他本發(fā)明所包括的裝置供電； 報(bào)警模塊接收紅外熱成像模塊和激光檢測濃度模塊的報(bào)警信號(hào)并生成警告音； 中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)保存濃度和熱成像的檢測數(shù)據(jù)； 一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測裝置的實(shí)施步驟為： ① 濃度激光器輸出激光信號(hào)，將所述激光信號(hào)對(duì)準(zhǔn)反射板； ② 濃度激光器發(fā)射所述激發(fā)激光光束，其中，所述激發(fā)激光光束的光路經(jīng)過可能發(fā)生 天然氣泄漏的重點(diǎn)檢查區(qū)域上的激光反射板； ③ 激光反射板反射經(jīng)過天然氣檢測區(qū)的激光光束； ④ 濃度光接收器接收經(jīng)過天然氣檢測區(qū)的反射激光光束，得到目標(biāo)激光信號(hào)； ⑤ 數(shù)字模塊轉(zhuǎn)換目標(biāo)激光信號(hào)得到電信號(hào)并數(shù)字化； ⑥ 主電路板分析所述目標(biāo)激光信號(hào)的光譜，根據(jù)目標(biāo)激光信號(hào)的光譜變化判定天然氣 檢測區(qū)是否有天然氣泄漏，并在判定有天然氣泄漏的情況下，由報(bào)警模塊發(fā)出濃度報(bào)警信 號(hào)； ⑦ 同一時(shí)間探測器輸出探測光信號(hào)，探測目標(biāo)物體的紅外輻射； ⑧ 光學(xué)系統(tǒng)得到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； ⑨ 測溫模塊處理電信號(hào)；信號(hào)處理模塊根據(jù)溫度分布信號(hào)得出目標(biāo)圖像視頻信號(hào)，由 圖像顯示模塊顯示目標(biāo)熱成像及天然氣泄漏濃度值； ⑩ 中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄濃度檢測數(shù)據(jù)值和目標(biāo)圖像視頻信號(hào)數(shù)據(jù)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測裝置的特征在于，設(shè) 置了激光氣體濃度檢測模塊和紅外熱成像模塊，可以檢測到天然氣泄漏、LNG管道、管壁后 面的結(jié)構(gòu)特征以及過熱的電氣線路，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化記錄歸檔；通過用這種工具對(duì)表 面進(jìn)行掃描，您可以快速發(fā)現(xiàn)通常代表潛在問題的溫度變化，并以詳細(xì)的圖形報(bào)告的形式 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)天然氣泄漏的位置探測，完全符合LNG應(yīng)用中檢測的需 求，本發(fā)明主要通過探測激光器傳輸光信號(hào)，激光信號(hào)能被泄漏的天然氣遮擋隔斷，衰減激 光信號(hào)或是反射不到激光信號(hào)，導(dǎo)致接收到衰減激光信號(hào)或是無激光信號(hào)的原理，確定天 然氣泄漏的范圍，因泄漏點(diǎn)處泄露出的液化氣溫度低于環(huán)境溫度，利用紅外熱成像原理，紅 外熱成像系統(tǒng)通過接收物體發(fā)射的紅外輻射，形成物體表面的熱分布圖像，并進(jìn)行非接觸 的溫度測量，通過觀察成像上溫度低處與周圍環(huán)境中的顏色變化，判斷泄露點(diǎn)，紅外熱成像 可以一次測試物體表面數(shù)萬個(gè)點(diǎn)的溫度，并可以利用生成的熱分布圖像，進(jìn)行溫度閥值和 熱圖像特征的報(bào)警，同時(shí)準(zhǔn)確測量天然氣氣體濃度及泄露點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G01N21/25GK104122054SQ201410359050
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月27日
【發(fā)明者】張揚(yáng), 黃天順, 李鳳捷, 婁銳, 胡馨月, 石雯 申請(qǐng)人:北京航星網(wǎng)訊技術(shù)股份有限公司