一种红外热成像式激光天然气泄漏检测方法及装置制造方法
【专利摘要】一种红外热成像式激光天然气泄漏检测方法及装置涉及信息【技术领域】的光电气体检测技术，本发明由红外热成像�？椋す馄迮ǘ燃觳饽？椋枷裣允灸？椋醇缏钒澹缭茨？椋ň？椋す夥瓷浒逡约爸醒胧荽娲⒆槌桑碧峁┮恢掷蒙鲜鱿低呈迪值南殖⌒孤┑闩ǘ群腿瘸上竦氖莶杉椒ā１痉⒚髂芄换竦孟殖〉募嗖馀ǘ燃靶孤┑愕娜瘸上瘢迪滞较殖』肪程烊黄ǘ�、热成像的数据采集。
【专利说明】一种红外热成像式激光天然气泄漏检测方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信息【技术领域】，尤其是光电技术的激光气体检测技术。
【背景技术】
[0002] LNG是液化天然气（liquefied natural gas)的英语缩写，主要成分是液化天然气， 其体积与气体天然气的体积比约是1 :600,但重量仅为同体积水的45%左右，因此被广泛应 用于城市管网、码头长运输(将LNG存储在超大型LNG储气罐中，通过海运进行运输）等，同 时很多天然气化工厂有专门生产LNG的生产间。
[0003] 近年来红外气体检测技术已经可以应用在天然气运输、中转及加工过程中，用来 检测天然气气体的泄漏情况。国内外目前对于原油、成品油与城市地下水等液体输送的远 程泄漏检测方法已相对成熟，天然气泄漏的离线探测技术应用较多。目前国际上已经采用 一种利用激光吸收光谱在线遥测天然气泄漏与定位。目前泄漏检测技术主要包括电缆光 纤泄漏检测法、声波检漏法、基于模型泄漏检测法、压力梯度法、质量流量平衡法、负压波方 法、天然气的内部漏磁检测等方法。由于天然气易燃易爆的特点，快速有效地检测天然气是 否存在泄漏对于天然气的开发及生产有着重要的意义，虽然现有技术中存在着很多天然气 检测装置，而且也被广泛应用于天然气和煤矿环境中，但这些检测装置无法满足LNG各种 应用的检测，下面以LNG管道系统为例进行说明。
[0004] LNG管道是液化天然气接收站的重要设施。目前全容式LNG管道全部采用热电偶、 天然气探测仪、火焰离子探测器等监测管道的LNG泄漏情况。其【具体实施方式】为：在全容 式LNG管道的管壁和管底安装多个热电偶，根据热电偶所测温度来判断是否有泄漏发生； 同时，在LNG管道管顶及外壁安装有天然气探测仪和火焰离子探测器，用于监测LNG泄漏之 后气化生成的天然气以及天然气燃烧所产生的火焰离子。目前的这种方法存在温度监测点 过少、检测精度较低、无法及时发现少量LNG泄漏的问题，且很难确定泄漏点的准确位置， 最重要的，由于热电偶等监测设备监测时均为带电监测，在天然气泄漏时有燃烧、爆炸的可 能性，存在安全隐患。倘若因此发生燃烧或爆炸，那将是极其重大的安全事故，对社会安定 以及人类进步也会造成巨大的影响。另外，上述方式无法在LNG泄漏的最初阶段进行报警， 极易造成严重的次生灾害。因此用热电偶、天然气探测仪和火焰离子探测器监测LNG管道 泄漏的技术安全保障性较差，无法有效降低LNG管道泄漏带来的环境污染和安全风险。
[0005] 公知上述的LNG或天然气其他大型应用场所，均出现上述安全类问题。因此，现有 感知传感器无法准确发现泄漏点，平日肉眼看不到隐患问题，有爆炸可能性。人员到现场检 测气体泄漏，一旦气体泄漏人员无法及时撤离，给天然气安全生产带来极大�：ΑＬ热粢虼� 发生燃烧或爆炸，那将是极其重大的安全事故，对社会安定以及人类进步也会造成巨大的 影响。如何避免在天然气检测时不可见（肉眼看不见泄漏点)，能够安全、高效直接判断大型 应用场所中天然气的泄漏范围，已经成为亟需解决的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服现有技术上的不足，解决上述遇到的问题，提供一种红外热 成像式激光天然气泄漏检测方法及装置，能够实现现场泄漏点可见，不会产生由于平日肉 眼看不到的问题导致的爆炸等危险，最大限度的减少了安全隐患节点，现场显示热成像，检 测浓度�？榉⑾治侍饬⒓幢ň蹦芄豢焖偈迪侄蕴烊黄孤┑愕呐卸希⑾允居谕枷� 显示�？椋视μ烊黄艿�、天然气储蓄罐等天然气生产现场的要求。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种红外热成像式激光天然气泄漏检测方法及 装置，包括：红外热成像�？椋す馄迮ǘ燃觳饽？椋枷裣允灸？椋醇缏钒澹缭茨� 块，报警�？椋す夥瓷浒逡约爸醒胧荽娲ⅲ黄渲校す夥瓷浒灏沧霸诳赡芊⑸烊黄� 漏的重点检查区域上；红外热成像模块由探测器，光学系统，测温�？楹托藕糯砟？樽� 成；激光气体浓度检测�？橛膳ǘ燃す馄鳎ǘ裙饨邮掌鳎帜？楹椭鞯缏钒遄槌桑� 激光气体浓度检测�？橛膳ǘ燃す馄魇涑黾す庑藕磐üす夥瓷浒宸瓷涔庑藕牛慌ǘ� 光接收器接收激光反射板反射的激光信号；数字�？榇砼ǘ裙饨邮掌鹘邮盏募す庑藕牛� 主电路板根据数字�？槭涑龅男藕湃范觳獾闩ǘ龋� 红外热成像�？橛商讲馄魇涑龉庑藕盘讲饽勘晡锾宓暮焱夥洌还庋低辰邮漳勘晡� 体的红外辐射并转换成电信号；测温�？榇碜坏奈露确植夹藕牛恍藕糯砟？榻� 的温度分布信号转换成视频信号； 图像显示�？橄允鞠殖〖觳馀ǘ燃叭瘸上瘢� 按键电路板控制整系统装置的功能实现； 电源�？楦焱馊瘸上衲？楹图す饧觳馀ǘ饶？榧捌渌痉⒚魉ǖ淖爸霉┑纾� 报警�？榻邮蘸焱馊瘸上衲？楹图す饧觳馀ǘ饶？榈谋ň藕挪⑸删嬉簦� 中央数据存储保存浓度和热成像的检测数据； 一种红外热成像式激光天然气泄漏检测方法及装置的实施步骤为： ① 浓度激光器输出激光信号，将所述激光信号对准反射板； ② 浓度激光器发射所述激发激光光束，其中，所述激发激光光束的光路经过可能发生 天然气泄漏的重点检查区域上的激光反射板； ③ 激光反射板反射经过天然气检测区的激光光束； ④ 浓度光接收器接收经过天然气检测区的反射激光光束，得到目标激光信号； ⑤ 数字模块转换目标激光信号得到电信号并数字化； ⑥ 主电路板分析所述目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱变化判定天然气 检测区是否有天然气泄漏，并在判定有天然气泄漏的情况下，由报警�？榉⒊雠ǘ缺ň� 号； ⑦ 同一时间探测器输出探测光信号，探测目标物体的红外辐射； ⑧ 光学系统得到的光信号转换成电信号； ⑨ 测温�？榇淼缧藕牛恍藕糯砟？楦菸露确植夹藕诺贸瞿勘晖枷袷悠敌藕牛� 图像显示�？橄允灸勘耆瘸上窦疤烊黄孤┡ǘ戎担� ⑩ 中央数据存储记录浓度检测数据值和目标图像视频信号数据值。
[0008] 有益效果 区别于【背景技术】，本发明提供一种红外热成像式激光天然气泄漏检测方法及装置，设 置了检测浓度�？楹腿瘸上衲？椋琇NG的监测通过表面温度可以为我们提供有关管道系统 及电气系统的许多信息，在透过红外镜头观察时，平日肉眼看不到的问题会突现眼前。使用 红外热像仪，可以检测到天然气泄漏、LNG管道、管壁后面的结构特征以及过热的电气线路 等，并对数据进行可视化记录归档。通过用这种工具对表面进行扫描，您可以快速发现通常 代表潜在问题的温度变化，并以详细的图形报告的形式对数据进行记录。快速准确地实现 天然气泄漏的位置探测，完全符合LNG应用中检测的需求，本发明主要通过探测激光器传 输光信号，激光信号能被泄漏的天然气遮挡隔断，衰减激光信号或是反射不到激光信号，导 致接收到衰减激光信号或是无激光信号的原理，确定天然气泄漏的范围，因泄漏点处泄露 出的液化气温度低于环境温度，利用红外热成像原理，红外热成像系统通过接收物体发射 的红外辐射，形成物体表面的热分布图像，并进行非接触的温度测量，通过观察成像上温度 低处与周围环境中的颜色变化，判断泄露点，红外热成像可以一次测试物体表面数万个点 的温度，并可以利用生成的热分布图像，进行温度阀值和热图像特征的报警，同时准确测量 天然气气体浓度及泄露点。快速准确地实现天然气泄漏的探测。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明的流程示意图。
【具体实施方式】
[0010] 本发明提供一种红外热成像式激光天然气泄漏检测方法及装置，包括：红外热成 像�？�1，激光气体浓度检测�？�6,图像显示模块11，按键电路板12,电源�？�13,报警模 块14,激光反射板16以及中央数据存储15 ;其中，激光反射板16安装在可能发生天然气泄 漏的重点检查区域上；红外热成像�？�1由探测器2,光学系统3,测温�？�4和信号处理模 块5组成；激光气体浓度检测�？�6由浓度激光器7,浓度光接收器8,数字�？�9和主电路 板10组成； 激光气体浓度检测�？�6由浓度激光器7输出激光信号通过激光反射板16反射光信 号；浓度光接收器8接收激光反射板16反射的激光信号；数字�？�9处理浓度光接收器8 接收的激光信号；主电路板10根据数字�？�9输出的信号确定检测点浓度； 红外热成像�？�1由探测器2输出光信号探测目标物体的红外辐射；光学系统3接收 目标物体的红外辐射并转换成电信号；测温�？�4处理转换的温度分布信号；信号处理模 块5将处理的温度分布信号转换成视频信号； 图像显示�？�11显示现场检测浓度及热成像； 按键电路板12控制整系统装置的功能实现； 电源�？�13给红外热成像�？�1和激光检测浓度模块6及其他本发明所包括的装置 供电； 报警�？�14接收红外热成像�？�1和激光检测浓度�？�6的报警信号并生成警告音； 中央数据存储15保存浓度和热成像的检测数据。
[0011] 请参阅图2,本实施方式提供一种红外热成像式激光天然气泄漏检测方法及装置， 该方法起始于步骤S401，激发浓度激光信号，将所述激光信号对准反射板。
[0012] 步骤S402,反射经过天然气检测区的激光光束。
[0013] 步骤S403,接收经过天然气检测区的反射激光光束，得到目标激光信号。
[0014] 步骤S404,分析所述目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱变化判定天 然气检测区是否有天然气泄漏，并在判定有天然气泄漏的情况下，由报警�？榉⒊雠ǘ缺� 警信号。
[0015] 步骤S405,同一时间输出探测光信号，探测目标物体的红外辐射，得到的光信号转 换成电信号，处理电信号根据温度分布信号得出目标图像视频信号，由图像显示�？橄允� 目标热成像及天然气泄漏浓度值。
[0016] 步骤S406,在中央数据存储中拷出浓度检测数据值和目标图像视频信号数据值。
[0017] 在本实施方式中，激光天然气浓度检测�？樘讲庑孤┣颍ǘ瘸晔狈⒊霰ň� 信号，同一时间红外热成像�？榛袢∧勘耆瘸上瘢τ萌瘸上窈吞烊黄ǘ燃觳饧际酰梢� 做到快速、准确确定泄漏区域浓度，分析观察现场图像视频确定泄漏点位置。完全符合LNG 作业区应用中检测的需求，能够解决【背景技术】中提到的问题。本领域技术人员应该理解的 是，其他类似的大型场所的天然气检测均可应用本发明的技术方案，还可以广泛的应用在 厂矿企业、大型油田油库等需要重点加强监控、防范等所有室内外环境。当然对于其他需要 监测的气体如C0, S02等，也可根据本发明的思想进行变换，属于本发明的保护范围。
[0018] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1. 一种红外热成像式激光天然气泄漏检测装置，包括：红外热成像�？椋す馄迮� 度检测�？椋枷裣允灸？椋醇缏钒澹缭茨？椋ň？椋す夥瓷浒逡约爸醒胧荽� 储；其中，激光反射板安装在可能发生天然气泄漏的重点检查区域上；红外热成像�？橛� 探测器，光学系统，测温�？楹托藕糯砟？樽槌桑患す馄迮ǘ燃觳饽？橛膳ǘ燃す馄鳎� 浓度光接收器，数字�？楹椭鞯缏钒遄槌桑� 激光气体浓度检测�？橛膳ǘ燃す馄魇涑黾す庑藕磐üす夥瓷浒宸瓷涔庑藕牛慌ǘ� 光接收器接收激光反射板反射的激光信号；数字�？榇砼ǘ裙饨邮掌鹘邮盏募す庑藕牛� 主电路板根据数字模块输出的信号确定检测点浓度； 红外热成像�？橛商讲馄魇涑龉庑藕盘讲饽勘晡锾宓暮焱夥洌还庋低辰邮漳勘晡� 体的红外辐射并转换成电信号；测温�？榇碜坏奈露确植夹藕牛恍藕糯砟？榻� 的温度分布信号转换成视频信号； 图像显示�？橄允鞠殖〖觳馀ǘ燃叭瘸上瘢� 按键电路板控制整系统装置的功能实现； 电源�？楦焱馊瘸上衲？楹图す饧觳馀ǘ饶？榧捌渌痉⒚魉ǖ淖爸霉┑纾� 报警�？榻邮蘸焱馊瘸上衲？楹图す饧觳馀ǘ饶？榈谋ň藕挪⑸删嬉簦� 中央数据存储保存浓度和热成像的检测数据； 一种红外热成像式激光天然气泄漏检测装置的实施步骤为： ① 浓度激光器输出激光信号，将所述激光信号对准反射板； ② 浓度激光器发射所述激发激光光束，其中，所述激发激光光束的光路经过可能发生 天然气泄漏的重点检查区域上的激光反射板； ③ 激光反射板反射经过天然气检测区的激光光束； ④ 浓度光接收器接收经过天然气检测区的反射激光光束，得到目标激光信号； ⑤ 数字�？樽荒勘昙す庑藕诺玫降缧藕挪⑹只� ⑥ 主电路板分析所述目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱变化判定天然气 检测区是否有天然气泄漏，并在判定有天然气泄漏的情况下，由报警�？榉⒊雠ǘ缺ň� 号； ⑦ 同一时间探测器输出探测光信号，探测目标物体的红外辐射； ⑧ 光学系统得到的光信号转换成电信号； ⑨ 测温�？榇淼缧藕牛恍藕糯砟？楦菸露确植夹藕诺贸瞿勘晖枷袷悠敌藕牛� 图像显示�？橄允灸勘耆瘸上窦疤烊黄孤┡ǘ戎担� ⑩ 中央数据存储记录浓度检测数据值和目标图像视频信号数据值。
2. 根据权利要求1所述的一种红外热成像式激光天然气泄漏检测装置的特征在于，设 置了激光气体浓度检测�？楹秃焱馊瘸上衲？椋梢约觳獾教烊黄孤�、LNG管道、管壁后 面的结构特征以及过热的电气线路，并对数据进行可视化记录归档；通过用这种工具对表 面进行扫描，您可以快速发现通常代表潜在问题的温度变化，并以详细的图形报告的形式 对数据进行记录，快速准确地实现天然气泄漏的位置探测，完全符合LNG应用中检测的需 求，本发明主要通过探测激光器传输光信号，激光信号能被泄漏的天然气遮挡隔断，衰减激 光信号或是反射不到激光信号，导致接收到衰减激光信号或是无激光信号的原理，确定天 然气泄漏的范围，因泄漏点处泄露出的液化气温度低于环境温度，利用红外热成像原理，红 外热成像系统通过接收物体发射的红外辐射，形成物体表面的热分布图像，并进行非接触 的温度测量，通过观察成像上温度低处与周围环境中的颜色变化，判断泄露点，红外热成像 可以一次测试物体表面数万个点的温度，并可以利用生成的热分布图像，进行温度阀值和 热图像特征的报警，同时准确测量天然气气体浓度及泄露点。
【文档编号】G01N21/25GK104122054SQ201410359050
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月27日 优先权日:2014年7月27日
【发明者】张扬, 黄天顺, 李凤捷, 娄锐, 胡馨月, 石雯 申请人:北京航星网讯技术股份有限公司
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