CN104091415B - 一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测方法及装置涉及信息技术中的光电气体检测技术，本发明由摄像模块、激光检测浓度模块、激光反射板、图像显示模块、电源模块、报警模块以及中央数据存储组成。本发明同时提供一种利用上述系统实现的现场泄漏点浓度和视频图像的数据采集方法，能够获得现场的监测浓度及泄漏点的视频图像，实现同步现场环境甲烷浓度、视频图像监控的数据采集。

Description

一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测方法及装置

技术领域

本发明涉及信息技术，尤其是光电子技术中的气体检测技术。

背景技术

甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。甲烷是一种无色、无味、无臭的气体，与空气混合在一起后，既看不到，摸不着，也闻不出来。甲烷在空气中浓度增大时，能使空气中的氧气含量相对降低，而使人窒息，当空气中的甲烷含量达到40%以上时，能使人立刻死亡。新鲜空气中，甲烷浓度达到5%~16%时，就达到爆炸浓度，也称爆炸极限。当甲烷浓度在5%以下时，遇到火源能燃烧，不能爆炸，当甲烷浓度大于16%时，在混合气体中遇到火源不能燃烧，也不会爆炸，如有新鲜空气供给，在混合气与新鲜空气的接触面上，遇火就会燃烧，其浓度在5%~16%时，遇火源就会爆炸，在9.5%时，爆炸能力最强。

检测甲烷在各种场合的存在及其含量是合理利用与规避各种事故的关键。燃气是高危行业，燃气管道经过区域多为人口稠密的城镇地区，一旦发生事故将会造成人民生命和财产的巨大损失。另外，随着我国经济高速发展，能源需求正逐年增加，天然气工业发展迅速，然而，天然气管道漏失的天然气量一般大约要占输气总量的10%，漏失现象严重。伴随着政府、企业及社会对燃气管道安全及环保的日益重视，燃气管道设施的安全巡检，尤其是泄漏检测越来越显得重要。

目前，应用成熟的甲烷检测方法均使用黑白元件作为传感器，这种方法反应速度慢、检测精度低、功耗大等，在安全要求较高的现场会带来诸多问题。目前国内外的绝大多说检漏仪都是近距离探头式检测，要求探头置于可能含有燃气的被测环境中，与燃气直接接触，危险性很高。而且实际巡检过程中经常遇到管道或设施难以到达，甚至不能到达的情况。这就使得管网泄漏巡检效率不高或对某些管段放弃巡检，给燃气管道安全带来隐患。因此，具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测装置的成功开发将弥补传统检测技术的不足，填补国内该领域燃气泄漏检测技术空白，对于燃气企业安全运营显得尤为重要。

公知上述的甲烷大型应用场所，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，记录有无明火或气泡，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，给甲烷安全生产带来极大危害。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。如何避免在甲烷检测时疏漏泄漏点、明火或气泡，能够安全、高效直接判断大型应用场所中甲烷的泄漏范围，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述遇到的问题，提供一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测方法及装置，能够实现记录现场有无明火及气泡，不会产生由于遗漏泄漏点问题导致的爆炸等危险，最大限度的减少了安全隐患节点，现场显示视频图像，检测浓度模块发现问题即报警，同时能够快速实现对甲烷泄漏点的判断，并显示于图像显示模块，适应天然气、油田气等甲烷生产现场的要求。

1.摄像模块，2. 光学系统，

3.CCD，4.CDS/AGC，

5.DSP（数字信号处理器），6. T.G，

7.V-Driver，8.浓度检测模块，

9.激光器， 10. 光接收器，

11. 数字模块，12. 主电路板，

13.电源模块，14.报警模块，

15.中央数据存储，16.激光反射板

17.图像显示模块。

本发明提供一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测方法及装置，包括：摄像模块、激光检测浓度模块、激光反射板、图像显示模块、电源模块、报警模块以及中央数据存储；其中，激光反射板安装在可能发生甲烷气体泄漏的重点检查区域上；摄像模块由光学系统，CCD模块，CDS/AGC模块，DSP模块，T.G模块，V-Driver模块组成；激光检测浓度模块由激光器，光接收器，数字模块，主电路板组成；

激光检测浓度模块由激光器输出激光信号通过激光反射板反射光信号；光接收器接收激光反射板反射的激光信号；数字模块处理光接收器接收的激光信号；主电路板根据数字模块输出的信号确定检测点浓度；

摄像模块由光学系统透镜折射被摄对象； CCD模块把光影像转成电子信号； CCD模块出来的电子信号在CDS/AGC模块内做处理；从CDS/AGC模块出来的模拟信号传送到DSP模块进行处理；T.G模块用于控制DSP模块整个处理过程快慢；V-Driver模块是CCD模块的驱动程序；

图像显示模块显示现场检测浓度及视频图像；

电源模块给摄像模块和激光检测浓度模块及本发明包含的装置供电；

报警模块接收摄像模块和激光检测浓度模块的报警信号并生成告警音；

中央数据存储记录浓度和视频图像的检测数据；

一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测方法及装置，实现步骤为：

①激发浓度激光信号，将所述激光信号对准反射板；

②激光器发射激发激光光束，其中，激发激光光束的光路经过可能发生甲烷气体泄漏的重点检查区域上的反射板；

③光接收器接收经过甲烷检测区的反射激光光束，得到目标激光信号；

④数字模块分析所述目标激光信号的光谱，主电路板根据目标激光信号的光谱变化判定甲烷检测区是否有甲烷泄漏，并在判定有甲烷泄漏的情况下，由报警模块发出浓度报警信号；

⑤同一时间光学系统的镜头将被摄体结成影像投在CCD模块上，CCD模块由摄像管和固体摄像器件组成，具有成像面，成像面上有感光点，每一点就像一颗太阳能电池，被光照到后会产生电能，依照光的照度不同，会产生不同的电能，电讯号在CDS/AGC模块内做处理后，送进DSP模块，DSP模块即数字信号处理器，DSP模块内部有一个模数转换器把模拟转换成数字后再进行运算，主要是进行颜色，亮度，白平衡等运算；DSP模块运算后又把信号转换成模拟信号输出，得出目标图像视频，由图像显示模块显示目标视频图像及甲烷泄漏浓度值；T.G模块用于控制DSP模块整个处理过程快慢；

⑥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。

（三）有益效果

区别于背景技术，本发明提供一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测方法及装置，设置了检测浓度模块和摄像模块，由于检测浓度模块的激光光柱是无源探测体，且巡检时探测范围广，可以做到无遗漏泄漏点，甚至确定泄漏点浓度报警的同时，摄像视频图像观察有无明火、气泡现象，并以详细的视频图像报告的形式对数据进行记录。快速准确地实现甲烷泄漏的浓度位置监测，完全符合天然气、油气田应用中检测的需求，本发明主要通过激光器传输光信号，激光信号能被泄漏的甲烷遮挡隔断，导致接收衰减激光信号或是接收不到激光信号的原理，确定甲烷泄漏的范围，通过视频图像显示有无明火、气泡，判断泄露点，当浓度超标时，可同步实时监测浓度、现场状况图像，同时准确测量甲烷气体浓度及泄露点，进而确定泄漏点浓度信息及周围环境。快速准确地实现甲烷泄漏的探测。

附图说明

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

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。参看图1，本发明提供了一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测方法及装置，包括：摄像模块1、激光检测浓度模块8、激光反射板16、图像显示模块17、电源模块13、报警模块14以及中央数据存储15；其中，激光反射板16安装在可能发生甲烷气体泄漏的重点检查区域上；摄像模块1由光学系统2，CCD模块3，CDS/AGC模块4，DSP模块5，T.G模块6，V-Driver模块7组成；激光检测浓度模块8由激光器9，光接收器10，数字模块11，主电路板组成12；

激光检测浓度模块8由激光器9输出激光信号通过激光反射板16反射光信号；光接收器10接收激光反射板16反射的激光信号；数字模块11处理光接收器10接收的激光信号；主电路板12根据数字模块11输出的信号确定检测点浓度；

摄像模块1由光学系统2透镜折射被摄对象； CCD模块3把光影像转成电子信号；CCD模块3出来的电子信号在CDS/AGC模块4内做处理；从CDS/AGC模块4出来的模拟信号传送到DSP模块5进行处理；T.G模块6用于控制DSP模块整个处理过程快慢；V-Driver模块7是CCD模块的驱动程序；

图像显示模块17显示现场检测浓度及视频图像；

电源模块13给摄像模块1和激光检测浓度模块8及本发明包含的装置供电；

报警模块14接收摄像模块1和激光检测浓度模块8的报警信号并生成告警音；

中央数据存储15记录浓度和视频图像的检测数据；

参看图2，本实施方式提供一种具有摄像功能的激光甲烷气体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。

步骤S402，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甲烷气体泄漏的重点检查区域上的反射板。

步骤S403，反射经过甲烷检测区的激光光束。

步骤S404，接收经过甲烷检测区的反射激光光束，得到目标激光信号。

步骤S405，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甲烷检测区是否有甲烷泄漏，并在判定有甲烷泄漏的情况下，由报警模块发出浓度报警信号。

步骤S406，同一时间镜头将被摄体结成影像投在摄像管或固体摄像器件的成像面上，成像面上有感光点，每一点就像一颗太阳能电池，被光照到后会产生电能，依照光的照度不同，会产生不同的电能，电讯号在晶片内做处理后，送进数字信号处理器，数字信号处理器内部有一个模数转换器把模拟转换成数字后再进行运算，主要是进行颜色，亮度，白平衡等运算。

步骤S407，运算后又把信号转换成模拟信号输出，得出目标图像视频，由图像显示模块显示目标视频图像及甲烷泄漏浓度值。

步骤S408，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。

在本实施方式中，激光甲烷浓度检测模块探测泄漏区域，浓度超标时发出报警信号，同一时间摄像模块获取目标视频图像，应用摄像和甲烷浓度检测技术，可以做到快速、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。完全符合天然气、油气田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甲烷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CO，SO₂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。

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。

Claims (2)

1.一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测的装置，包括：摄像模块、激光检测浓度模块、激光反射板、图像显示模块、电源模块、报警模块以及中央数据存储；其中，激光反射板安装在可能发生甲烷气体泄漏的重点检查区域上；摄像模块由光学系统、CCD模块、CDS/AGC模块、DSP模块、T.G模块、V-Driver模块组成；激光检测浓度模块由激光器、光接收器、数字模块、主电路板组成；

激光检测浓度模块由激光器输出激光信号通过激光反射板反射光信号；光接收器接收激光反射板反射的激光信号；数字模块处理光接收器接收的激光信号；主电路板根据数字模块输出的信号确定检测点浓度；

摄像模块由光学系统透镜折射被摄对象； CCD模块把光影像转成电子信号； CCD模块出来的电子信号在CDS/AGC模块内做处理；从CDS/AGC模块出来的模拟信号传送到DSP模块进行处理；T.G模块用于控制DSP模块整个处理过程快慢；V-Driver模块是CCD模块的驱动程序；

图像显示模块显示现场甲烷浓度检测数据和目标图像视频数据；

电源模块给所述具有摄像功能的激光甲烷气体泄露检测的装置供电；

报警模块接收摄像模块和激光检测浓度模块的报警信号并生成告警音；

中央数据存储记录现场甲烷浓度检测数据和目标图像视频数据；

所述装置的检测方法的具体步骤为：

①激发浓度激光信号，将所述激光信号对准激光反射板；

②激光器发射激发激光光束，其中，激发激光光束的光路经过可能发生甲烷气体泄漏的重点检查区域上的激光反射板；

③光接收器接收经过甲烷检测区的反射激光光束，得到目标激光信号；

④数字模块分析所述目标激光信号的光谱，主电路板根据目标激光信号的光谱变化判定甲烷检测区是否有甲烷泄漏，并在判定有甲烷泄漏的情况下，由报警模块发出浓度报警信号；

⑤同一时间光学系统的镜头将被摄对象结成影像投在CCD模块上，CCD模块由摄像管和固体摄像器件组成，具有成像面，成像面上有感光点，每一点就像一颗太阳能电池，被光照到后会产生电能，依照光的照度不同，会产生不同的电能，电子信号在CDS/AGC模块内做处理后，送进DSP模块，DSP模块即数字信号处理器，DSP模块内部有一个模数转换器把模拟信号转换成数字信号后再进行运算，包括颜色、亮度和白平衡运算；DSP模块运算后又把信号转换成模拟信号输出，得出目标图像视频，由图像显示模块显示现场甲烷浓度检测数据和目标图像视频数据；T.G模块用于控制DSP模块整个处理过程快慢；

⑥中央数据存储记录现场甲烷浓度检测数据和目标图像视频数据。

2.根据权利要求1所述的一种具有摄像功能的激光甲烷气体泄漏检测的装置，其特征在于激光检测浓度模块的激光光柱是无源探测体，且巡检时探测范围广，可以做到无遗漏泄漏点，在确定泄漏点浓度报警的同时，摄像视频图像观察有无明火、气泡现象，并以详细的视频图像报告的形式对数据进行记录，快速准确地实现甲烷泄漏的浓度位置监测，完全符合天然气、油气田应用中检测的需求，所述装置主要通过激光器传输光信号，激光信号能被泄漏的甲烷遮挡隔断，导致接收衰减激光信号或是接收不到激光信号的原理，确定甲烷泄漏的范围，通过视频图像显示有无明火、气泡，判断泄露点，当浓度超标时，可同步实时监测浓度、现场状况图像，同时准确测量甲烷气体浓度及泄露点，进而确定泄漏点浓度信息及周围环境。