CN104122054A - 一种红外热成像式激光天然气泄漏检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

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模块，激光气体浓度检测模块，图像显示模块，按键电路板，电源模块，报警模块，激光反射板以及中央数据存储组成，同时提供一种利用上述系统实现的现场泄漏点浓度和热成像的数据采集方法。本发明能够获得现场的监测浓度及泄漏点的热成像，实现同步现场环境天然气浓度、热成像的数据采集。

Description

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

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

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。

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。

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。

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

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，检测浓度模块发现问题立即报警，同时能够快速实现对天然气泄漏点的判断，并显示于图像显示模块，适应天然气管道、天然气储蓄罐等天然气生产现场的要求。

 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：红外热成像模块，激光气体浓度检测模块，图像显示模块，按键电路板，电源模块，报警模块，激光反射板以及中央数据存储；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；红外热成像模块由探测器，光学系统，测温模块和信号处理模块组成；激光气体浓度检测模块由浓度激光器，浓度光接收器，数字模块和主电路板组成；

激光气体浓度检测模块由浓度激光器输出激光信号通过激光反射板反射光信号；浓度光接收器接收激光反射板反射的激光信号；数字模块处理浓度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；

红外热成像模块由探测器输出光信号探测目标物体的红外辐射；光学系统接收目标物体的红外辐射并转换成电信号；测温模块处理转换的温度分布信号；信号处理模块将处理的温度分布信号转换成视频信号；

图像显示模块显示现场检测浓度及热成像；

按键电路板控制整系统装置的功能实现；

电源模块给红外热成像模块和激光检测浓度模块及其他本发明所包括的装置供电； 

报警模块接收红外热成像模块和激光检测浓度模块的报警信号并生成警告音；

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，由报警模块发出浓度报警信号；

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测温模块处理电信号；信号处理模块根据温度分布信号得出目标图像视频信号，由图像显示模块显示目标热成像及天然气泄漏浓度值；

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。

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，设置了检测浓度模块和热成像模块，LNG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。

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

 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：红外热成像模块1，激光气体浓度检测模块6，图像显示模块11，按键电路板12，电源模块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；红外热成像模块1由探测器2，光学系统3，测温模块4和信号处理模块5组成；激光气体浓度检测模块6由浓度激光器7，浓度光接收器8，数字模块9和主电路板10组成；

激光气体浓度检测模块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；数字模块9处理浓度光接收器8接收的激光信号；主电路板10根据数字模块9输出的信号确定检测点浓度；

红外热成像模块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；测温模块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；

图像显示模块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；

电源模块13给红外热成像模块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； 

报警模块14接收红外热成像模块1和激光检测浓度模块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。

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。

步骤S402，反射经过天然气检测区的激光光束。

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。

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，由报警模块发出浓度报警信号。

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，由图像显示模块显示目标热成像及天然气泄漏浓度值。

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。

在本实施方式中，激光天然气浓度检测模块探测泄漏区域，浓度超标时发出报警信号，同一时间红外热成像模块获取目标热成像，应用热成像和天然气浓度检测技术，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)

1.一种红外热成像式激光天然气泄漏检测装置，包括：红外热成像模块，激光气体浓度检测模块，图像显示模块，按键电路板，电源模块，报警模块，激光反射板以及中央数据存储；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；红外热成像模块由探测器，光学系统，测温模块和信号处理模块组成；激光气体浓度检测模块由浓度激光器，浓度光接收器，数字模块和主电路板组成；

激光气体浓度检测模块由浓度激光器输出激光信号通过激光反射板反射光信号；浓度光接收器接收激光反射板反射的激光信号；数字模块处理浓度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；

红外热成像模块由探测器输出光信号探测目标物体的红外辐射；光学系统接收目标物体的红外辐射并转换成电信号；测温模块处理转换的温度分布信号；信号处理模块将处理的温度分布信号转换成视频信号；

图像显示模块显示现场检测浓度及热成像；

按键电路板控制整系统装置的功能实现；

电源模块给红外热成像模块和激光检测浓度模块及其他本发明所包括的装置供电； 

报警模块接收红外热成像模块和激光检测浓度模块的报警信号并生成警告音；

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，由报警模块发出浓度报警信号；

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测温模块处理电信号；信号处理模块根据温度分布信号得出目标图像视频信号，由图像显示模块显示目标热成像及天然气泄漏浓度值；

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模块和红外热成像模块，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，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。