CN105444800A - 一种用于检测气体泄漏源方向的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测气体泄漏源方向的装置及方法，适用于气体泄漏源的搜寻和定位领域。本发明的目的是要解决现有的检测气体泄漏源方向的装置精度较低、集成度不高、便携性较差等问题。一种用于检测气体泄漏源方向的装置，主要包括顶板部件（1）、气体传感器阵列（2）、气体浓度检测舱室阵列（3）、风速风向检测区阵列（4）、底板部件（5）。本发明同时提供一种利用该装置检测气体泄漏源方向的方法。本发明能够提高检测气体泄漏源方向的精度，同时可以使检测气体泄漏源方向的装置集成度更高、便携性更好。

Description

一种用于检测气体泄漏源方向的装置及方法

技术领域

本发明涉及气体泄漏源的搜寻和定位领域，适用于气体泄漏源方向的检测和泄漏源位置的判定。

背景技术

气体泄漏事故多发于化工品的生产、使用、仓储、以及运输过程中，具有危险性大、危害性广、突发性强、处置难度高等特点，如果能够及时、准确检测出气体泄漏源的方向和判定气体泄漏源的位置，对于气体泄漏事故的处置和救援将具有十分重大的意义。

早期，气体泄漏源方向的检测主要通过检测人员手持气体探测仪检测不同位置的气体浓度，然后根据浓度梯度推算气体泄漏源的方向来实现，此种检测方法原理简单、操作容易，但存在精度较低、效率不高的问题。近年来，随着群体智能技术的发展，利用多机器人协同工作进行自主检测成为趋势，即在每个机器人上搭载气体传感器采集气体浓度信息，通过机器人间的信息交互判定气体泄漏源的方向和位置，此种检测方法效率和精度均较高，但存在价格昂贵、集成度不高、便携性较差的问题。在这种背景下，本发明综合考量气体云团扩散方向信息和风向信息，从而弥补了现有技术的不足。

发明内容

本发明是为解决现有的检测气体泄漏源方向的装置存在精度较低、集成度不高、便携性较差等问题，而提出的一种用于检测气体泄漏源方向的装置及方法。本发明所述装置及方法必须在气体泄漏源的下风方向使用。

一种用于检测气体泄漏源方向的装置，主要包括顶板部件(1)、气体传感器阵列(2)、气体浓度检测舱室阵列(3)、风速风向检测区阵列(4)、底板部件(5)，连接顶板部件和底板部件的数据线置于装置中心的空心圆柱腔体1(3-5)和空心圆柱腔体2(4-5)内；顶板部件(1)主要包括微处理器芯片(1-1)、数字罗盘(1-2)、温度传感器(1-3)和PCB电路板1(1-4)，数字罗盘(1-2)和温度传感器(1-3)获取的数据传输给微处理器芯片(1-1)，PCB电路板1(1-4)圆周边缘开有一周直径为4mm的小圆孔；气体传感器阵列(2)包括4个相同型号的气体传感器，分别为气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)；气体浓度检测舱室阵列(3)包括4个气体浓度检测舱室，分别为气体浓度检测舱室1(3-1)、气体浓度检测舱室2(3-2)、气体浓度检测舱室3(3-3)、气体浓度检测舱室4(3-4)，气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)分别倒置于气体浓度检测舱室1(3-1)、气体浓度检测舱室2(3-2)、气体浓度检测舱室3(3-3)、气体浓度检测舱室4(3-4)的中心；气体浓度检测舱室阵列(3)底部开有两周直径为4mm的小圆孔，与PCB电路板1(1-4)圆周边缘的小圆孔形成导气通道，气体浓度检测舱室阵列(3)底部的小圆孔数量为PCB电路板1(1-4)圆周边缘小圆孔数量的1～2倍，使气体浓度检测舱室1(3-1)、气体浓度检测舱室2(3-2)、气体浓度检测舱室3(3-3)、气体浓度检测舱室4(3-4)分别近似为暂稳态气体浓度检测环境；风速风向检测区阵列(4)包括4个风速风向检测区，分别为风速风向检测区1(4-1)、风速风向检测区2(4-2)、风速风向检测区3(4-3)、风速风向检测区4(4-4)；底板部件(5)以PCB电路板2(5-9)为底座，底板部件(5)还包括4个相同型号的压控恒温PTC发热片，分别为PTC发热片1(5-1)、PTC发热片2(5-2)、PTC发热片3(5-3)、PTC发热片4(5-4)，以及4个贴片式PT1000型温度传感器，分别为PT1000型温度传感器1(5-5)、PT1000型温度传感器2(5-6)、PT1000型温度传感器3(5-7)、PT1000型温度传感器4(5-8)，PTC发热片1(5-1)通过加压电极片1(5-10)、加压电极片2(5-11)分别与插针1(5-18)、插针2(5-19)连接，并且置于风速风向检测区1(4-1)的中心位置，加压电极片1(5-10)、加压电极片2(5-11)为PTC发热片1(5-1)提供工作电压，PTC发热片2(5-2)通过加压电极片3(5-12)、加压电极片4(5-13)分别与插针3(5-20)、插针4(5-21)连接，并且置于风速风向检测区2(4-2)的中心位置，加压电极片3(5-12)、加压电极片4(5-13)为PTC发热片2(5-2)提供工作电压，PTC发热片3(5-3)通过加压电极片5(5-14)、加压电极片6(5-15)分别与插针5(5-22)、插针6(5-23)连接，并且置于风速风向检测区3(4-3)的中心位置，加压电极片5(5-14)、加压电极片6(5-15)为PTC发热片3(5-3)提供工作电压，PTC发热片4(5-4)通过加压电极片7(5-16)、加压电极片8(5-17)分别与插针7(5-24)、插针8(5-25)连接，并且置于风速风向检测区4(4-4)的中心位置，加压电极片7(5-16)、加压电极片8(5-17)为PTC发热片4(5-4)提供工作电压，PT1000型温度传感器1(5-5)、PT1000型温度传感器2(5-6)、PT1000型温度传感器3(5-7)、PT1000型温度传感器4(5-8)分别置于PTC发热片1(5-1)、PTC发热片2(5-2)、PTC发热片3(5-3)、PTC发热片4(5-4)的顶部。

进一步，顶板部件(1)、气体传感器阵列(2)、气体浓度检测舱室阵列(3)构成气体云团扩散方向计算单元，风速风向检测区阵列(4)和底板部件(5)构成风向计算单元。

进一步，利用所述检测装置实现气体泄漏源方向检测的方法，包括下列步骤：

(1)建立直角坐标系(1-5)，将所述装置水平放置，气体传感器1(2-1)和气体传感器3(2-3)、PT1000型温度传感器1(5-5)和PT1000型温度传感器3(5-7)位于x轴方向，气体传感器2(2-2)和气体传感器4(2-4)、PT1000型温度传感器2(5-6)和PT1000型温度传感器4(5-8)位于y轴方向；

(2)计算气体云团扩散方向角度，采用公式(1)：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔC}}_{13}=C_1-C_3=\mathrm{\Δ}Ccos\mathrm{\θ}\\ {\mathrm{\ΔC}}_{24}=C_2-C_4=\mathrm{\Δ}Csin\mathrm{\θ}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，C₁、C₂、C₃、C₄分别为气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)检测到的气体浓度数值，浓度差的大小ΔC反映了浓度梯度方向气体云团扩散的强弱，由公式(1)可以计算得到气体云团扩散方向角度θ的函数关系式(2)以及浓度差的大小ΔC的函数关系式(3)：

$\mathrm{\θ}=arctan\frac{{\mathrm{\ΔC}}_{24}}{{\mathrm{\ΔC}}_{13}}---\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ}C=\sqrt{{\mathrm{\ΔC}}_{13}^2+{\mathrm{\ΔC}}_{24}^2}---\left(3\right)$

(3)计算风向角度，采用公式(4)：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔT}}_3=T-T_3=\mathrm{\Δ}Tcos\mathrm{\γ}\\ {\mathrm{\ΔT}}_{24}=T_2-T_4=\mathrm{\Δ}T\sin \mathrm{\γ}\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，T₁、T₂、T₃、T₄分别为PT1000型温度传感器1(5-5)、PT1000型温度传感器2(5-6)、PT1000型温度传感器3(5-7)、PT1000型温度传感器4(5-8)检测到的温度数值，温度差的大小ΔT反映了温度梯度方向风速的强弱，由公式(4)可以计算得到风向角度γ的函数关系式(5)以及温度差的大小ΔT的函数关系式(6)：

$\mathrm{\γ}=arctan\frac{{\mathrm{\ΔT}}_{24}}{{\mathrm{\ΔT}}_{13}}---\left(5\right)$

$\mathrm{\Δ}T=\sqrt{{\mathrm{\ΔT}}_{13}^2+{\mathrm{\ΔT}}_{24}^2}---\left(6\right)$

(4)计算气体泄漏源方向角度，采用公式(7)：

ψ＝ζ₁θ+ζ₂γ(7)

其中，ψ为气体泄漏源方向角度，ζ₁和ζ₂为权重系数，ζ₁和ζ₂的计算公式分别为公式(8)和公式(9)：

${\mathrm{\ζ}}_1=\frac{\mathrm{\Δ}C}{\sqrt{{\mathrm{\ΔC}}^2+{\mathrm{\ΔT}}^2}}---\left(8\right)$

${\mathrm{\ζ}}_2=\frac{\mathrm{\Δ}T}{\sqrt{{\mathrm{\ΔC}}^2+{\mathrm{\ΔT}}^2}}---\left(9\right)$

进一步，气体泄漏源方向角度的计算结果为公式(10)：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ψ}=\frac{\sqrt{{(C_1-C_3)}^2+{(C_2-C_4)}^2}}{\sqrt{{(C_1-C_3)}^2+{(C_2-C_4)}^2+{(T_1-T_3)}^2+{(T_2-T_4)}^2}}\arctan \frac{C_2-C_4}{C_1-C_3}\\ +\frac{\sqrt{{(T_1-T_3)}^2+{(T_2-T_4)}^2}}{\sqrt{{(C_1-C_3)}^2+{(C_2-C_4)}^2+{(T_1-T_3)}^2+{(T_2-T_4)}^2}}\arctan \frac{T_2-T_4}{T_1-T_3}\end{array}---\left(10\right)$

(5)通过数字罗盘(1-2)的数据信息可得到直角坐标系(1-5)所示x轴正向与北夹角δ，通过公式(10)计算可得到气体泄漏源方向角度ψ，从而可以检测出气体泄漏源方向与北夹角为(δ+ψ)。

本发明的有益效果及优点：所述的装置，将气体浓度检测和风速风向检测相结合，使得该装置集成度更高、便携性更好；所述的检测方法，通过气体云团扩散方向角度和风向角度能够计算得到气体泄漏源方向角度，结合数字罗盘的数据信息，可以使检测的气体泄漏源方向更加精确。

附图说明

图1为本发明所述装置的拼装图。

图2为本发明所述装置的空间结构示意图。

图3为图1中气体浓度检测舱室阵列(3)的俯视图。

图4为采用本发明所述装置搭建检测系统的硬件电路框图。

图5为采用本发明所述装置检测气体泄漏源方向的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明所述一种用于检测气体泄漏源方向的装置如图1和图2所示，主要包括顶板部件(1)、气体传感器阵列(2)、气体浓度检测舱室阵列(3)、风速风向检测区阵列(4)、底板部件(5)。顶板部件(1)、气体传感器阵列(2)、气体浓度检测舱室阵列(3)构成气体云团扩散方向计算单元，风速风向检测区阵列(4)和底板部件(5)构成风向计算单元。通过气体云团扩散方向计算单元获取气体云团扩散方向角度数据，通过风向计算单元获取风向角度数据，使用上述数据计算气体泄漏源方向角度，从而结合数字罗盘的数据信息检测出气体泄漏源的方向。

数字罗盘(1-2)用于检测本发明所述装置中直角坐标系(1-5)所示x轴正向与北夹角；温度传感器(1-3)用于检测本发明所述装置所处环境的温度变化，从而为风向角度计算提供温度补偿；气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)分别用于检测4个对称方向的气体云团扩散浓度数据；PTC发热片1(5-1)、PTC发热片2(5-2)、PTC发热片3(5-3)、PTC发热片4(5-4)均为高于环境温度的发热源，分别通过加压电极片1(5-10)、加压电极片2(5-11)、加压电极片3(5-12)、加压电极片4(5-13)、加压电极片5(5-14)、加压电极片6(5-15)、加压电极片7(5-16)、加压电极片8(5-17)将自身温度控制在70℃～75℃之间，风能够通过气流将PTC发热片1(5-1)、PTC发热片2(5-2)、PTC发热片3(5-3)、PTC发热片4(5-4)的热量转移，提高风向检测的灵敏度；PT1000型温度传感器1(5-5)、PT1000型温度传感器2(5-6)、PT1000型温度传感器3(5-7)、PT1000型温度传感器4(5-8)分别用于检测4个对称方向的气流温度数据；PCB电路板1(1-4)圆周边缘开有一周直径为4mm的小圆孔，气体浓度检测舱室阵列(3)底部开有两周直径为4mm的小圆孔，与PCB电路板1(1-4)圆周边缘的小圆孔形成导气通道，气体浓度检测舱室阵列(3)底部的小圆孔数量为PCB电路板1(1-4)圆周边缘小圆孔数量的1～2倍，使气体浓度检测舱室1(3-1)、气体浓度检测舱室2(3-2)、气体浓度检测舱室3(3-3)、气体浓度检测舱室4(3-4)分别近似为暂稳态气体浓度检测环境，提高气体云团扩散浓度检测的精度；微处理器芯片(1-1)用于采集和处理本发明所述装置中数字罗盘(1-2)、温度传感器(1-3)、气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)、PT1000型温度传感器1(5-5)、PT1000型温度传感器2(5-6)、PT1000型温度传感器3(5-7)、PT1000型温度传感器4(5-8)的数据信息，进而计算得到气体泄漏源方向，在LCD显示气体泄漏源方向信息。

本发明所述装置的尺寸不超过120mm×120mm×60mm，该尺寸使装置具有良好的便携性，同时气体云团扩散浓度检测在近似为暂稳态的环境中进行可以提高气体云团扩散浓度检测的精度。

图4为采用本发明所述装置搭建检测系统的硬件电路框图。

为清楚表述本发明，下面结合实施例详细阐述本发明；实施例是用于说明本发明的技术方案，而不是限制本发明的范围。

实施例：

如图5所示，为采用本发明所述装置检测气体泄漏源方向的方法流程图。具体步骤如下：

(1)建立直角坐标系(1-5)，将所述装置水平放置，气体传感器1(2-1)和气体传感器3(2-3)、PT1000型温度传感器1(5-5)和PT1000型温度传感器3(5-7)位于x轴方向，气体传感器2(2-2)和气体传感器4(2-4)、PT1000型温度传感器2(5-6)和PT1000型温度传感器4(5-8)位于y轴方向；

(2)计算气体云团扩散方向角度，采用公式(1)：

$\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔC}}_{13}=C_1-C_3=\mathrm{\Δ}Ccos\mathrm{\θ}\\ {\mathrm{\ΔC}}_{24}=C_2-C_4=\mathrm{\Δ}Csin\mathrm{\θ}\end{array}---\left(1\right)$

其中，C₁、C₂、C₃、C₄分别为气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)检测到的气体浓度数值，浓度差的大小ΔC反映了浓度梯度方向气体云团扩散的强弱，由公式(1)可以计算得到气体云团扩散方向角度θ的函数关系式(2)以及浓度差的大小ΔC的函数关系式(3)：

$\mathrm{\θ}=arctan\frac{{\mathrm{\ΔC}}_{24}}{{\mathrm{\ΔC}}_{13}}---\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ}C=\sqrt{{\mathrm{\ΔC}}_{13}^2+{\mathrm{\ΔC}}_{24}^2}---\left(3\right)$

(3)计算风向角度，采用公式(4)：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔT}}_3=T_1-T_3=\mathrm{\Δ}Tcos\mathrm{\γ}\\ {\mathrm{\ΔT}}_{24}=T_2-T_4=\mathrm{\Δ}Tsin\mathrm{\γ}\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，T₁、T₂、T₃、T₄分别为PT1000型温度传感器1(5-5)、PT1000型温度传感器2(5-6)、PT1000型温度传感器3(5-7)、PT1000型温度传感器4(5-8)检测到的温度数值，温度差的大小ΔT反映了温度梯度方向风速的强弱，由公式(4)可以计算得到风向角度γ的函数关系式(5)以及温度差的大小ΔT的函数关系式(6)：

$\mathrm{\γ}=arctan\frac{{\mathrm{\ΔT}}_{24}}{{\mathrm{\ΔT}}_{13}}---\left(5\right)$

$\mathrm{\Δ}T=\sqrt{{\mathrm{\ΔT}}_{13}^2+{\mathrm{\ΔT}}_{24}^2}---\left(6\right)$

(4)计算气体泄漏源方向角度，采用公式(7)：

ψ＝ζ₁θ+ζ₂γ(7)

其中，ψ为气体泄漏源方向角度，ζ₁和ζ₂为权重系数，ζ₁和ζ₂的计算公式分别为公式(8)和公式(9)：

${\mathrm{\ζ}}_1=\frac{\mathrm{\Δ}C}{\sqrt{{\mathrm{\ΔC}}^2+{\mathrm{\ΔT}}^2}}---\left(8\right)$

${\mathrm{\ζ}}_2=\frac{\mathrm{\Δ}T}{\sqrt{{\mathrm{\ΔC}}^2+{\mathrm{\ΔT}}^2}}---\left(9\right)$

进一步，气体泄漏源方向角度的计算结果为公式(10)：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ψ}=\frac{\sqrt{{(C_1-C_3)}^2+{(C_2-C_4)}^2}}{\sqrt{{(C_1-C_3)}^2+{(C_2-C_4)}^2+{(T_1-T_3)}^2+{(T_2-T_4)}^2}}\arctan \frac{C_2-C_4}{C_1-C_3}\\ +\frac{\sqrt{{(T_1-T_3)}^2+{(T_2-T_4)}^2}}{\sqrt{{(C_1-C_3)}^2+{(C_2-C_4)}^2+{(T_1-T_3)}^2+{(T_2-T_4)}^2}}\arctan \frac{T_2-T_4}{T_1-T_3}\end{array}---\left(10\right)$

(5)通过数字罗盘(1-2)的数据信息可得到直角坐标系(1-5)所示x轴正向与北夹角δ，通过公式(10)计算可得到气体泄漏源方向角度ψ，从而可以检测出气体泄漏源方向与北夹角为(δ+ψ)。

进一步，详细阐述检测气体泄漏源方向及判定气体泄漏源位置的过程：

(a)采用本发明所述装置进行检测时应使该装置保持水平静止状态，进行一次有效检测得到该检测点气体泄漏源方向；

(b)将该装置沿着(a)所得气体泄漏源方向水平移动6cm～12cm至下一个检测点；

(c)待该装置保持水平静止后进行下一次检测，得到该检测点气体泄漏源方向；

(d)循环操作(a)～(c)，当气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)检测的浓度数据中任意两个数据之差小于0.5ppm时，判定该检测点为气体泄漏源位置。

Claims (3)

1.一种用于检测气体泄漏源方向的装置，主要包括顶板部件(1)、气体传感器阵列(2)、气体浓度检测舱室阵列(3)、风速风向检测区阵列(4)、底板部件(5)，连接顶板部件和底板部件的数据线置于装置中心的空心圆柱腔体1(3-5)和空心圆柱腔体2(4-5)内；顶板部件(1)主要包括微处理器芯片(1-1)、数字罗盘(1-2)、温度传感器(1-3)和PCB电路板1(1-4)，数字罗盘(1-2)和温度传感器(1-3)获取的数据传输给微处理器芯片(1-1)，PCB电路板1(1-4)圆周边缘开有一周直径为4mm的小圆孔；气体传感器阵列(2)包括4个相同型号的气体传感器，分别为气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)；气体浓度检测舱室阵列(3)包括4个气体浓度检测舱室，分别为气体浓度检测舱室1(3-1)、气体浓度检测舱室2(3-2)、气体浓度检测舱室3(3-3)、气体浓度检测舱室4(3-4)，气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)分别倒置于气体浓度检测舱室1(3-1)、气体浓度检测舱室2(3-2)、气体浓度检测舱室3(3-3)、气体浓度检测舱室4(3-4)的中心；气体浓度检测舱室阵列(3)底部开有两周直径为4mm的小圆孔，与PCB电路板1(1-4)圆周边缘的小圆孔形成导气通道，气体浓度检测舱室阵列(3)底部的小圆孔数量为PCB电路板1(1-4)圆周边缘小圆孔数量的1～2倍，使气体浓度检测舱室1(3-1)、气体浓度检测舱室2(3-2)、气体浓度检测舱室3(3-3)、气体浓度检测舱室4(3-4)分别近似为暂稳态气体浓度检测环境；风速风向检测区阵列(4)包括4个风速风向检测区，分别为风速风向检测区1(4-1)、风速风向检测区2(4-2)、风速风向检测区3(4-3)、风速风向检测区4(4-4)；底板部件(5)以PCB电路板2(5-9)为底座，底板部件(5)还包括4个相同型号的压控恒温PTC发热片，分别为PTC发热片1(5-1)、PTC发热片2(5-2)、PTC发热片3(5-3)、PTC发热片4(5-4)，以及4个贴片式PT1000型温度传感器，分别为PT1000型温度传感器1(5-5)、PT1000型温度传感器2(5-6)、PT1000型温度传感器3(5-7)、PT1000型温度传感器4(5-8)，PTC发热片1(5-1)通过加压电极片1(5-10)、加压电极片2(5-11)分别与插针1(5-18)、插针2(5-19)连接，并且置于风速风向检测区1(4-1)的中心位置，加压电极片1(5-10)、加压电极片2(5-11)为PTC发热片1(5-1)提供工作电压，PTC发热片2(5-2)通过加压电极片3(5-12)、加压电极片4(5-13)分别与插针3(5-20)、插针4(5-21)连接，并且置于风速风向检测区2(4-2)的中心位置，加压电极片3(5-12)、加压电极片4(5-13)为PTC发热片2(5-2)提供工作电压，PTC发热片3(5-3)通过加压电极片5(5-14)、加压电极片6(5-15)分别与插针5(5-22)、插针6(5-23)连接，并且置于风速风向检测区3(4-3)的中心位置，加压电极片5(5-14)、加压电极片6(5-15)为PTC发热片3(5-3)提供工作电压，PTC发热片4(5-4)通过加压电极片7(5-16)、加压电极片8(5-17)分别与插针7(5-24)、插针8(5-25)连接，并且置于风速风向检测区4(4-4)的中心位置，加压电极片7(5-16)、加压电极片8(5-17)为PTC发热片4(5-4)提供工作电压，PT1000型温度传感器1(5-5)、PT1000型温度传感器2(5-6)、PT1000型温度传感器3(5-7)、PT1000型温度传感器4(5-8)分别置于PTC发热片1(5-1)、PTC发热片2(5-2)、PTC发热片3(5-3)、PTC发热片4(5-4)的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种用于检测气体泄漏源方向的装置，其特征在于：顶板部件(1)、气体传感器阵列(2)、气体浓度检测舱室阵列(3)构成气体云团扩散方向计算单元，风速风向检测区阵列(4)和底板部件(5)构成风向计算单元。

3.一种采用权利要求1所述装置实现气体泄漏源方向检测的方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)建立直角坐标系(1-5)，将所述装置水平放置，气体传感器1(2-1)和气体传感器3(2-3)、PT1000型温度传感器1(5-5)和PT1000型温度传感器3(5-7)位于x轴方向，气体传感器2(2-2)和气体传感器4(2-4)、PT1000型温度传感器2(5-6)和PT1000型温度传感器4(5-8)位于y轴方向；

(2)计算气体云团扩散方向角度，采用公式(1)：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔC}}_{13}=C_1-C_3=\mathrm{\Δ}Ccos\\ {\mathrm{\ΔC}}_{24}=C_2-C_4=\mathrm{\Δ}Csin\mathrm{\θ}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，C₁、C₂、C₃、C₄分别为气体传感器1(2-1)、气体传感器2(2-2)、气体传感器3(2-3)、气体传感器4(2-4)检测到的气体浓度数值，浓度差的大小ΔC反映了浓度梯度方向气体云团扩散的强弱，由公式(1)可以计算得到气体云团扩散方向角度θ的函数关系式(2)以及浓度差的大小ΔC的函数关系式(3)：

$\mathrm{\θ}=arctan\frac{{\mathrm{\ΔC}}_{24}}{{\mathrm{\ΔC}}_{13}}---\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ}C=\sqrt{{\mathrm{\ΔC}}_{13}^2+{\mathrm{\ΔC}}_{24}^2}---\left(3\right)$

(3)计算风向角度，采用公式(4)：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔT}}_{13}=T_1-T_3=\mathrm{\Δ}Tcos\\ {\mathrm{\ΔT}}_{24}=T_2-T_4=\mathrm{\Δ}Tsin\mathrm{\γ}\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，T₁、T₂、T₃、T₄分别为PT1000型温度传感器1(5-5)、PT1000型温度传感器2(5-6)、PT1000型温度传感器3(5-7)、PT1000型温度传感器4(5-8)检测到的温度数值，温度差的大小ΔT反映了温度梯度方向风速的强弱，由公式(4)可以计算得到风向角度γ的函数关系式(5)以及温度差的大小ΔT的函数关系式(6)：

$\mathrm{\γ}=arctan\frac{{\mathrm{\ΔT}}_{24}}{{\mathrm{\ΔT}}_{13}}---\left(5\right)$

$\mathrm{\Δ}T=\sqrt{{\mathrm{\ΔT}}_{13}^2+{\mathrm{\ΔT}}_{24}^2}---\left(6\right)$

(4)计算气体泄漏源方向角度，采用公式(7)：

ψ＝ζ₁θ+ζ₂γ(7)

其中，ψ为气体泄漏源方向角度，ζ₁和ζ₂为权重系数，ζ₁和ζ₂的计算公式分别为公式(8)和公式(9)。

${\mathrm{\ζ}}_1=\frac{\mathrm{\Δ}C}{\sqrt{{\mathrm{\ΔC}}^2+{\mathrm{\ΔT}}^2}}---\left(8\right)$

${\mathrm{\ζ}}_2=\frac{\mathrm{\Δ}T}{\sqrt{{\mathrm{\ΔC}}^2+{\mathrm{\ΔT}}^2}}---\left(9\right)$

进一步，气体泄漏源方向角度的计算结果为公式(10)。

$\begin{array}{c}\mathrm{\ψ}=\frac{\sqrt{{(C_1-C_3)}^2+{(C_2-C_4)}^2}}{\sqrt{{(C_1-C_3)}^2+{(C_2-C_4)}^2+{(T_1-T_3)}^2+{(T_2-T_4)}^2}}\arctan \frac{C_2-C_4}{C_1-C_3}\\ +\frac{\sqrt{{(T_1-T_3)}^2+{(T_2-T_4)}^2}}{\sqrt{{(C_1-C_3)}^2+{(C_2-C_4)}^2+{(T_1-T_3)}^2+{(T_2-T_4)}^2}}\arctan \frac{T_2-T_4}{T_1-T_3}\end{array}---\left(10\right)$

(5)通过数字罗盘(1-2)的数据信息可得到直角坐标系(1-5)所示x轴正向与北夹角δ，通过公式(10)计算可得到气体泄漏源方向角度ψ，从而可以检测出气体泄漏源方向与北夹角为(δ+ψ)。