CN111189975A - 一种气体泄漏定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体泄漏定位装置，包括检测组件，所述检测组件包括第一壳体、气敏单元和气体抽送单元，其中，所述第一壳体具有进气口和出气口；气敏单元设置在所述第一壳体内部，置于所述进气口和所述出气口之间，所述气敏单元的气体感应端靠近所述进气口；所述气体抽送单元的进气管路设置在远离所述气体感应端的所述气敏单元的下游，所述气体抽送单元的出气管路与所述出气口连通；本发明还公开了一种应用上述定位装置的气体泄漏定位方法；本发明将待检测气体进入检测空间的进气口与气敏单元的气体感应端布置的距离缩短，使得气敏单元对泄漏气体的检测精度较高，且可以检测出较小的泄漏气体气团。

Description

一种气体泄漏定位装置及定位方法

技术领域

本发明属于检测设备技术领域，具体地说，涉及一种气体泄漏定位装置及定位方法。

背景技术

液体推进剂为液体火箭发动机的能源，常见的为双组元推进剂包括液体氧化剂和液体燃料。其中，氧化剂有硝酸、双氧水、四氧化二氮、液氧等，燃料有偏二甲肼、一甲肼、混肼、煤油、液氢、甲烷等。将两种液体分别注入火箭发动机的燃烧室中发生化学反应提供动力。

液体推进剂大部分都具有易燃、有毒、易挥发、强腐蚀性等特点，在生产、运输、贮存、使用过程中对设备和管理提出了较高的要求，但仍然避免不了在法兰、阀门、焊缝等薄弱环节的泄漏风险，一旦发生泄漏，对环境、人员和财产都会造成极大的损害。因此，及早发现泄漏点为后续的应急保障处置提供依据和争取宝贵的时间具有重大的意义。

申请号为201821616054.0的中国专利公开了了一种手持式R32制冷剂泄漏检测装置，包括手持的壳体、集气室、检测室和吸气泵；所述集气室和检测室设置在壳体内部，集气室通过第一气管和进气口与外界连通，气管上设置有吸气泵，集气室一侧设置有伸向检测室底部的第二气管，所述壳体的底部设置有电池盒，电池盒内设置有锂电池，所述吸气泵连接至锂电池。

申请号为201510909145.8的中国专利公开了一种便携式气体泄漏检测装置，包括气体检测仪，气体检测仪连接有进气管和出气管，进气管和出气管分别与气体检测仪内部的检测盒连接，检测盒内设有用于检测空气的电化学气体传感器，电化学气体传感器与信号器处理器连接，信号器处理器与显示器连接，进气管上设有气泵，进气管的进气口端部呈锥形，大端朝外，进气口端部的口沿处设有橡胶密封条，进气口端部设有用于固定进气口的固定装置，所述的固定装置为两根相对设置的绳子，气体检测仪上设有一个用于背挎的背带。

但是，由于泄漏发生过程中一般从渗漏到微漏，该过程中气体浓度极低，形成的泄漏气团也较小，目前仅依靠泵吸式气体检测仪或固定式安装的气体浓度探头，很难做到对泄漏点的准确定位，且由于吸气泵设置在检测元件的上游，破坏气团，影响检测精度，另外，由于进气管路较长导致进气位置与检测元件之间的距离较大，使泄漏气体的气团从进气位置到达检测元件的过程中发生分散破坏，导致检测元件未检测到泄漏气体，埋下安全隐患。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种能够定位微小泄漏点、泄漏点定位准确率高的气体泄漏定位装置。

本发明的另外一个目的是提供一种气体泄漏定位方法，应用于实施上述的气体泄漏定位装置。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种气体泄漏定位装置，包括检测组件，所述检测组件包括

第一壳体，所述第一壳体具有进气口和出气口；

气敏单元，设置在所述第一壳体内部，置于所述进气口和所述出气口之间，所述气敏单元的气体感应端靠近所述进气口；

气体抽送单元，所述气体抽送单元的进气管路设置在远离所述气体感应端的所述气敏单元的下游，所述气体抽送单元的出气管路与所述出气口连通。

进一步的，

还包括第二壳体，所述检测组件与所述第二壳体可伸缩连接；

优选的，所述检测组件通过多节伸缩杆与所述第二壳体连接。

进一步的，

所述第二壳体内设有报警单元，所述报警单元与所述气敏单元连接，所述报警单元根据所述气敏单元检测到的不同的气体浓度具有不同的报警频率；

优选的，所述报警单元包括蜂鸣器。

进一步的，

所述第二壳体的外侧还设有显示单元，所述显示单元与所述气敏单元连接，所述显示单元根据所述气敏单元检测到的不同的气体浓度具有不同的显示强度；

优选的，所述显示单元包括灯带和显示面板。

进一步的，

所述第二壳体内还设有控制单元，所述气敏单元、所述报警单元和所述显示单元分别通过导线与所述控制单元连接，由所述控制单元调配控制；

优选的，所述控制单元包括控制按键。

进一步的，

所述第二壳体内还设有动力单元，所述动力单元通过导线分别与所述气敏单元、所述气体抽送单元、所述报警单元、所述显示单元和所述控制单元连接，为所述气敏单元、所述气体抽送单元、所述报警单元、所述显示单元和所述控制单元提供动力；

优选的，所述动力单元包括电池。

进一步的，

所述第一壳体或所述第二壳体内还设有数据单元，所述数据单元根据气敏单元检测到的气体浓度计算出气体浓度梯度序列，所述气体浓度梯度序列以所述气敏单元距离检测出气体浓度的位置的距离为变量；

优选的，所述数据单元包括将气体浓度梯度序列输出至上位机的无线传输模块。

进一步的，

所述进气口设有可开闭所述进气口的盖体；

优选的，所述进气口与所述盖体之间设有密封件。

进一步的，

所述进气口沿进气方向呈锥形，大端朝向所述第一壳体的外部，小端朝向内部；

优选的，所述进气口设置在所述第一壳体侧壁的下端。

一种气体泄漏定位方法，应用于所述的液体推进剂泄漏装置，包括：

监测当前气体的浓度信息，判断是否检测到泄漏气体，若是，携带所述定位装置巡检，根据气体浓度与位置、时间的关系得到气体浓度梯度序列，根据气体浓度梯度序列确定泄漏源强度和泄漏源位置。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明的进气口与气敏单元的气体感应端布置的距离很小，气敏单元对泄漏气体的检测精度较高，且可以检测出较小的泄漏气体气团。

2、本发明将检测组件整体与手持部之间设置为可伸缩连接关系，使进气位置与检测元件之间的距离较小，使泄漏气体的气团从进气位置到达检测元件的过程中不会发生分散破坏，进一步提高检测率、定位准确率，且可解决狭小区域不可检测的难题。

3、本发明的报警单元/显示单元可根据检测到的气体浓度不同而发出不同的频率/强度的报警声和灯光，使工人快速直观的找到泄漏源以及泄漏强度。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明检测组件内部结构示意图；

图2是本发明报警单元和显示单元工作原理示意图；

图3是本发明显示单元示意图；

图4是本发明气体泄漏定位装置结构示意图；

图5是本发明定位方法原理图；

图6是本发明定位方法流程图；

图中：1、检测组件；11、第一壳体；111、进气口；112、出气口；12、气敏单元；121、气体感应端；13、气体抽送单元；131、进气管路；132、出气管路；2、盖体；3、第二壳体；31、手持部；4、多节伸缩杆；5、报警单元；6、显示单元；61、显示面板；62、灯带；7、动力单元。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示，本发明提供一种气体泄漏定位装置，包括检测组件1，所述检测组件1包括第一壳体11、气敏单元12和气体抽送单元13，其中，所述第一壳体11具有进气口111和出气口112；气敏单元12设置在所述第一壳体11内部，置于所述进气口111和所述出气口112之间，所述气敏单元12的气体感应端121靠近所述进气口111；所述气体抽送单元13的进气管路131设置在远离所述气体感应端121的所述气敏单元12的下游，所述气体抽送单元13的出气管路132与所述出气口112连通。

具体的，第一壳体11为规则体，常见为六面体，第一壳体11上设有供待检测气体进出第一壳体11的进气口111和出气口112，第一壳体11内设有对待检测气体进行检测的气敏单元12，气敏单元12设置在进气口111和出气口112之间，待检测气体通过进气口111进入第一壳体11后由气敏单元12进行检测后再经出气口112排出第一壳体11，为了提高对泄漏点的定位准确率以及快速准确地对微小气团进行检测，气敏单元12的气体感应端121应当设置在靠近进气口111的位置，使得检测气体从进入第一壳体11到接触气敏单元12的气体感应端121之间的气道尽可能的短，进一步的，为了保证待检测气体顺利进出第一壳体11，在第一壳体11内设置气体抽送单元13，但是为了防止因气体抽送单元13在抽气过程中破坏原微小泄漏气团的分布，影响检测精度，将气体抽送单元13设置在气敏单元12的下游，即，远离所述气体感应端121的一侧，而所述气体抽送单元13的出气管路132则与所述出气口112连通，将检测完毕的气体排出第一壳体11。

更进一步的，所述进气口111设有可开闭所述进气口111的盖体2；优选的，所述进气口111与所述盖体2之间设有密封件。所述进气口111沿进气方向呈锥形，大端朝向所述第一壳体11的外部，小端朝向内部；优选的，所述进气口111设置在所述第一壳体11侧壁的下端。

由于气敏单元12的气体感应端121设置在靠近进气口111的位置，因此，为了在定位装置不使用时保护气敏单元12，在进气口111设置可开闭进气口111的盖体2，当然，为了增强保护效果，还可在进气口111和盖体2之间设置密封件。

为了使泄漏气体的气团顺利进入第一壳体11内，所述进气口111沿进气方向呈锥形，大端朝向所述第一壳体11的外部，小端朝向内部；优选的，所述进气口111设置在所述第一壳体11侧壁的下端。

具体的，进气口111设置在第一壳体11“迎风面”的侧壁上，由于液体推进剂泄漏后的状态为气态，因此，进气口111设置在“迎风面”的侧壁的下端，出气口112设置在“背风面”侧壁的上端，使气体充分地与气敏单元12的气体感应端121接触。

本发明开闭进气口111的盖体2可以为刚性件也可为柔性件，当盖体2为刚性件时，盖体2与进气口111所在侧壁可转动地连接，当不使用定位装置时，将盖体2旋转至进气口111处关闭进气口111，当使用定位装置时，将盖提旋转至避让进气口111的位置；当盖体2为柔性件时，盖体2的形态与进气口111相适配，且比进气口111略大，柔性盖体2与第一壳体11通过绳子之类的连接件连接，当不使用定位装置时，盖体2在外力作用下插入进气口111关闭进气口111，当使用定位装置时，拔出盖体2即可；上述两种方案中，使用定位装置时盖体2虽打开了进气口111，但仍然与第一壳体11连接，避免盖体2丢失。

进一步的，定位装置还包括第二壳体3，所述检测组件1与所述第二壳体3可伸缩连接，即通过可伸缩结构进行连接；优选的，所述检测组件1通过多节伸缩杆4与所述第二壳体3连接。更优选的，将出气口112设置在多节伸缩杆4的近端，可以进一步减少对泄漏气团分布的干扰。

具体的，利用可伸缩结构设计，解决了狭小区域不可检测的难题，减少人员进入现场造成干扰。可伸缩结构采用与推进剂相容性好的材质设计生产，以多节伸缩杆4的形式呈现，多节伸缩杆4内部存放螺旋导线。当检测容易接触到的区域时，多节伸缩杆4处于收回状态，螺旋导线也处于静态；当检测不容易接触到的狭小区域或危险区域，抽出多节伸缩杆4使检测组件1到达待检测区域，此时螺旋导线处于伸长状态，满足不同工况下的泄漏点检测用。

多节伸缩杆4的具体结构为：包括伸缩套管组，伸缩套管组至少具有三节套管，自检测组件1至第二壳体3依次为前管、中管、后管；各个套管相互之间不发生转动并设有防脱机构，所述前管的前端固定于第一壳体11上，所述后管的后端固定于第二壳体3上，各个套管为中空结构，内部可安置导线等。前管、中管、后管为相互配合的圆柱状结构，所述前管、中管、后管设有沿前后方向且相互配合的滑槽和滑轨。

上述方案中，将检测组件1设计为整体可伸缩的结构，避免泄漏气团在较长的进气管道中遭到破坏，同时可以进一步减少对泄漏气团分布的干扰，影响检测精度和定位的准确性。

进一步的，所述第二壳体3内设有报警单元5和/或显示单元6，所述报警单元5和所述显示单元6都分别与所述气敏单元12连接，所述报警单元5和所述显示单元6可根据所述气敏单元12检测到的不同的气体浓度具有不同的报警频率和显示强度。

优选的，报警单元5包括蜂鸣器；显示单元6包括灯带62和显示面板61。显示单元6的主要功能为采集检测组件1的输出信号，并对采集的信号进行转换，在显示单元6的显示面板61上显示浓度值；报警单元5的主要功能为采集检测组件1的输出信号，并对采集的信号进行转换，由蜂鸣器根据不同的浓度发出相应频率的报警声音。灯带62和显示面板61设置在第二壳体3的外部，适合操作者视觉观察的位置，显示面板61设置在中心位置，灯带62环绕显示面板61设置，灯带62包括若干个独立显示灯，各显示灯的电路连接为并列电路。

具体的，为了降低在危险紧急的氛围中对操作人员的要求，配以指示灯带62及蜂鸣器来辅助判断浓度值的大小。当未检测到待测气体时，所有灯带62都熄灭，当出现微弱气体浓度时，第一条灯带62亮，随着离泄漏点越来越近，气敏单元12检测到泄漏气体的浓度越来越高，灯带62亮的数量也随之增加，蜂鸣器报警声音频率也越来越急促；当远离泄漏点时，待测气体浓度越来越低，则灯带62点亮数量也随之减少，报警声音频率也变缓慢，由此判断泄漏点位置。

进一步的，所述第二壳体3内还设有控制单元，所述气敏单元12、所述报警单元5和所述显示单元6分别通过导线与所述控制单元连接，由所述控制单元调配控制；控制单元接收到根据气敏单元12进行模拟转换后的数字信号，控制报警单元5和显示单元6的动作。优选的，所述控制单元包括控制按键，按键提供参数设置、消音、开关等功能，尤其是消音，当检测到泄漏后不影响现场处置人员交流，可以按下消音按键，但灯光报警和浓度值显示依然存在直至低于报警阈值。

进一步的，所述第二壳体3内还设有动力单元7，所述动力单元7通过导线分别与所述气敏单元12、所述气体抽送单元13、所述报警单元5、所述显示单元6和所述控制单元连接，为所述气敏单元12、所述气体抽送单元13、所述报警单元5、所述显示单元6和所述控制单元提供动力；优选的，所述动力单元7包括电池。

由于液体推进剂大部分都具有易燃、有毒、易挥发、强腐蚀性等特点，因此，及早发现泄漏点为后续的应急保障处置提供依据和争取宝贵的时间具有重大的意义，本发明在定位装置内设置可独立移动供电的动力单元7，一般为电池，使定位装置可通过工人、机器人、无人车等携带泄漏点定位仪对泄漏点进行定位，方便快捷且安全。

为了方便工人手持定位装置检测泄漏源，本发明将定位装置的外形设计为类似“手枪”型的形状，第二壳体3的下端为手持部31，动力单元7设置在手持部31内，第二壳体3的上端内部依次设置控制单元等，而第二壳体3上端的外部则设置显示单元6和报警单元5，检测组件1通过多节伸缩杆4与第二壳体3的上端可伸缩连接。设置在第一壳体11内的各零部件与设置在第二壳体3内的各零部件之间的连接线均设置在多节伸缩杆4内，当第一壳体11为缩回状态时，各连接线在多节伸缩杆4内螺旋布置，当第一壳体11为伸出状态时，各连接线在多节伸缩杆4内抻开。

本发明的所述气敏单元12选自半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器、固体电解质气体传感器。

本发明的所述气体抽送单元13包括微型气泵。

进一步的，所述第一壳体11或所述第二壳体3内还设有数据单元，所述数据单元根据气敏单元12检测到的气体浓度计算出气体浓度梯度序列，所述气体浓度梯度序列以所述气敏单元12距离检测出气体浓度的位置的距离为变量；优选的，所述数据单元包括将气体浓度梯度序列输出至上位机的无线传输模块。

具体的，数据单元可设置在第一壳体11内，也可设置在第二壳体3内，一般为了使检测组件1的外形尽可能的小，将数据单元设置在第二壳体3内，通过导线与气敏单元12、控制单元等连接，数据单元根据气敏单元12检测到的气体浓度计算出气体浓度梯度序列，为准确定位泄漏源提供数据依据，所述气体浓度梯度序列以所述气敏单元12距离检测出气体浓度的位置的距离为变量。所述的数据单元还包括将气体浓度梯度序列输出至上位机的无线传输模块，通过无线传输模块将数据传输至与定位装置数据连接的上位机，便于在待测区域内统筹控制定位装置。

如图5至图6所示，本发明还提供一种气体泄漏定位方法，应用于所述的液体推进剂泄漏装置，包括：监测当前气体的浓度信息，判断是否检测到泄漏气体，若是，携带所述定位装置巡检，根据气体浓度与位置、时间的关系得到气体浓度梯度序列，根据气体浓度梯度序列确定泄漏源强度和泄漏源位置。

以在管道法兰连接处发生泄漏为例，液体推进剂在法兰连接处发生渗漏或微弱泄漏后会挥发形成气体，该气团的浓度场分布如图5所示，在泄漏源处浓度最大，远离泄漏源后，气体浓度急剧下降，其扩散规律符合气体扩散定律，据此利用气体泄漏定位装置进行泄漏点定位。

本发明的气体泄漏定位方法具体包括以下步骤：

S1：在待测区域中设置多个定位装置，用于探测泄漏气体的气体浓度。其中定位装置的数量至少为4个。

在该步骤中，当要开始检测之前，将定位装置的各数据初始化。

S2：在待测区域中监测当前气体的浓度信息，判断是否检测到泄漏气体，若是，携带所述定位装置巡检，根据气体浓度与位置、时间的关系得到气体浓度梯度序列，若否，持续监测。

在该步骤中，定位装置中的数据单元根据定位装置中的气敏单元12在当前位置检测到的气体浓度和当前位置距离初始检测到泄漏气体的位置之间的距离为变量，计算得到气体浓度梯度序列。

在该步骤中，当定位装置检测到泄漏气体时，以该位置为中心辐射安排若干定位装置进行巡检。

S3，根据具有气体浓度梯度序列的某定位装置确定泄漏源强度和泄漏源位置。

此外，优选地，在检测到气体泄漏的同时，数据单元还可通过无线传输模块可发出通讯信号至上位机提示出现气体泄漏，或报警信号进行报警，或发出继电器开关信号以关闭气源的阀门，还可将计算得到的气体泄漏源的位置及该位置处的气体浓度推算值也输出至上位机，以便工厂对定位装置做统筹部署。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种气体泄漏定位装置，其特征在于：包括检测组件，所述检测组件包括

第一壳体，所述第一壳体具有进气口和出气口；

气敏单元，设置在所述第一壳体内部，置于所述进气口和所述出气口之间，所述气敏单元的气体感应端靠近所述进气口；

气体抽送单元，所述气体抽送单元的进气管路设置在远离所述气体感应端的所述气敏单元的下游，所述气体抽送单元的出气管路与所述出气口连通。

2.根据权利要求1所述的气体泄漏定位装置，其特征在于：

还包括第二壳体，所述检测组件与所述第二壳体可伸缩连接；

优选的，所述检测组件通过多节伸缩杆与所述第二壳体连接。

3.根据权利要求2所述的气体泄漏定位装置，其特征在于：

所述第二壳体内设有报警单元，所述报警单元与所述气敏单元连接，所述报警单元根据所述气敏单元检测到的不同的气体浓度具有不同的报警频率；

优选的，所述报警单元包括蜂鸣器。

4.根据权利要求2或3所述的气体泄漏定位装置，其特征在于：

所述第二壳体的外侧还设有显示单元，所述显示单元与所述气敏单元连接，所述显示单元根据所述气敏单元检测到的不同的气体浓度具有不同的显示强度；

优选的，所述显示单元包括灯带和显示面板。

5.根据权利要求2-4任一所述的气体泄漏定位装置，其特征在于：

所述第二壳体内还设有控制单元，所述气敏单元、所述报警单元和所述显示单元分别通过导线与所述控制单元连接，由所述控制单元调配控制；

优选的，所述控制单元包括控制按键。

6.根据权利要求2-5任一所述的气体泄漏定位装置，其特征在于：

所述第二壳体内还设有动力单元，所述动力单元通过导线分别与所述气敏单元、所述气体抽送单元、所述报警单元、所述显示单元和所述控制单元连接，为所述气敏单元、所述气体抽送单元、所述报警单元、所述显示单元和所述控制单元提供动力；

优选的，所述动力单元包括电池。

7.根据权利要求1-6任一所述的气体泄漏定位装置，其特征在于：

所述第一壳体或所述第二壳体内还设有数据单元，所述数据单元根据气敏单元检测到的气体浓度计算出气体浓度梯度序列，所述气体浓度梯度序列以所述气敏单元距离检测出气体浓度的位置的距离为变量；

优选的，所述数据单元包括将气体浓度梯度序列输出至上位机的无线传输模块。

8.根据权利要求1-7任一所述的气体泄漏定位装置，其特征在于：

所述进气口设有可开闭所述进气口的盖体；

优选的，所述进气口与所述盖体之间设有密封件。

9.根据权利要求1-8任一所述的气体泄漏定位装置，其特征在于：

所述进气口沿进气方向呈锥形，大端朝向所述第一壳体的外部，小端朝向内部；

优选的，所述进气口设置在所述第一壳体侧壁的下端。

10.一种气体泄漏定位方法，应用于如权利要求1-9任一所述的液体推进剂泄漏装置，其特征在于：包括：

监测当前气体的浓度信息，判断是否检测到泄漏气体，若是，携带所述定位装置巡检，根据气体浓度与位置、时间的关系得到气体浓度梯度序列，根据气体浓度梯度序列确定泄漏源强度和泄漏源位置。

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