CN117030132A - 一种数字能源氧气站的泄漏监测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字能源氧气站的泄漏监测装置，属于泄漏监测技术领域，包括：红外热成像模块，用于拍摄液氧储罐区域的实时红外热图并记录实时拍摄时间；分析模块包括存储单元和对比单元，存储单元用于存储历史红外热图、历史拍摄时间和泄漏阈值，泄漏阈值自行设定；对比单元用于计算色阶系数差和时间差，根据色阶系数差和时间差确定色阶变化速率，并根据色阶变化速率和泄漏阈值确定是否发生泄漏；超声定位模块，用于根据泄漏红外热图找出泄漏点并生成泄漏位置信息。本发明通过红外热成像和分析模块直接根据红外热图的温度色阶变化计算色阶变化速率来快速判断是否发生泄漏情况，提升检测效率；通过超声定位模块进一步快速定位泄漏位置。
Description
技术领域
本发明涉及泄漏监测技术领域，特别是一种数字能源氧气站的泄漏监测装置和方法。
背景技术
液氧是一种低温、强助燃物质，液氧罐内贮存有大量的液氧，液氧储罐是储存液态氧的储存压力容器，为钢厂、病院、气体出产厂、食物饮料行业和焊接等行业提供高纯度的所需气体，较之使用高压钢瓶充气又经济、又安全，并降低用气本钱，目前各行业首选的液体储存容器。
在氧气站中便存在数量庞大的液氧储罐，因为液氧储罐内可能微量的碳氢化合物还有可能在罐内浓缩、积聚，在一定的条件下，就可能发生爆炸事故，以及当液氧发生泄漏便会给设备和人员带来低温损伤，所以对这些液氧储罐的泄漏情况进行有效的监测是保障安全生产的一个极为重要的前提。但正因为氧气站内的罐体众多，如果工作人员逐一对罐体进行密封性和泄漏检测，一方面效率极其低下，另一方面安全性得不到有效保障。
而用气体浓度传感器或者气压传感器，其准确性相对较低、误差较大，尤其当罐体放置在室外时，更无法保证监测的准确度，而且氧气站内的罐体相对集中，难以让工作人员快捷高效地进行准确定位，无法快速地对泄漏罐体进行进一步的维护工作以及其他安全措施。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种数字能源氧气站的泄漏监测装置，包括：红外热成像模块、分析模块和超声定位模块；
红外热成像模块，用于拍摄液氧储罐区域的实时红外热图并记录实时拍摄时间；
分析模块包括存储单元和对比单元，存储单元用于存储历史红外热图、历史拍摄时间和泄漏阈值，泄漏阈值自行设定；对比单元用于计算色阶系数差和时间差，根据色阶系数差和时间差确定色阶变化速率，并根据色阶变化速率和泄漏阈值确定是否发生泄漏；
超声定位模块，用于根据泄漏红外热图找出泄漏点并生成泄漏位置信息。
进一步地，所述色阶系数差具体为实时红外热图和历史红外热图的色阶系数的差值；所述时间差具体为实时拍摄时间和历史拍摄时间的差值。
进一步地，所述根据色阶系数差和时间差确定色阶变化速率具体为：v＝Δk/Δt；
v为色阶变化速率，Δk为色阶系数差，Δt为时间差。
进一步地，所述历史红外热图为所述红外热成像在非泄漏情况下所拍摄的最新的红外热图，所述历史拍摄时间为拍摄所述历史红外热图的时间；所述泄漏红外热图为所述红外热成像在泄漏情况下所拍摄的最新的红外热图。
进一步地，所述色阶系数为红外热图根据温度由高到低的色阶进行由大到小排序的序号；所述色阶为红、橙、黄、绿、蓝、紫，且依次根据温度由高到低进行排序。
进一步地，还包括告警模块，与所述分析模块和超声定位模块通信连接。
进一步地，所述告警模块包括蜂鸣器和显示平台。
本发明还提供了一种数字能源氧气站的泄漏监测方法，应用于上述的数字能源氧气站的泄漏监测装置，包括以下步骤：
步骤一、红外热成像模块预先拍摄一张液氧储罐区域在非泄漏情况下的红外热图和记录拍摄时间，并发送至分析模块的存储单元中作为历史红外热图和历史拍摄时间；
步骤二、红外热成像模块拍摄液氧储罐区域的实时红外热图和记录实时拍摄时间；
步骤三、分析模块的对比单元获取所述实时红外热图和实时拍摄时间，计算实时红外热图和历史红外热图之间的色阶系数差和时间差；
步骤四、对比单元根据色阶系数差和时间差计算色阶变化速率；若色阶变化速率小于泄漏阈值，则判断为未出现泄漏情况，则重新返回步骤二；若色阶变化速率大于泄漏阈值，则判断为出现泄漏情况，继续执行以下步骤；
步骤五、超声定位模块将获取的所述实时红外热图作为泄漏红外热图，并根据所述泄漏红外热图到泄漏范围进行定位，生成泄漏位置信息。
进一步地，在所述步骤五之前，还包括以下步骤：
对比单元判断出现泄漏情况后，通知告警模块，告警模块通过蜂鸣器发出告警；
在所述步骤五之后，还包括以下步骤：
超声定位模块将所述泄漏位置信息发送到告警模块的显示平台进行显示。
进一步地，所述步骤五具体为：所述超声定位模块为可移动超声波探测器，将获取的所述实时红外热图作为泄漏红外热图，并根据所述泄漏红外热图到泄漏范围探测超声波信号，进一步进行泄漏定位，生成泄漏位置信息。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：通过红外热成像模块得到液氧储罐区域的红外热图和时间，直接根据红外热图的温度色阶变化计算色阶变化速率来快速判断是否发生泄漏情况，提升检测效率；通过超声定位模块进一步定位泄漏位置，让工作人员能快速获取具体的泄漏位置来提高后续维护操作的安全性和时效性；同时超声定位和红外热成像结合能在确定泄漏区域内探测，缩小探测范围，避免了非泄漏因素产生的高频噪音的影响。
附图说明
图1是本发明提供的监测系统结构框图；
图2是本发明提供的监测方法流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1所示，本发明提供了一种数字能源氧气站的泄漏监测装置，包括：红外热成像模块、分析模块和超声定位模块；上述红外热成像模块、分析模块、超声定位模块依次通信连接。
红外热成像模块，用于拍摄液氧储罐区域的实时红外热图并记录实时拍摄时间，然后将实时红外热图和对应的实时拍摄时间发送给分析模块。红外热成像模块具体为红外热成像仪，包含有红外摄像头，红外热成像仪是一种利用物体自身发射的红外辐射来测量物体温度的仪器，红外辐射是处于电磁谱中的一种波长长于可见光的辐射。本实施例中的红外热成像仪的设置在能够保证完整拍摄到液氧储罐区域中所有液氧储罐的高度位置。
分析模块包括存储单元和对比单元；
存储单元用于存储历史红外热图、历史拍摄时间和泄漏阈值，泄漏阈值由工作人员自行设定；历史红外热图指的是红外热成像模块在非泄漏情况下所拍摄的最新的红外热图，历史拍摄时间为拍摄所述历史红外热图的时间，即在后续的泄漏判断中，若未检测到泄漏情况，则将当前的实时红外热图和对应的实时拍摄时间更新为历史红外热图和历史拍摄时间重新存储到存储单元中。
而在第一次监测时，红外热成像模块会预先将在非泄漏情况下所拍摄的红外热图以及拍摄时间给存储单元作为初始历史红外热图和初始历史时间。
对比单元获取到实时红外热图和实时拍摄时间，根据实时红外热图和存储单元中的历史红外热图以及他们的拍摄时间来计算色阶系数差和时间差，色阶系数差具体为实时红外热图和历史红外热图的色阶系数的差值；所述时间差具体为实时拍摄时间和历史拍摄时间的差值。
色阶系数为红外热图根据温度由高到低的色阶进行由大到小排序的序号；所述色阶为红、橙、黄、绿、蓝、紫，且依次根据温度由高到低进行排序，即红代表温度最高，所排序的序号数值最大；紫代表温度最低，所排序的序号数值最小。在热成像仪拍摄的红外热图中，红色代表温度最高的区域，通常意味着热量非常集中或非常强烈；橙色区域表示的温度通常为60～120℃之间；黄色区域表示的温度通常在30～60℃之间；绿色区域表示的温度通常为10～30℃之间；蓝色区域代表着更低的温度，通常在-20～10℃之间；紫色区域代表着最低的温度，通常在-40℃及以下。当液氧储罐发生泄漏时，液氧吸热气化并产生冷凝云雾，环境温度以极快的速度下降，从而热成像仪拍摄的红外热图中能清晰反应泄漏情况。
接着对比单元根据色阶系数差和时间差确定色阶变化速率，所述根据色阶系数差和时间差确定色阶变化速率具体为：v＝Δk/Δt；
v为色阶变化速率，Δk为色阶系数差，Δt为时间差。
然后根据色阶变化速率和泄漏阈值确定是否发生泄漏,若色阶变化速率小于泄漏阈值，则判断为未出现泄漏情况；若色阶变化速率大于泄漏阈值，则判断为出现泄漏情况。
上述对比单元判断泄漏情况，考虑到环境温度会根据时间、气候或其他外部因素变化，所以不停更新历史红外图像和历史拍摄时间，然后根据最新的历史红外图像和历史拍摄时间进行计算对比，避免在非泄漏情况但出现错误判断的情况。
当对比单元判断出现泄漏情况时，则将实时红外热图作为泄漏红外热图发送给超声定位模块，即泄漏红外热图为红外热成像在泄漏情况下所拍摄的最新的红外热图。
超声定位模块根据泄漏红外热图找出泄漏点并生成泄漏位置信息。超声定位模块为可移动超声波探测器，液氧储罐泄漏时，液氧会瞬间气化，在泄漏处会产生气体紊流现象，紊流现象会产生高频噪音，即如果发生气体泄漏，会产生高于可听频率的超声波，本实施例的超声定位模块通过泄漏红外热图缩小探测范围，定位泄露范围内嘈杂环境中的高频噪声，避免其他因素产生的高频噪声的影响，准确测出气体泄漏的位置，生成泄露位置信息。
本发明的泄漏监测装置还包括告警模块，与分析模块和超声定位模块通信连接；告警模块包括蜂鸣器和显示平台，在分析模块的对比单元判断出发生泄漏情况时，通知蜂鸣器发出泄漏警报，在超声定位模块定位生成泄漏位置信息后发送到显示平台进行显示，工作人员通过泄漏位置信息快速准确找到泄漏位置。
请参阅图2所示，本发明还提供了一种数字能源氧气站的泄漏监测方法，包括以下步骤：
步骤一、红外热成像模块预先拍摄一张液氧储罐区域在非泄漏情况下的红外热图和记录拍摄时间，并发送至分析模块的存储单元中作为历史红外热图和历史拍摄时间；
步骤二、红外热成像模块拍摄液氧储罐区域的实时红外热图和记录实时拍摄时间；
步骤三、分析模块的对比单元获取所述实时红外热图和实时拍摄时间，计算实时红外热图和历史红外热图之间的色阶系数差和时间差；
步骤四、对比单元根据色阶系数差和时间差计算色阶变化速率；若色阶变化速率小于泄漏阈值，则判断为未出现泄漏情况，则重新返回步骤二；若色阶变化速率大于泄漏阈值，则判断为出现泄漏情况，继续执行以下步骤；
步骤五、超声定位模块将获取的所述实时红外热图作为泄漏红外热图，并根据所述泄漏红外热图到泄漏范围进行定位，生成泄漏位置信息。
所述步骤四的对比单元根据色阶系数差和时间差计算色阶变化速率具体为：v＝Δk/Δt；v为色阶变化速率，Δk为色阶系数差，Δt为时间差。
泄露阈值由工作人员提前自行设定；所述的色阶系数差和时间差与上述的泄漏监测装置中的色阶系数差和时间差相同，此处不再叙述。
在所述步骤五之前，还包括以下步骤：对比单元判断出现泄漏情况后，通知告警模块，告警模块通过蜂鸣器发出告警。
在所述步骤五之后，还包括以下步骤：超声定位模块将所述泄漏位置信息发送到告警模块的显示平台进行显示。
所述步骤五具体为：所述超声定位模块为可移动超声波探测器，将获取的所述实时红外热图作为泄漏红外热图，并根据所述泄漏红外热图到泄漏范围探测超声波信号，进一步进行泄漏定位，生成泄漏位置信息。
本发明的有益效果在于：通过红外热成像模块得到液氧储罐区域的红外热图和时间，直接根据红外热图的温度色阶变化计算色阶变化速率来快速判断是否发生泄漏情况，提升检测效率；通过超声定位模块进一步定位泄漏位置，让工作人员能快速获取具体的泄漏位置来提高后续维护操作的安全性和时效性；同时超声定位和红外热成像结合能在确定泄漏区域内探测，缩小探测范围，避免了非泄漏因素产生的高频噪音的影响。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
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 (10)
1.一种数字能源氧气站的泄漏监测装置，其特征在于，包括：红外热成像模块、分析模块和超声定位模块；
红外热成像模块，用于拍摄液氧储罐区域的实时红外热图并记录实时拍摄时间；
分析模块包括存储单元和对比单元，存储单元用于存储历史红外热图、历史拍摄时间和泄漏阈值，泄漏阈值自行设定；对比单元用于计算色阶系数差和时间差，根据色阶系数差和时间差确定色阶变化速率，并根据色阶变化速率和泄漏阈值确定是否发生泄漏；
超声定位模块，用于根据泄漏红外热图找出泄漏点并生成泄漏位置信息。
2.根据权利要求1所述的数字能源氧气站的泄漏监测装置，其特征在于，所述色阶系数差具体为实时红外热图和历史红外热图的色阶系数的差值；所述时间差具体为实时拍摄时间和历史拍摄时间的差值。
3.根据权利要求2所述的数字能源氧气站的泄漏监测装置，其特征在于，所述根据色阶系数差和时间差确定色阶变化速率具体为：v＝Δk/Δt；
v为色阶变化速率，Δk为色阶系数差，Δt为时间差。
4.根据权利要求3所述的数字能源氧气站的泄漏监测装置，其特征在于，所述历史红外热图为所述红外热成像在非泄漏情况下所拍摄的最新的红外热图，所述历史拍摄时间为拍摄所述历史红外热图的时间；所述泄漏红外热图为所述红外热成像在泄漏情况下所拍摄的最新的红外热图。
5.根据权利要求3所述的数字能源氧气站的泄漏监测装置，其特征在于，所述色阶系数为红外热图根据温度由高到低的色阶进行由大到小排序的序号；所述色阶为红、橙、黄、绿、蓝、紫，且依次根据温度由高到低进行排序。
6.根据权利要求1所述的数字能源氧气站的泄漏监测装置，其特征在于，还包括告警模块，与所述分析模块和超声定位模块通信连接。
7.根据权利要求6所述的数字能源氧气站的泄漏监测装置，其特征在于，所述告警模块包括蜂鸣器和显示平台。
8.一种数字能源氧气站的泄漏监测方法，应用于权利要求1-7任一项所述的数字能源氧气站的泄漏监测装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、红外热成像模块预先拍摄一张液氧储罐区域在非泄漏情况下的红外热图和记录拍摄时间，并发送至分析模块的存储单元中作为历史红外热图和历史拍摄时间；
步骤二、红外热成像模块拍摄液氧储罐区域的实时红外热图和记录实时拍摄时间；
步骤三、分析模块的对比单元获取所述实时红外热图和实时拍摄时间，计算实时红外热图和历史红外热图之间的色阶系数差和时间差；
步骤四、对比单元根据色阶系数差和时间差计算色阶变化速率；若色阶变化速率小于泄漏阈值，则判断为未出现泄漏情况，则重新返回步骤二；若色阶变化速率大于泄漏阈值，则判断为出现泄漏情况，继续执行以下步骤；
步骤五、超声定位模块将获取的所述实时红外热图作为泄漏红外热图，并根据所述泄漏红外热图到泄漏范围进行定位，生成泄漏位置信息。
9.根据权利要求8所述的数字能源氧气站的泄漏监测方法，其特征在于，在所述步骤五之前，还包括以下步骤：
对比单元判断出现泄漏情况后，通知告警模块，告警模块通过蜂鸣器发出告警；
在所述步骤五之后，还包括以下步骤：
超声定位模块将所述泄漏位置信息发送到告警模块的显示平台进行显示。
10.根据权利要求8所述的数字能源氧气站的泄漏监测方法，其特征在于，所述步骤五具体为：所述超声定位模块为可移动超声波探测器，将获取的所述实时红外热图作为泄漏红外热图，并根据所述泄漏红外热图到泄漏范围探测超声波信号，进一步进行泄漏定位，生成泄漏位置信息。
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| CN117646828A (zh) * | 2024-01-29 | 2024-03-05 | 中国市政工程西南设计研究总院有限公司 | 一种用于检测顶管接口相对位移和渗漏水的装置及方法 |
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