CN117405308A - 一种氢气泄漏定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种氢气泄漏定位系统，包括：氢气传感器组，包括至少四个位于同一平面且不完全位于同一直线上的氢气传感器；移动定位装置，设置于待检测目标所在的区域内，移动定位装置上设置有位于待检测目标的上方的纵向传感器；检测单元，用于根据氢气传感器组获取的第一信息计算泄漏点的水平坐标信息，根据纵向传感器获取的第二信息计算泄漏点的竖直坐标信息；移动定位装置用于根据水平坐标信息带动纵向传感器水平移动并使得纵向传感器位于泄漏点的正上方，还用于带动纵向传感器竖直移动以获取所述第二信息。还公开了一种氢气泄漏定位方法。应用本申请能够定位到泄漏点在三维空间内的具体位置。

Description

一种氢气泄漏定位系统及定位方法

技术领域

本申请属于氢气泄漏检测技术领域，尤其涉及一种氢气泄漏定位系统及定位方法。

背景技术

氢能绿色环保可再生、来源广泛，且适应大规模储存，在温室效应日渐加剧，化石能源即将耗竭的今天，广受青睐。但氢能与常规能源相比，着火范围更宽、着火能更低、更容易泄漏、有更高的火焰传播速度、更容易爆炸。压缩氢气的储存和运输广泛存在于工业环境和日常生活中，常见应用场景如管廊、加氢站、氢燃料汽车车库等。由于压缩氢气的超高压、氢对储氢瓶的损伤、储氢瓶的材料劣化等安全隐患，压缩氢气在储存和运输期间有可能产生泄漏。若发生氢气泄漏，很可能造成重大财产损失和人员伤亡，为确保安全，需要及时进行氢气泄漏检测和定位。

中国公开专利CN115979527A公开了一种微量氢气泄漏检测系统及方法，该种方案在部分应用场景中能够快速且较为准确地定位出泄漏点在检测顶面上的投影，但无法具体定位出泄漏点的位置（缺少泄漏点在竖直方向上的高度位置信息），还需要人工进一步的现场确认，不能完全实现对泄漏点位置的全过程自动化定位。尤其是在部分应用场景中，由于储氢装置的位置不确定（例如停放氢能源车的车库内，由于停车位置、车型、车内储氢罐的位置等因素不确定），在缺失泄漏点在竖直方向上的高度位置信息的情况下，人工现场定位泄漏点的具体位置时操作难度较大。

发明内容

本申请旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请提供了一种氢气泄漏定位系统及定位方法。

为了达到上述目的，本申请采用如下技术方案：一种氢气泄漏定位系统，包括：氢气传感器组，其包括至少四个位于同一平面且不完全位于同一直线上的氢气传感器，所述氢气传感器组位于待检测目标的上方；移动定位装置，其设置于待检测目标所在的区域内，所述移动定位装置上设置有位于待检测目标的上方的纵向传感器；以及，检测单元，其用于根据所述氢气传感器组获取的第一信息计算泄漏点的水平坐标信息，并且根据所述纵向传感器获取的第二信息计算泄漏点的竖直坐标信息；其中，所述移动定位装置用于根据所述水平坐标信息带动纵向传感器水平移动并使得纵向传感器位于泄漏点的正上方，所述移动定位装置还用于带动纵向传感器竖直移动以获取所述第二信息。

应用本申请具有以下有益效果：利用氢气传感器组获取的第一信息计算出泄漏点的水平坐标信息，通过增设移动定位装置，利用移动定位装置将纵向传感器带动移动至使得该纵向传感器位于泄漏点的正上方。发明人利用距离氢气泄漏点的位置越远而相应位置处的氢气浓度越低的原理，通过控制该纵向传感器在泄漏点的正上方相对泄漏点竖直移动从而获取所述的第二信息，再利用第二信息计算得到泄漏点的竖直坐标信息，从而定位到泄漏点的具体位置。

可选的，所述纵向传感器为所述氢气传感器组中的一个氢气传感器，所述氢气传感器组安装于移动定位装置上。

可选的，所述氢气传感器组呈矩形阵列布置或呈圆形阵列布置。

可选的，所述氢气传感器组包括m个氢气传感器，m个所述氢气传感器呈一个圆形阵列布置，并且m个所述氢气传感器包括一个布置于中心的中心传感器以及（m-1）个环绕所述中心传感器均匀布置的环绕传感器。

可选的，所述环绕传感器多圈布置。

可选的，所述第一信息包括：所述氢气传感器组中按照检测到氢气的时间顺序依次排布的四个选定的氢气传感器的相对位置信息；以及，四个所述选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息；其中，四个所述选定的氢气传感器不完全位于同一直线上。

可选的，所述检测单元内存储有每个氢气传感器的编号以及相对位置信息，所述检测单元根据所述氢气传感器组获取的第一信息通过以下步骤计算泄漏点的水平坐标信息：

按照检测到氢气的时间顺序将四个所述选定的氢气传感器依次记为第一氢气传感器、第二氢气传感器、第三氢气传感器和第四氢气传感器，并且将四个所述选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息依次记录为T_n、T_n+1、T_n+2和T_n+3；

以所述第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的两条双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第一双曲线；

以所述第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第二双曲线；

以所述第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第三双曲线；

其中，V为泄漏氢气沿所述检测空间顶层扩散的速度，L₁为所述第一氢气传感器与第二氢气传感器之间的距离，L₂为所述第一氢气传感器与第三氢气传感器之间的距离，L₃为所述第一氢气传感器与第四氢气传感器之间的距离，，/>，，/>，/>，/>；

改变V的数值使得第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线相交于一点，判定该点的坐标信息为泄漏点的水平坐标信息。

可选的，所述第二信息包括：由位于泄漏点的正上方的所述纵向传感器在p个不同的水平高度上采集到的相应的泄漏氢气的浓度信息；以及，位于泄漏点的正上方的所述纵向传感器在采集到所述浓度信息时所处的高度位置信息/>；其中，p≥3。

可选的，当p=3时，所述检测单元根据所述氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点的竖直坐标信息：

当p≥4时，所述检测单元根据所述氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点在水平方向上的水平坐标信息：

其中，Z为泄漏点的竖直坐标信息。

可选的，所述移动定位装置包括：支撑架，其包括沿竖直方向布置的立柱以及设置于所述立柱上且沿水平方向布置的横梁；第一水平驱动机构，其与所述支撑架连接且用于驱动支撑架沿第一水平方向移动；以及，竖直驱动机构，其与所述横梁连接且用于驱动横梁沿所述立柱移动；其中，所述纵向传感器布置于所述横梁的下方。

可选的，所述移动定位装置还包括第二水平驱动机构以及活动设置于所述横梁上的安装板，所述纵向传感器布置于所述安装板的下表面；所述第二水平驱动机构与所述安装板连接且用于驱动安装板沿第二水平方向移动，所述第二水平方向与第一水平方向相交。

可选的，所述氢气泄漏定位系统还包括控制单元，所述控制单元与第一水平驱动单元连接并用于根据所述水平坐标信息带动支撑架沿第一水平方向移动；所述控制单元与第二水平驱动单元连接并用于根据所述水平坐标信息带动安装板沿第二水平方向移动；所述控制单元与竖直驱动单元连接并用于带动横梁沿竖直方向移动。

此外，本申请还提供了一种氢气泄漏定位方法，包括：

利用位于待检测目标的上方的氢气传感器组监测待检测目标，所述氢气传感器组包括至少四个位于同一平面且不完全位于同一直线上的氢气传感器；

在检测到氢气泄漏的情况下根据所述氢气传感器组获得到的第一信息判断泄漏点的水平坐标信息；

根据所述水平坐标信息将一个能够检测氢气的纵向传感器移动至泄漏点的正上方；

控制所述纵向传感器沿竖直方向移动且在不同的水平高度上获取第二信息；

根据所述第二信息判断泄漏点的竖直坐标信息。

本申请所提供的氢气泄漏定位方法与前述的氢气泄漏定位系统的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

可选的，所述纵向传感器为氢气传感器组中的一个氢气传感器。

可选的，所述第一信息包括：所述氢气传感器组中按照检测到氢气的时间顺序依次排布的四个选定的氢气传感器的相对位置信息；以及，四个所述选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息；其中，四个所述选定的氢气传感器不完全位于同一直线上。

可选的，按照检测到氢气的时间顺序将四个所述选定的氢气传感器依次记为第一氢气传感器、第二氢气传感器、第三氢气传感器和第四氢气传感器，并且将四个所述选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息依次记录为T_n、T_n+1、T_n+2和T_n+3；

以所述第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的两条双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第一双曲线；

以所述第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第二双曲线；

以所述第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第三双曲线；

其中，V为泄漏氢气沿所述检测空间顶层扩散的速度，L₁为所述第一氢气传感器与第二氢气传感器之间的距离，L₂为所述第一氢气传感器与第三氢气传感器之间的距离，L₃为所述第一氢气传感器与第四氢气传感器之间的距离，，/>，，/>，/>，/>；

改变V的数值使得第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线相交于一点，判定该点的坐标信息为泄漏点的水平坐标信息。

可选的，所述第二信息包括：由位于泄漏点的正上方的所述纵向传感器在p个不同的水平高度上采集到的相应的泄漏氢气的浓度信息；以及，位于泄漏点的正上方的所述纵向传感器在采集到所述浓度信息时所处的高度位置信息/>；其中，p≥3。

可选的，当p=3时，所述检测单元根据所述氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点的竖直坐标信息：

当p≥4时，所述检测单元根据所述氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点在水平方向上的水平坐标信息：

其中，Z为泄漏点的竖直坐标信息。

本申请的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本申请最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本申请技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

附图说明

下面结合附图对本申请作进一步说明：

图1为在车库中应用本申请第一个方面提供的一种氢气泄漏定位系统的示意图；

图2为本申请第一个方面提供的氢气泄漏定位系统中氢气传感器组的布置示意图；

图3为本申请第一个方面提供的氢气泄漏定位系统的侧视图；

图4为本申请第一个方面提供的氢气泄漏定位系统的原理示意图；

图5为对泄漏点的竖直坐标信息的判定的示意图；

图6为该氢气泄漏定位系统中的纵向传感器与氢气传感器组分开设置的示意图；

图7为本申请第二个方面提供的一种氢气泄漏定位方法的流程图。

其中，1.氢气传感器，2.移动定位装置，20.支撑架，200.立柱，201.横梁，2010.滑块，202.安装板，3.检测单元，4.控制单元，5.固定板。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本申请公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

本申请的第一个方面提供了一种氢气泄漏定位系统，如图1、图2、图3和图4中所示，该氢气泄漏定位系统包括氢气传感器组、移动定位装置2和检测单元3。其中，氢气传感器组包括九个位于同一平面且呈圆形阵列布置的氢气传感器1，氢气传感器组位于待检测目标的上方。移动定位装置2设置于待检测目标所在的区域内，移动定位装置2上设置有位于待检测目标的上方的纵向传感器。检测单元3用于根据氢气传感器组获取的第一信息计算泄漏点的水平坐标信息，并且根据纵向传感器获取的第二信息计算泄漏点的竖直坐标信息。该移动定位装置2用于根据水平坐标信息带动纵向传感器水平移动并使得纵向传感器位于泄漏点的正上方，移动定位装置2还用于带动纵向传感器竖直移动以获取第二信息。

需要说明的是，氢气传感器组中的氢气传感器1的数量以及布置方式可以根据待检测目标的具体需求而进行设计，只需要保证氢气传感器组包括至少四个位于同一平面且不完全位于同一直线上的氢气传感器1，氢气传感器组位于待检测目标的上方即可。本实施例中优选的方案是将氢气传感器组呈圆形阵列排布，在其它可选的实施方式中，也可以将氢气传感器组呈矩形阵列排布。

本实施例提供的该氢气泄漏定位系统利用氢气传感器组获取的第一信息计算出泄漏点的水平坐标信息，通过增设移动定位装置2，利用移动定位装置2将纵向传感器带动移动至使得该纵向传感器位于泄漏点的正上方。发明人利用距离氢气泄漏点的位置越远而相应位置处的氢气浓度越低的原理，通过控制该纵向传感器在泄漏点的正上方相对泄漏点竖直移动从而获取的第二信息，再利用第二信息计算得到泄漏点的竖直坐标信息，从而定位到泄漏点的具体位置。

具体到本实施例中，前述的纵向传感器为氢气传感器组中的一个氢气传感器1，也即，本实施例中的方案是将氢气传感器组安装于移动定位装置2上，氢气传感器组在检测到氢气泄漏后可获取到第一信息，之后移动定位装置2根据由第一信息测算出的水平坐标信息带动氢气传感器组移动，并使得氢气传感器组中的一个氢气传感器1位于泄漏点的正上方（可以从氢气传感器组中任意选择出一个氢气传感器1作为纵向传感器）。当然，也可以将纵向传感器与氢气传感器组分开设置，该种情况下，氢气传感器组仅用于检测到氢气泄漏并获取第一信息，而移动定位装置带动纵向传感器移动，当然，纵向传感器也是一种用于检测氢气的氢气检测用传感器。

容易理解的是，本实施例中所述的氢气传感器可以是催化型、电化学型、半导体型、光学型等类型的传感器，可直接于市场采买，目前相关技术中的氢气传感器可达到毫秒级反应。

如前述，本实施例中的氢气传感器组设置有九个氢气传感器1，九个氢气传感器1呈一个圆形阵列布置，并且九个氢气传感器1包括一个布置于中心的中心传感器以及八个环绕中心传感器均匀布置的环绕传感器。容易理解的是，在其它可选的实施方式中，假定氢气传感器组包括m个氢气传感器1（m≥4），那么可以将一个氢气传感器1作为中心传感器布置于中心，另外（m-1）个氢气传感器1作为环绕传感器环绕中心传感器均匀布置。进一步的，在其它可选的实施方式中，前述的环绕传感器也可以多圈布置。

出于节省氢气传感器的数量的目的，一般情况下氢气传感器组呈一个圆形阵列布置即可，但在可选的实施方式中，尤其是应用区域场地较大时，氢气传感器组所包括的氢气传感器的数量较多时，可以将氢气传感器组布置为多个圆形阵列布置，这样可保证氢气传感器在平面上布置较为均匀，有利于氢气传感器组获取第一信息，避免造成一块局部面积上氢气传感器较为密集、而同时另一块局部面积上未布置氢气传感器的情况。

本实施例中所述的第一信息包括：氢气传感器组中按照检测到氢气的时间顺序依次排布的四个选定的氢气传感器的相对位置信息；以及，四个选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息；其中，四个选定的氢气传感器不完全位于同一直线上。

检测单元3内存储有每个氢气传感器1的编号以及相对位置信息，检测单元3根据氢气传感器组获取的第一信息通过以下步骤计算泄漏点的水平坐标信息：

按照检测到氢气的时间顺序将四个选定的氢气传感器1依次记为第一氢气传感器、第二氢气传感器、第三氢气传感器和第四氢气传感器，并且将四个选定的氢气传感器1检测到氢气的时间信息依次记录为T_n、T_n+1、T_n+2和T_n+3；

以第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线作为X轴，以第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的两条双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第一双曲线；

以第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线作为X轴，以第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第二双曲线；

以第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线作为X轴，以第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第三双曲线；

其中，V为泄漏氢气沿检测空间顶层扩散的速度，L₁为第一氢气传感器与第二氢气传感器之间的距离，L₂为第一氢气传感器与第三氢气传感器之间的距离，L₃为第一氢气传感器与第四氢气传感器之间的距离，，/>，/>，/>，，/>；

改变V的数值使得第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线相交于一点，判定该点的坐标信息为泄漏点的水平坐标信息。

上述根据第一信息计算出泄漏点的水平坐标信息的原理及方式均为现有技术，此处不再赘述。

需要说明的是，在使用移动定位装置2带动纵向传感器（本实施例中为氢气传感器组中的一个氢气传感器）移动至泄漏点的正上方的过程中，在按照前述的水平坐标信息完成移动后，还可以再次进行前述的计算泄漏点的水平坐标信息的步骤，因为此时氢气传感器组与泄漏点位置相对靠近，重复进行计算泄漏点的水平坐标信息的步骤可得到更准确的水平坐标信息，从而使得纵向传感器更准确地位于泄漏点的正上方。容易理解的是，本实施例中所述的使得纵向传感器位于泄漏点的正上方，并非是要求一定要精准地使得纵向传感器位于泄漏点沿竖直方向上的直线上，而是使得纵向传感器大致位于泄漏点的正上方。

进一步的，本实施例中前述的第二信息包括：由位于泄漏点的正上方的纵向传感器在p个不同的水平高度上采集到的相应的泄漏氢气的浓度信息；以及，位于泄漏点的正上方的纵向传感器在采集到浓度信息时所处的高度位置信息/>；其中，p≥3。

当p=3时，检测单元3根据氢气传感器1获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点的竖直坐标信息：

当p≥4时，检测单元3根据氢气传感器1获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点在水平方向上的水平坐标信息：

其中，Z为泄漏点的竖直坐标信息。

如图5中所示，具体到本实施例中，p的值取5。作为纵向传感器的氢气传感器1被移动定位装置带动下移四次，共在五个不同水平高度的位置进行采集，得到相应的五个不同水平高度的高度位置信息以及相应的浓度信息。

经发明人研究发现，由于氢气密度远低于自然界空气的密度，再加上储氢设备（管道或罐体）内的压力较大，当氢气发生微量泄漏时，其流动速度极高，一般以喷射状态向上射流。泄漏点可以认为是射流中心，沿射流中心垂直向上的路径上，可以认为相对射流中心的距离值与该距离下氢气的浓度值呈反比，也即距离射流中心（泄漏点）沿高度方向上距离越远，泄漏氢气的浓度越低。如此，可得到上述关系式。而通过移动定位装置2控制纵向传感器移动，进而可使得纵向传感器停留在不同的水平高度上，以采集前述的第二信息。

需要说明的是，在使用移动定位装置2带动纵向传感器（本实施例中为氢气传感器组中的一个氢气传感器1）相对泄漏点沿竖直方向移动的过程中，为了不扰乱泄漏氢气的流场，需要控制移动定位装置2的移动速度，该移动速度可根据实际需求进行调节，以不会扰乱泄漏氢气的流场为要求。一般情况下，将该移动速度控制在2.5cm/s。

如图1和图3中所示，本实施例中的移动定位装置2包括支撑架20、安装板202、第一水平驱动机构（未示出）、第二水平驱动机构（未示出）和竖直驱动机构（未示出）。其中，支撑架20包括沿竖直方向布置的立柱200以及设置于立柱200上且沿水平方向布置的横梁201。第一水平驱动机构与支撑架20连接且用于驱动支撑架20沿第一水平方向移动。安装板202活动设置于横梁201上，纵向传感器布置于安装板202的下表面，第二水平驱动机构与安装板202连接且用于驱动安装板202沿第二水平方向移动，第二水平方向与第一水平方向相交。竖直驱动机构与横梁201连接且用于驱动横梁201沿立柱200移动。具体到本实施例中，第一水平方向和第二水平方向相互垂直，而在其它可选的方案中，也可以根据实际场地对第一水平方向和第二水平方向的相交夹角进行调整。

进一步的，结合图4中所示，本实施例提供的该氢气泄漏定位系统还包括控制单元4，控制单元4与第一水平驱动单元连接并用于根据水平坐标信息带动支撑架20沿第一水平方向移动；控制单元4与第二水平驱动单元连接并用于根据水平坐标信息带动安装板202沿第二水平方向移动；控制单元4与竖直驱动单元连接并用于带动横梁201沿竖直方向移动。容易理解的是，也可以通过设置显示屏等方式将水平坐标信息展示给操作人员，再由操作人员手动操作控制第一水平驱动机构、第二水平驱动机构和竖直驱动机构工作。

采用本实施例中提供的方案，在氢气传感器组监测到存在氢气泄漏的情况下，由检测单元3通过对氢气传感器1获取的第一信息进行分析、计算，得到泄漏点的水平坐标信息；检测单元3将该水平坐标信息发送至控制单元4，控制单元4根据该水平坐标信息控制第一水平驱动单元和第二水平驱动单元工作，从而可带动支撑架20沿第一水平方向移动，并可带动安装板202沿第二水平方向移动，从而可使得设置于安装板202上的氢气传感器组中的一个氢气传感器1移动至位于泄漏点的正上方。再由控制单元4控制横梁201沿竖直方向移动以带动安装板202竖直移动，从而带动氢气传感器1竖直移动至不同的水平高度，以便获取前述的第二信息。检测单元3根据所获取到的第二信息计算得到泄漏点的竖直坐标信息。

第一水平驱动机构、第二水平驱动机构和竖直驱动机构均可采用相关技术中常见的动力驱动机构，以第一水平驱动机构为例，第一水平驱动机构可以包括驱动电机和传动组件，传动组件可以为链传动组件或带传动组件等，传动组件与立柱200连接以将动力传递至立柱200并带动立柱200沿第一水平方向移动。通过设置既可以使得立柱200进行滑动移动，也可以使得立柱200进行滚动移动，当然，容易想到的是，也可以在地面上为立柱200设置限位导轨。同理，第二水平驱动机构和竖直驱动机构也可以采用上述类似的方案，如图3中所示，本实施例中就在立柱200上沿竖直方向为横梁201设置导轨，横梁201的两端设置滑块2010，横梁201通过滑块2010滑动设置于立柱200上设置的导轨内。当然，也可以在立柱内部设置动力源，同时为立柱设置滚轮，直接由立柱内部的动力源驱动立柱移动。上述方案仅是对第一水平驱动机构、第二水平驱动机构和竖直驱动机构的举例说明，对于本领域的技术人员而言，采用动力装置来驱动部件在三维空间上移动还可以采用其它方式实现，此处不再赘述。

还需要说明的是，本实施例中是将立柱设置于车库的地面上，而在可选的实施方式中，也可以将立柱悬挂于车库的顶面上进行设置。

上述关于移动定位装置的具体结构为本实施例提供的一种优选方案，在其它可选的实施方式中，也可以选择不设置安装板和第二水平驱动机构，例如：移动定位装置包括支撑架、第一水平驱动机构和竖直驱动机构，其中，支撑架包括沿竖直方向布置的立柱以及设置于立柱上且沿水平方向布置的横梁；第一水平驱动机构与支撑架连接且用于驱动支撑架沿第一水平方向移动；竖直驱动机构与横梁连接且用于驱动横梁沿立柱移动。纵向传感器布置于所述横梁的下方。在该种情况下，只需要增加氢气传感器的数量，将横梁的下方布置较多的氢气传感器，就能够在仅驱动支撑架沿第一水平方向移动的情况下，使得位于横梁下方的氢气传感器组中的一个氢气传感器位于泄漏点的正上方。当然，采用本实施例提供的设置有安装板和第二水平驱动机构的方案，可提高氢气传感器位于泄漏点的正上方的精准度。

下面以实际实验为例对该氢气泄漏定位系统的应用进行说明：

在第一个实施实验中，以对氢燃料汽车车库进行监测并判定氢气泄漏位置为例进行说明。该车库长150m、宽30m，经检测，微量氢气在其中的竖直方向扩散速度大致为5m/s、在水平方向扩散速度大致为0.5m/s。选取氢燃料汽车的停放区域作为检测空间，测量得到检测空间长为50m、宽30m。在该检测空间内部署本申请提供的氢气泄漏定位系统。本实施例中将移动定位装置布置在检测空间的中间位置处，当车库内的一辆氢汽车发生氢气泄漏时，考虑到泄漏点在最远处的极限情况，泄漏点距离氢气传感器大约为29.2m，从氢气上升到达车库顶层开始扩散，再到被氢气传感器检测到氢气泄漏的时间大致为68s（氢气传感器响应时间为毫秒级）。因此该氢气泄漏定位系统能够在氢气泄漏开始后的一分十秒时间内检测到氢气泄漏的情况。

检测到氢气泄漏事故发生后，该氢气泄漏定位系统通过前述的工作原理能够获得泄漏点在检测空间内的三维数据（也即水平坐标信息和竖直坐标信息），并将三维数据传输给操作人员的设备上。

在第二个实施实验中，以对氢燃料传输管道进行监测并判定氢气泄漏位置为例进行说明。氢气传输管廊长40m、宽3m，选取氢气传输管道及其周边作为检测空间，检测空间长40m、宽3m。在检测空间的顶部部署本申请提供的氢气泄漏定位系统。当氢气传输管廊发生氢气泄漏时，该氢气泄漏定位系统通过前述的工作原理能够获得泄漏点在检测空间内的三维数据（也即水平坐标信息和竖直坐标信息），并将三维数据传输给操作人员的设备上。

另外，如前所述，可其它可选的实施方式中，也可以将纵向传感器与氢气传感器组分开设置，该种情况下，氢气传感器组仅用于检测到氢气泄漏并获取第一信息，而移动定位装置带动纵向传感器移动。图6中示出了采用该种方案的形式，如图6中所示，在车库中设置有固定板5，固定板5通过其两侧的支撑柱架设在高处，而氢气传感器组就布置在固定板5的下表面上。在固定板5的两侧分别布置有移动定位装置2，在移动定位装置2上分别布置有一个氢气传感器作为纵向传感器。在工作时，可通过设置在固定板5上的氢气传感器组来获取前述的第一信息，而通过移动定位装置2带动其上设置的纵向传感器移动至泄漏点的正上方。

如图7中所示，本申请的第二个方面提供了一种氢气泄漏定位方法，该定位方法包括以下步骤：

在步骤S100中，利用位于待检测目标的上方的氢气传感器组监测待检测目标，氢气传感器组包括至少四个位于同一平面且不完全位于同一直线上的氢气传感器；

在步骤S200中，在检测到氢气泄漏的情况下根据氢气传感器组获得到的第一信息判断泄漏点的水平坐标信息；

在步骤S300中，根据水平坐标信息将一个能够检测氢气的纵向传感器移动至泄漏点的正上方；

在步骤S400中，控制纵向传感器沿竖直方向移动且在不同的水平高度上获取第二信息；

在步骤S500中，根据第二信息判断泄漏点的竖直坐标信息。

其中，纵向传感器为氢气传感器组中的一个氢气传感器，容易理解的是，在可选的实施方式中，也可以将纵向传感器与氢气传感器组分开设置。

在步骤S200中所述的第一信息包括：氢气传感器组中按照检测到氢气的时间顺序依次排布的四个选定的氢气传感器的相对位置信息；以及，四个选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息；其中，四个选定的氢气传感器不完全位于同一直线上。

在步骤S200中该定位方法通过以下方式根据氢气传感器组获得到的第一信息判断泄漏点的水平坐标信息：

按照检测到氢气的时间顺序将四个选定的氢气传感器依次记为第一氢气传感器、第二氢气传感器、第三氢气传感器和第四氢气传感器，并且将四个选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息依次记录为T_n、T_n+1、T_n+2和T_n+3；

以第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线作为X轴，以第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的两条双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第一双曲线；

以第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线作为X轴，以第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第二双曲线；

以第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线作为X轴，以第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第三双曲线；

其中，V为泄漏氢气沿检测空间顶层扩散的速度，L₁为第一氢气传感器与第二氢气传感器之间的距离，L₂为第一氢气传感器与第三氢气传感器之间的距离，L₃为第一氢气传感器与第四氢气传感器之间的距离，，/>，/>，/>，，/>；/>

改变V的数值使得第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线相交于一点，判定该点的坐标信息为泄漏点的水平坐标信息。

在步骤S400中所述的第二信息包括：由位于泄漏点的正上方的纵向传感器在p个不同的水平高度上采集到的相应的泄漏氢气的浓度信息；以及，位于泄漏点的正上方的纵向传感器在采集到浓度信息时所处的高度位置信息/>；其中，p≥3。

在步骤S500中根据以下方式计算得到泄漏点的竖直坐标信息：

当p=3时，检测单元根据氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点的竖直坐标信息：

当p≥4时，检测单元根据氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点在水平方向上的水平坐标信息：

其中，Z为泄漏点的竖直坐标信息。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本申请包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本申请的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (18)

1.一种氢气泄漏定位系统，其特征在于，包括：

氢气传感器组，其包括至少四个位于同一平面且不完全位于同一直线上的氢气传感器，所述氢气传感器组位于待检测目标的上方；

移动定位装置，其设置于待检测目标所在的区域内，所述移动定位装置上设置有位于待检测目标的上方的纵向传感器；以及，

检测单元，其用于根据所述氢气传感器组获取的第一信息计算泄漏点的水平坐标信息，并且根据所述纵向传感器获取的第二信息计算泄漏点的竖直坐标信息；

其中，所述移动定位装置用于根据所述水平坐标信息带动纵向传感器水平移动并使得纵向传感器位于泄漏点的正上方，所述移动定位装置还用于带动纵向传感器竖直移动以获取所述第二信息。

2.如权利要求1所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述纵向传感器为所述氢气传感器组中的一个氢气传感器，所述氢气传感器组安装于移动定位装置上。

3.如权利要求1或2所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述氢气传感器组呈矩形阵列布置或呈圆形阵列布置。

4.如权利要求3所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述氢气传感器组包括m个氢气传感器，m个所述氢气传感器呈一个圆形阵列布置，并且m个所述氢气传感器包括一个布置于中心的中心传感器以及（m-1）个环绕所述中心传感器均匀布置的环绕传感器。

5.如权利要求4所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述环绕传感器多圈布置。

6.如权利要求1或2所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述第一信息包括：

所述氢气传感器组中按照检测到氢气的时间顺序依次排布的四个选定的氢气传感器的相对位置信息；以及，

四个所述选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息；

其中，四个所述选定的氢气传感器不完全位于同一直线上。

7.如权利要求6所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述检测单元内存储有每个氢气传感器的编号以及相对位置信息，所述检测单元根据所述氢气传感器组获取的第一信息通过以下步骤计算泄漏点的水平坐标信息：

按照检测到氢气的时间顺序将四个所述选定的氢气传感器依次记为第一氢气传感器、第二氢气传感器、第三氢气传感器和第四氢气传感器，并且将四个所述选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息依次记录为T_n、T_n+1、T_n+2和T_n+3；

以所述第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的两条双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第一双曲线；

以所述第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第二双曲线；

以所述第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第三双曲线；

其中，V为泄漏氢气沿所述检测空间顶层扩散的速度，L₁为所述第一氢气传感器与第二氢气传感器之间的距离，L₂为所述第一氢气传感器与第三氢气传感器之间的距离，L₃为所述第一氢气传感器与第四氢气传感器之间的距离，，/>，/>，，/>，/>；

改变V的数值使得第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线相交于一点，判定该点的坐标信息为泄漏点的水平坐标信息。

8.如权利要求1或2所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述第二信息包括：

由位于泄漏点的正上方的所述纵向传感器在p个不同的水平高度上采集到的相应的泄漏氢气的浓度信息；以及，

位于泄漏点的正上方的所述纵向传感器在采集到所述浓度信息时所处的高度位置信息；

其中，p≥3。

9.如权利要求8所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，当p=3时，所述检测单元根据所述氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点的竖直坐标信息：

当p≥4时，所述检测单元根据所述氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点在水平方向上的水平坐标信息：

其中，Z为泄漏点的竖直坐标信息。

10.如权利要求1或2所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述移动定位装置包括：

支撑架，其包括沿竖直方向布置的立柱以及设置于所述立柱上且沿水平方向布置的横梁；

第一水平驱动机构，其与所述支撑架连接且用于驱动支撑架沿第一水平方向移动；以及，

竖直驱动机构，其与所述横梁连接且用于驱动横梁沿所述立柱移动；

其中，所述纵向传感器布置于所述横梁的下方。

11.如权利要求10所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述移动定位装置还包括第二水平驱动机构以及活动设置于所述横梁上的安装板，所述纵向传感器布置于所述安装板的下表面；

所述第二水平驱动机构与所述安装板连接且用于驱动安装板沿第二水平方向移动，所述第二水平方向与第一水平方向相交。

12.如权利要求11所述的氢气泄漏定位系统，其特征在于，所述氢气泄漏定位系统还包括控制单元，所述控制单元与第一水平驱动单元连接并用于根据所述水平坐标信息带动支撑架沿第一水平方向移动；

所述控制单元与第二水平驱动单元连接并用于根据所述水平坐标信息带动安装板沿第二水平方向移动；

所述控制单元与竖直驱动单元连接并用于带动横梁沿竖直方向移动。

13.一种氢气泄漏定位方法，其特征在于，包括：

利用位于待检测目标的上方的氢气传感器组监测待检测目标，所述氢气传感器组包括至少四个位于同一平面且不完全位于同一直线上的氢气传感器；

在检测到氢气泄漏的情况下根据所述氢气传感器组获得到的第一信息判断泄漏点的水平坐标信息；

根据所述水平坐标信息将一个能够检测氢气的纵向传感器移动至泄漏点的正上方；

控制所述纵向传感器沿竖直方向移动且在不同的水平高度上获取第二信息；

根据所述第二信息判断泄漏点的竖直坐标信息。

14.如权利要求13所述的氢气泄漏定位方法，其特征在于，所述纵向传感器为氢气传感器组中的一个氢气传感器。

15.如权利要求13或14所述的氢气泄漏定位方法，其特征在于，所述第一信息包括：

所述氢气传感器组中按照检测到氢气的时间顺序依次排布的四个选定的氢气传感器的相对位置信息；以及，

四个所述选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息；

其中，四个所述选定的氢气传感器不完全位于同一直线上。

16.如权利要求15所述的氢气泄漏定位方法，其特征在于，按照检测到氢气的时间顺序将四个所述选定的氢气传感器依次记为第一氢气传感器、第二氢气传感器、第三氢气传感器和第四氢气传感器，并且将四个所述选定的氢气传感器检测到氢气的时间信息依次记录为T_n、T_n+1、T_n+2和T_n+3；

以所述第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的两条双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第一双曲线；

以所述第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第二双曲线；

以所述第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线作为X轴，以所述第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为/>、方程为/>的双曲线，两条双曲线中靠近所述第一氢气传感器的记为第三双曲线；

其中，V为泄漏氢气沿所述检测空间顶层扩散的速度，L₁为所述第一氢气传感器与第二氢气传感器之间的距离，L₂为所述第一氢气传感器与第三氢气传感器之间的距离，L₃为所述第一氢气传感器与第四氢气传感器之间的距离，，/>，/>，，/>，/>；

改变V的数值使得第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线相交于一点，判定该点的坐标信息为泄漏点的水平坐标信息。

17.如权利要求13或14所述的氢气泄漏定位方法，其特征在于，所述第二信息包括：

由位于泄漏点的正上方的所述纵向传感器在p个不同的水平高度上采集到的相应的泄漏氢气的浓度信息；以及，

位于泄漏点的正上方的所述纵向传感器在采集到所述浓度信息时所处的高度位置信息；

其中，p≥3。

18.如权利要求17所述的氢气泄漏定位方法，其特征在于，当p=3时，所述检测单元根据所述氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点的竖直坐标信息：

当p≥4时，所述检测单元根据所述氢气传感器获取的第二信息通过以下关系式计算泄漏点在水平方向上的水平坐标信息：

其中，Z为泄漏点的竖直坐标信息。