一种气体泄漏检测系统及方法技术方案

本申请公开一种气体泄漏检测系统及方法。该气体泄漏检测系统包括，信号采集光学系统、信号处理模组和报警器；信号采集光学系统采集通过检测区域气体光的高信噪比成像和衍射特征，信号处理模组对收集的信号实时分析和判定，通过与无泄漏时的特征相比较将判定结果传送给报警器，一旦检测到气体泄漏，立即触发报警系统。本发明专利技术具有检测范围大、精度高、响应快的特点，能显著提高检漏效率，极大降低氢气泄漏可能造成的危害性。漏可能造成的危害性。漏可能造成的危害性。

【技术实现步骤摘要】
一种气体泄漏检测系统及方法


[0001]本申请涉及气体泄漏检测领域，尤其涉及一种氢气泄漏检测系统及方法。

技术介绍

[0002]在能源转型的背景下，发展氢能已成为发达经济体的共识。氢能作为21世纪最具发展前景的二次能源，具有来源丰富、热效率高和燃烧清洁等特点，可替代煤、石油和天然气等化石燃料。
[0003]光电制氢由于可产生绿氢(使用可再生能源制氢，且过程中完全没有碳排放而生成的氢气)，一直以来受到人们的重视。然而氢气具有粘度低和易气化等特点，一旦从储氢罐或输氢管道泄露，会快速与空气混合形成易燃易爆的蒸气云团。氢气在空气中的爆炸(体积分数为4％～75％)和爆轰极限(体积分数为 18.3％～59％)较广，且爆轰速度极高(1480m/s～2150m/s)。因此，蒸气云团一旦遇上点火源产生爆燃或爆轰，会给光电制氢设备造成严重破坏，带来较大的经济损失和人员伤亡。氢气泄漏经常发生在输氢管道的阀门及法兰等连接处。因此，快速准确地对光电制氢过程中输氢管道进行检漏，并及时采取相应的消防措施，对光电制氢系统的安全平稳运行有重要的意义。
[0004]传统气体泄露检测方法如使用气体传感器检漏具有检测范围小、精度低的缺点。

技术实现思路

[0005]为解决上述气体检漏存在的检测范围小，灵敏度不高的问题，本专利技术提出如下的技术方案：
[0006]一种气体泄漏检测系统，包括：
[0007]信号采集光学系统、信号处理模组和报警器；
[0008]所述信号采集光学系统包括：光源、分光元件、4f傅里叶系统、频谱处理器及色散元件；所述频谱处理器设置于4f傅里叶系统中的频谱面，所述光源发出的光经过所述分光元件后分为两路，一路通过4f傅里叶系统后将其含有检测区域气体高信噪比成像信息传输至信号处理模组；另一路通过色散元件后将其含有检测区域气体光的衍射信息传输至信号处理模组；
[0009]所述信号处理模组对收集的高信噪比成像和衍射特征实时分析并判定；并将判定结果传送其连接的所述报警器。
[0010]所示的频谱处理器是一种滤波器，用于输出频谱信息，滤掉高频信息，保留信噪比强的低频信息；第一傅里叶透镜的像方焦平面是整个系统的频谱面或者称为变换平面。用相干平行光入射到放置于第一傅里叶透镜的物方焦平面的物体上，在频谱面上会出现物体频谱，在第二傅里叶透镜的像方焦平面成像。4f 傅里叶系统的变换过程实现了对光信息进行频谱分析和在频域进行处理。在频谱面加入滤波器可以阻止某些频率的信息通过，或使某些频率引入一定的位相变化，能够按照需要提取某些信息，改造像的结构，获得需要的输出图像。克服了传统气体泄露检测方法如使用气体传感器检漏具有检测范围小、精度低的
缺点。
[0011]优选的，该分光元件包括：半透半反元件及分光棱镜。
[0012]优选的，该色散元件包括：光栅及棱镜。
[0013]优选的，该光源为点光源，其发出的光强低于待检测气体的点火能，且所述点光源发出的光经准直扩束后入射至分光元件。
[0014]优选的，该待检测气体包括：氢气、天然气。
[0015]优选的，该4f傅里叶系统包括：第一傅里叶透镜及第二傅里叶透镜，其中，第一傅里叶透镜的像方焦点设置于第二傅里叶透镜的物方焦点处，且两透镜同轴放置。
[0016]本申请实施例提供一种气体泄漏检测方法，其基于上述的气体泄漏检测系统，所述气体泄漏检测方法包括：
[0017]S1、将检测系统移至待检测气源附近，即被测气源位于两条光路重叠区域，以保证通过检测区域气体的光信号被采集到；
[0018]S2、点亮点光源并收集高信噪比成像和衍射特征，并将收集的信息传输至信号处理模组；
[0019]S3、信号处理模组处理接收的信息并判断是否发生气体泄漏。
[0020]优选的，该步骤S3之后还包括：
[0021]判断发生气体泄漏时，将判定结果输出至报警装置，报警装置接收并响应该异常信息并产生报警信号。
[0022]优选的，该气体泄露漏检测方法，其特征在于：
[0023]若气体泄漏会改变检测区域气体的折射率，进而影响所述步骤S2中收集的高信噪比成像和衍射图案，通过信号处理模组对收集的高信噪比成像和衍射特征实时分析和判定从而获得气体泄漏信息。
[0024]优选的，该气体泄漏信息包括：气体是否泄漏和泄漏气体浓度。
[0025]有益效果
[0026]本申请实施方式的氢气泄漏检测系统，采用光学系统进行气体检漏，具体的包括4f光学系统，4f光学系统由一对焦距相等的同轴共焦放置的傅里叶透镜构成，第一傅里叶透镜的前焦面为物平面；第一傅里叶透镜的后焦面(或第二傅里叶透镜的前焦面)是整个系统的频谱面或者称为变换平面。用相干平行光入射到放置于物平面的物体上，在频谱面上会出现频谱，而在像平面(第二傅里叶透镜的后焦面)成像。对频谱进行调制可提高成像的信噪比，从而提取有效特征。可以大面积，宽范围地对光电制氢过程的输运管道进行检漏，提高了检漏效率。该系统基于两条光路对输氢管道进行检漏采样，提高了检测系统的可靠性，大大降低了误报率；实现了对输氢管道实时检测与迅速响应，极大降低了氢气泄漏可能造成的危害性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
[0028]图1是本申请实施例的光电制氢过程氢气检漏示意图；
[0029]图2是本申请实施例的输氢管道泄漏光学检测系统图；
[0030]图3是本申请实施例的输氢管道泄漏光学检测方法流程使用图。
具体实施方式
[0031]以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0032]本申请公开一种气体泄漏检测系统，可用于检测氢气、天然气等气体。包括信号采集光学系统、信号处理模组和报警器；信号采集光学系统采集通过检测区域气体光的高信噪比成像和衍射特征，信号处理模组对收集的信号实时分析和判定，通过与无泄漏时的特征相比较将判定结果传送给报警器，一旦检测到气体泄漏，立即触发报警系统。信号采集光学系统也称信号采集模块，其工作时，点光源发出的光经过傅里叶透镜和光栅后分为两路，一路经过被测气体的输气管(如输氢管道)、傅里叶透镜、频谱处理器和傅里叶透镜后由接收屏采集高信噪比成像特征；另一路经过被测气体的输气管(如输氢管道)和光栅后由接收屏采集衍射特征。信号处理模块：接收采样反馈的信号并基于微控制单元对采集的高信噪比成像和衍射特征进行分析和判定。一旦判定泄漏(如，判定输氢管道有氢气泄漏)，立即通过报警模块发出报警信号。该检测系统的检漏方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体泄漏检测系统，其特征在于，包括：信号采集光学系统、信号处理模组和报警器；所述信号采集光学系统包括：光源、分光元件、4f傅里叶系统、频谱处理器及色散元件；所述频谱处理器设置于4f傅里叶系统中的频谱面，所述光源发出的光经过所述分光元件后分为两路，一路通过4f傅里叶系统后将其含有检测区域气体高信噪比成像信息传输至信号处理模组；另一路通过色散元件后将其含有检测区域气体光的衍射信息传输至信号处理模组；所述信号处理模组对收集的高信噪比成像和衍射特征实时分析并判定，并将判定结果传送其连接的所述报警器。2.根据权利要求1所述的气体泄漏检测系统，其特征在于，所述分光元件包括：半透半反元件及分光棱镜。3.根据权利要求1所述的气体泄漏检测系统，其特征在于，所述色散元件包括：光栅及棱镜。4.根据权利要求1所述的气体泄漏检测系统，其特征在于，所述光源为点光源，其发出的光强低于待检测气体的点火能，且所述点光源发出的光经准直扩束后入射至分光元件。5.根据权利要求4所述的气体泄漏检测系统，其特征在于，待检测气体包括：氢气、天然气。6.根据权利要求1所述的气体泄漏检测系统，其特征在于，所述4f傅里叶系统包括：第一傅里叶透...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威，王港，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：