【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及火焰检测，具体涉及一种基于uv光谱分析的氢气火焰检测系统和方法。
技术介绍
1、氢气在能源低碳转换中具有巨大潜力，采用清洁的绿色氢气可以降低工业过程的碳足迹、推动可再生能源的利用、提高能源系统的灵活性，并在多个领域推动可持续发展。然而，由于氢气特殊的性物理化学性质，大规模的工业应用仍要克服一些技术困难，特别要注意氢在储运过程中的安全问题。
2、首先由于氢气极低的分子重量，氢气扩散性较强，容易向储罐和输运管道材料内部扩散，导致晶格结构发生改变，产生腐蚀或氢脆等问题。因此在氢气储存和传输中，泄漏是一个需要特别关注的问题。其次，氢气是极易燃的气体，当氢气与空气中的氧气混合在适当浓度下遇到点火源时，可能会引发火灾和爆炸，氢气无色无味，泄漏时会威胁人员和设备的安全。
3、氢气燃烧具有一个致命的缺点，纯氢火焰的颜色通常是无色的，或者可以描述为非常淡的蓝色，由于其不可见，给泄漏检测器和监测系统带来巨大挑战；另外，氢气具有极强的化学反应特性，表现为可燃极限宽、最小点火能低、燃烧速度快，一旦泄露，即使在很小的浓度下也可能因为环境温度高或者存在微弱点火源而被引燃，如果在泄露和着火初期不能及时采取相应的安全措施，氢气火焰能够以高于天然气10倍的速度传播，引发严重的安全事故。
4、现有技术中，中国专利技术专利cn 103514430 b公开了一种检验火焰的方法和装置，该专利基于网格算法对该候选火焰区域进行实时光流计算，获取该候选火焰区域的像素点的光流矢量；根据该候选火焰区域的像素点的光流矢量在各个方向上
5、综上所述，氢气火焰的及时准确探测在防止火灾、保护工人和设备以及确保合规性方面具有关键作用，它们是工业和实验室环境中重要的安全设备，有助于确保氢气的安全和可持续使用。而目前现有技术中的火焰检测装置及方法无法实现对氢气火焰的有效检测。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于uv光谱分析的氢气火焰检测系统及方法，能够实现对氢气火焰的有效检测。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、在本专利技术的第一方面，提供了一种基于uv光谱分析的氢气火焰检测系统，包括：
4、光谱仪，用于在全波长范围内对氢气管道/储罐进行辐射强度的测定；
5、相机，用于拍摄全波长及308nm波长的二维火焰亮度照片；
6、所述光谱仪和相机均与计算机相连，通过计算机对光谱仪采集的信息进行处理，以进行氢气火焰的检测和定位，通过计算机对相机采集的图片信息进行处理得到氢气火焰的火势大小。
7、在本专利技术的一些实施方式中，所述光谱仪通过伸缩杆和转动杆固定于墙面高处，所述伸缩杆用于调整光谱仪与固定面的距离，伸缩杆与转动杆通过转动接头相连，所述转动接头和转动杆用于调整光谱仪的探头方向。
8、在本专利技术的一些实施方式中，所述相机包括全波长图片拍摄和镜头前加308nm滤波片拍摄，所述全波长图片拍摄用于计算图片分辨率，308nm滤波后拍摄用于捕捉oh*信号。
9、在本专利技术的一些实施方式中，所述光谱仪通过检测oh*信号、ch*信号和nh*以判断火焰燃料成份。
10、在本专利技术的一些实施方式中，所述oh*信号的检测波长范围为290-330nm，所述ch*信号的检测波长范围为410-450nm，所述nh*信号的检测波长范围为320-350nm。
11、在本专利技术的第二方面，提供了一种基于uv光谱分析的氢气火焰检测方法，包括以下步骤：
12、获取待检测区域内的光信号强度，当监测到308nm峰信号时，进入预警状态；
13、获取第一位置的火源方向和第二位置的火源方向，根据三维几何关系确定火源位置，开启警报，给出火焰位置信息；
14、获取oh*峰信号、ch*峰信号和nh*峰信号，判断火焰燃料成分；
15、获取火焰亮度图片，根据oh*轮廓计算火焰面积。
16、在本专利技术的一些实施方式中，获取第一位置的火源方向和第二位置的火源方向，根据三维几何关系确定火源位置，具体包括：
17、通过转动光谱仪的探头方向，对比探头不同角度时的光信号强度，记录光信号强度最大时的强度i1，记录此时探头法相方向θ1，即第一位置的火源方向；沿伸缩杆移动探头位置，探头位移记为在第二位置处转动光谱仪探头，再次锁定火源方向θ2，记录此时的光信号强度i2；根据三维几何关系计算在θ1方向上的投影，投影长度记为r；
18、根据以下公式求得第一位置与火源之间的距离r：
19、
20、在本专利技术的一些实施方式中，判断火焰燃料成分包括：
21、检测计算290-330nm波长范围内的oh*峰信号，利用信号处理方法进行去噪优化，利用多项式拟合分析基线，利用高斯方法计算oh*峰面积；同理，检测计算410-450nm波长范围内的ch*峰面积，以及检测计算320-350nm波长范围内的nh*峰面积。
22、在本专利技术的一些实施方式中，当oh*峰面积大于一定误差阈值，而ch*峰面积为零，则为纯氢火焰；当oh*峰面积与ch*峰面积同时不为零，则火焰为碳氢燃料火焰；当oh*峰与nh*峰同时不为零，则火焰为含n燃料火焰。
23、在本专利技术的一些实施方式中，获取火焰亮度图片，根据oh*轮廓计算火焰面积，包括：利用matlab或python后处理程序对二维火焰图片分析处理，将oh*灰度图进行二值化处理，获得oh*轮廓，并计算火焰面积，火焰面积的计算方法为：通过计算图片分辨率确定图片中每个像素网格占有的面积，对二值化的火焰图片统计像素网格数量，计算出该图片下的火焰面积，由于oh*信号相对较弱，通过对多张火焰图片的面积进行平均得出更为准确的火焰面积。
24、本专利技术一个或多个技术方案具有以下有益效果：
25、(1)本专利技术提供的基于uv光谱分析的氢气火焰检测系统及方法，基于氢气火焰辐射特性，能够实现以下功能：能够对氢气火焰检测和报警，能够对火焰发生位置进行定位，能够对纯氢火焰和含有碳或氮的燃料火焰(燃料成分)给出判断，能够计算火焰尺寸。此外，本专利技术的检测系统采用实时检测，并通过电脑控制实现联动，自动启用程序代码进行计算处理，能够对氢气火焰做出快而精确的响应。
26、(2)本专利技术通过光谱仪对308nm峰信号进行检测，能够实现对氢气火焰的检测和报警功能，解决了现有装置无法实现对氢气火焰检测的问题；本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于UV光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于UV光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，所述光谱仪通过伸缩杆和转动杆固定于墙面高处，所述伸缩杆用于调整光谱仪与固定面的距离，伸缩杆与转动杆通过转动接头相连，所述转动接头和转动杆用于调整光谱仪的探头方向。
3.如权利要求1所述的基于UV光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，所述相机包括全波长图片拍摄和镜头前加308nm滤波片拍摄，所述全波长图片拍摄用于计算图片分辨率，308nm滤波后拍摄用于捕捉OH*信号。
4.如权利要求1所述的基于UV光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，所述光谱仪通过检测OH*信号、CH*信号和NH*以判断火焰燃料成份。
5.如权利要求1所述的基于UV光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，所述OH*信号的检测波长范围为290-330nm，所述CH*信号的检测波长范围为410-450nm，所述NH*信号的检测波长范围为320-350nm。
6.一种基于UV光谱分析的氢气火焰检测方法，采用如权利要求1-5任
7.如权利要求6所述的基于UV光谱分析的氢气火焰检测方法，其特征在于，获取第一位置的火源方向和第二位置的火源方向，根据三维几何关系确定火源位置，具体包括：
8.如权利要求6所述的基于UV光谱分析的氢气火焰检测方法，其特征在于，判断火焰燃料成分包括：
9.如权利要求8所述的基于UV光谱分析的氢气火焰检测方法，其特征在于，当OH*峰面积大于一定误差阈值，而CH*峰面积为零，则为纯氢火焰；当OH*峰面积与CH*峰面积同时不为零，则火焰为碳氢燃料火焰；当OH*峰与NH*峰同时不为零，则火焰为含N燃料火焰。
10.如权利要求6所述的基于UV光谱分析的氢气火焰检测方法，其特征在于，获取火焰亮度图片，根据OH*轮廓计算火焰面积，包括：利用matlab或python后处理程序对二维火焰图片分析处理，将OH*灰度图进行二值化处理，获得OH*轮廓，并计算火焰面积，火焰面积的计算方法为：通过计算图片分辨率确定图片中每个像素网格占有的面积，对二值化的火焰图片统计像素网格数量，计算出该图片下的火焰面积，由于OH*信号相对较弱，通过对多张火焰图片的面积进行平均得出更为准确的火焰面积。
...【技术特征摘要】
1.一种基于uv光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于uv光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，所述光谱仪通过伸缩杆和转动杆固定于墙面高处，所述伸缩杆用于调整光谱仪与固定面的距离，伸缩杆与转动杆通过转动接头相连，所述转动接头和转动杆用于调整光谱仪的探头方向。
3.如权利要求1所述的基于uv光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，所述相机包括全波长图片拍摄和镜头前加308nm滤波片拍摄，所述全波长图片拍摄用于计算图片分辨率，308nm滤波后拍摄用于捕捉oh*信号。
4.如权利要求1所述的基于uv光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，所述光谱仪通过检测oh*信号、ch*信号和nh*以判断火焰燃料成份。
5.如权利要求1所述的基于uv光谱分析的氢气火焰检测系统，其特征在于，所述oh*信号的检测波长范围为290-330nm，所述ch*信号的检测波长范围为410-450nm，所述nh*信号的检测波长范围为320-350nm。
6.一种基于uv光谱分析的氢气火焰检测方法，采用如权利要求1-5任一项所述的检测系统来实现，其特征在于，包...
【专利技术属性】
技术研发人员：许焕焕，郑兵兵，朱子霖，王志强，任霄汉，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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