一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置涉及信息【技術領域】的光電氣體檢測技術，本發明由紅外熱成像模塊，激光氣體濃度檢測模塊，圖像顯示模塊，按鍵電路板，電源模塊，報警模塊，激光反射板以及中央數據存儲組成，同時提供一種利用上述系統實現的現場泄漏點濃度和熱成像的數據采集方法。本發明能夠獲得現場的監測濃度及泄漏點的熱成像，實現同步現場環境天然氣濃度、熱成像的數據采集。
【專利說明】一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及信息【技術領域】，尤其是光電技術的激光氣體檢測技術。
【背景技術】
[0002] LNG是液化天然氣（liquefied natural gas)的英語縮寫，主要成分是液化天然氣， 其體積與氣體天然氣的體積比約是1 :600,但重量僅為同體積水的45%左右，因此被廣泛應 用于城市管網、碼頭長運輸(將LNG存儲在超大型LNG儲氣罐中，通過海運進行運輸）等，同 時很多天然氣化工廠有專門生產LNG的生產間。
[0003] 近年來紅外氣體檢測技術已經可以應用在天然氣運輸、中轉及加工過程中，用來 檢測天然氣氣體的泄漏情況。國內外目前對于原油、成品油與城市地下水等液體輸送的遠 程泄漏檢測方法已相對成熟，天然氣泄漏的離線探測技術應用較多。目前國際上已經采用 一種利用激光吸收光譜在線遙測天然氣泄漏與定位。目前泄漏檢測技術主要包括電纜光 纖泄漏檢測法、聲波檢漏法、基于模型泄漏檢測法、壓力梯度法、質量流量平衡法、負壓波方 法、天然氣的內部漏磁檢測等方法。由于天然氣易燃易爆的特點，快速有效地檢測天然氣是 否存在泄漏對于天然氣的開發及生產有著重要的意義，雖然現有技術中存在著很多天然氣 檢測裝置，而且也被廣泛應用于天然氣和煤礦環境中，但這些檢測裝置無法滿足LNG各種 應用的檢測，下面以LNG管道系統為例進行說明。
[0004] LNG管道是液化天然氣接收站的重要設施。目前全容式LNG管道全部采用熱電偶、 天然氣探測儀、火焰離子探測器等監測管道的LNG泄漏情況。其【具體實施方式】為：在全容 式LNG管道的管壁和管底安裝多個熱電偶，根據熱電偶所測溫度來判斷是否有泄漏發生； 同時，在LNG管道管頂及外壁安裝有天然氣探測儀和火焰離子探測器，用于監測LNG泄漏之 后氣化生成的天然氣以及天然氣燃燒所產生的火焰離子。目前的這種方法存在溫度監測點 過少、檢測精度較低、無法及時發現少量LNG泄漏的問題，且很難確定泄漏點的準確位置， 最重要的，由于熱電偶等監測設備監測時均為帶電監測，在天然氣泄漏時有燃燒、爆炸的可 能性，存在安全隱患。倘若因此發生燃燒或爆炸，那將是極其重大的安全事故，對社會安定 以及人類進步也會造成巨大的影響。另外，上述方式無法在LNG泄漏的最初階段進行報警， 極易造成嚴重的次生災害。因此用熱電偶、天然氣探測儀和火焰離子探測器監測LNG管道 泄漏的技術安全保障性較差，無法有效降低LNG管道泄漏帶來的環境污染和安全風險。
[0005] 公知上述的LNG或天然氣其他大型應用場所，均出現上述安全類問題。因此，現有 感知傳感器無法準確發現泄漏點，平日肉眼看不到隱患問題，有爆炸可能性。人員到現場檢 測氣體泄漏，一旦氣體泄漏人員無法及時撤離，給天然氣安全生產帶來極大危害。倘若因此 發生燃燒或爆炸，那將是極其重大的安全事故，對社會安定以及人類進步也會造成巨大的 影響。如何避免在天然氣檢測時不可見（肉眼看不見泄漏點)，能夠安全、高效直接判斷大型 應用場所中天然氣的泄漏范圍，已經成為亟需解決的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是克服現有技術上的不足，解決上述遇到的問題，提供一種紅外熱 成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置，能夠實現現場泄漏點可見，不會產生由于平日肉 眼看不到的問題導致的爆炸等危險，最大限度的減少了安全隱患節點，現場顯示熱成像，檢 測濃度模塊發現問題立即報警，同時能夠快速實現對天然氣泄漏點的判斷，并顯示于圖像 顯示模塊，適應天然氣管道、天然氣儲蓄罐等天然氣生產現場的要求。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明提供一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及 裝置，包括：紅外熱成像模塊，激光氣體濃度檢測模塊，圖像顯示模塊，按鍵電路板，電源模 塊，報警模塊，激光反射板以及中央數據存儲；其中，激光反射板安裝在可能發生天然氣泄 漏的重點檢查區域上；紅外熱成像模塊由探測器，光學系統，測溫模塊和信號處理模塊組 成；激光氣體濃度檢測模塊由濃度激光器，濃度光接收器，數字模塊和主電路板組成； 激光氣體濃度檢測模塊由濃度激光器輸出激光信號通過激光反射板反射光信號；濃度 光接收器接收激光反射板反射的激光信號；數字模塊處理濃度光接收器接收的激光信號； 主電路板根據數字模塊輸出的信號確定檢測點濃度； 紅外熱成像模塊由探測器輸出光信號探測目標物體的紅外輻射；光學系統接收目標物 體的紅外輻射并轉換成電信號；測溫模塊處理轉換的溫度分布信號；信號處理模塊將處理 的溫度分布信號轉換成視頻信號； 圖像顯示模塊顯示現場檢測濃度及熱成像； 按鍵電路板控制整系統裝置的功能實現； 電源模塊給紅外熱成像模塊和激光檢測濃度模塊及其他本發明所包括的裝置供電； 報警模塊接收紅外熱成像模塊和激光檢測濃度模塊的報警信號并生成警告音； 中央數據存儲保存濃度和熱成像的檢測數據； 一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置的實施步驟為： ① 濃度激光器輸出激光信號，將所述激光信號對準反射板； ② 濃度激光器發射所述激發激光光束，其中，所述激發激光光束的光路經過可能發生 天然氣泄漏的重點檢查區域上的激光反射板； ③ 激光反射板反射經過天然氣檢測區的激光光束； ④ 濃度光接收器接收經過天然氣檢測區的反射激光光束，得到目標激光信號； ⑤ 數字模塊轉換目標激光信號得到電信號并數字化； ⑥ 主電路板分析所述目標激光信號的光譜，根據目標激光信號的光譜變化判定天然氣 檢測區是否有天然氣泄漏，并在判定有天然氣泄漏的情況下，由報警模塊發出濃度報警信 號； ⑦ 同一時間探測器輸出探測光信號，探測目標物體的紅外輻射； ⑧ 光學系統得到的光信號轉換成電信號； ⑨ 測溫模塊處理電信號；信號處理模塊根據溫度分布信號得出目標圖像視頻信號，由 圖像顯示模塊顯示目標熱成像及天然氣泄漏濃度值； ⑩ 中央數據存儲記錄濃度檢測數據值和目標圖像視頻信號數據值。
[0008] 有益效果 區別于【背景技術】，本發明提供一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置，設 置了檢測濃度模塊和熱成像模塊，LNG的監測通過表面溫度可以為我們提供有關管道系統 及電氣系統的許多信息，在透過紅外鏡頭觀察時，平日肉眼看不到的問題會突現眼前。使用 紅外熱像儀，可以檢測到天然氣泄漏、LNG管道、管壁后面的結構特征以及過熱的電氣線路 等，并對數據進行可視化記錄歸檔。通過用這種工具對表面進行掃描，您可以快速發現通常 代表潛在問題的溫度變化，并以詳細的圖形報告的形式對數據進行記錄。快速準確地實現 天然氣泄漏的位置探測，完全符合LNG應用中檢測的需求，本發明主要通過探測激光器傳 輸光信號，激光信號能被泄漏的天然氣遮擋隔斷，衰減激光信號或是反射不到激光信號，導 致接收到衰減激光信號或是無激光信號的原理，確定天然氣泄漏的范圍，因泄漏點處泄露 出的液化氣溫度低于環境溫度，利用紅外熱成像原理，紅外熱成像系統通過接收物體發射 的紅外輻射，形成物體表面的熱分布圖像，并進行非接觸的溫度測量，通過觀察成像上溫度 低處與周圍環境中的顏色變化，判斷泄露點，紅外熱成像可以一次測試物體表面數萬個點 的溫度，并可以利用生成的熱分布圖像，進行溫度閥值和熱圖像特征的報警，同時準確測量 天然氣氣體濃度及泄露點。快速準確地實現天然氣泄漏的探測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是本發明的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 本發明提供一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置，包括：紅外熱成 像模塊1，激光氣體濃度檢測模塊6,圖像顯示模塊11，按鍵電路板12,電源模塊13,報警模 塊14,激光反射板16以及中央數據存儲15 ;其中，激光反射板16安裝在可能發生天然氣泄 漏的重點檢查區域上；紅外熱成像模塊1由探測器2,光學系統3,測溫模塊4和信號處理模 塊5組成；激光氣體濃度檢測模塊6由濃度激光器7,濃度光接收器8,數字模塊9和主電路 板10組成； 激光氣體濃度檢測模塊6由濃度激光器7輸出激光信號通過激光反射板16反射光信 號；濃度光接收器8接收激光反射板16反射的激光信號；數字模塊9處理濃度光接收器8 接收的激光信號；主電路板10根據數字模塊9輸出的信號確定檢測點濃度； 紅外熱成像模塊1由探測器2輸出光信號探測目標物體的紅外輻射；光學系統3接收 目標物體的紅外輻射并轉換成電信號；測溫模塊4處理轉換的溫度分布信號；信號處理模 塊5將處理的溫度分布信號轉換成視頻信號； 圖像顯示模塊11顯示現場檢測濃度及熱成像； 按鍵電路板12控制整系統裝置的功能實現； 電源模塊13給紅外熱成像模塊1和激光檢測濃度模塊6及其他本發明所包括的裝置 供電； 報警模塊14接收紅外熱成像模塊1和激光檢測濃度模塊6的報警信號并生成警告音； 中央數據存儲15保存濃度和熱成像的檢測數據。
[0011] 請參閱圖2,本實施方式提供一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測方法及裝置， 該方法起始于步驟S401，激發濃度激光信號，將所述激光信號對準反射板。
[0012] 步驟S402,反射經過天然氣檢測區的激光光束。
[0013] 步驟S403,接收經過天然氣檢測區的反射激光光束，得到目標激光信號。
[0014] 步驟S404,分析所述目標激光信號的光譜，根據目標激光信號的光譜變化判定天 然氣檢測區是否有天然氣泄漏，并在判定有天然氣泄漏的情況下，由報警模塊發出濃度報 警信號。
[0015] 步驟S405,同一時間輸出探測光信號，探測目標物體的紅外輻射，得到的光信號轉 換成電信號，處理電信號根據溫度分布信號得出目標圖像視頻信號，由圖像顯示模塊顯示 目標熱成像及天然氣泄漏濃度值。
[0016] 步驟S406,在中央數據存儲中拷出濃度檢測數據值和目標圖像視頻信號數據值。
[0017] 在本實施方式中，激光天然氣濃度檢測模塊探測泄漏區域，濃度超標時發出報警 信號，同一時間紅外熱成像模塊獲取目標熱成像，應用熱成像和天然氣濃度檢測技術，可以 做到快速、準確確定泄漏區域濃度，分析觀察現場圖像視頻確定泄漏點位置。完全符合LNG 作業區應用中檢測的需求，能夠解決【背景技術】中提到的問題。本領域技術人員應該理解的 是，其他類似的大型場所的天然氣檢測均可應用本發明的技術方案，還可以廣泛的應用在 廠礦企業、大型油田油庫等需要重點加強監控、防范等所有室內外環境。當然對于其他需要 監測的氣體如C0, S02等，也可根據本發明的思想進行變換，屬于本發明的保護范圍。
[0018] 以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發 明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技 術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測裝置，包括：紅外熱成像模塊，激光氣體濃 度檢測模塊，圖像顯示模塊，按鍵電路板，電源模塊，報警模塊，激光反射板以及中央數據存 儲；其中，激光反射板安裝在可能發生天然氣泄漏的重點檢查區域上；紅外熱成像模塊由 探測器，光學系統，測溫模塊和信號處理模塊組成；激光氣體濃度檢測模塊由濃度激光器， 濃度光接收器，數字模塊和主電路板組成； 激光氣體濃度檢測模塊由濃度激光器輸出激光信號通過激光反射板反射光信號；濃度 光接收器接收激光反射板反射的激光信號；數字模塊處理濃度光接收器接收的激光信號； 主電路板根據數字模塊輸出的信號確定檢測點濃度； 紅外熱成像模塊由探測器輸出光信號探測目標物體的紅外輻射；光學系統接收目標物 體的紅外輻射并轉換成電信號；測溫模塊處理轉換的溫度分布信號；信號處理模塊將處理 的溫度分布信號轉換成視頻信號； 圖像顯示模塊顯示現場檢測濃度及熱成像； 按鍵電路板控制整系統裝置的功能實現； 電源模塊給紅外熱成像模塊和激光檢測濃度模塊及其他本發明所包括的裝置供電； 報警模塊接收紅外熱成像模塊和激光檢測濃度模塊的報警信號并生成警告音； 中央數據存儲保存濃度和熱成像的檢測數據； 一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測裝置的實施步驟為： ① 濃度激光器輸出激光信號，將所述激光信號對準反射板； ② 濃度激光器發射所述激發激光光束，其中，所述激發激光光束的光路經過可能發生 天然氣泄漏的重點檢查區域上的激光反射板； ③ 激光反射板反射經過天然氣檢測區的激光光束； ④ 濃度光接收器接收經過天然氣檢測區的反射激光光束，得到目標激光信號； ⑤ 數字模塊轉換目標激光信號得到電信號并數字化； ⑥ 主電路板分析所述目標激光信號的光譜，根據目標激光信號的光譜變化判定天然氣 檢測區是否有天然氣泄漏，并在判定有天然氣泄漏的情況下，由報警模塊發出濃度報警信 號； ⑦ 同一時間探測器輸出探測光信號，探測目標物體的紅外輻射； ⑧ 光學系統得到的光信號轉換成電信號； ⑨ 測溫模塊處理電信號；信號處理模塊根據溫度分布信號得出目標圖像視頻信號，由 圖像顯示模塊顯示目標熱成像及天然氣泄漏濃度值； ⑩ 中央數據存儲記錄濃度檢測數據值和目標圖像視頻信號數據值。
2. 根據權利要求1所述的一種紅外熱成像式激光天然氣泄漏檢測裝置的特征在于，設 置了激光氣體濃度檢測模塊和紅外熱成像模塊，可以檢測到天然氣泄漏、LNG管道、管壁后 面的結構特征以及過熱的電氣線路，并對數據進行可視化記錄歸檔；通過用這種工具對表 面進行掃描，您可以快速發現通常代表潛在問題的溫度變化，并以詳細的圖形報告的形式 對數據進行記錄，快速準確地實現天然氣泄漏的位置探測，完全符合LNG應用中檢測的需 求，本發明主要通過探測激光器傳輸光信號，激光信號能被泄漏的天然氣遮擋隔斷，衰減激 光信號或是反射不到激光信號，導致接收到衰減激光信號或是無激光信號的原理，確定天 然氣泄漏的范圍，因泄漏點處泄露出的液化氣溫度低于環境溫度，利用紅外熱成像原理，紅 外熱成像系統通過接收物體發射的紅外輻射，形成物體表面的熱分布圖像，并進行非接觸 的溫度測量，通過觀察成像上溫度低處與周圍環境中的顏色變化，判斷泄露點，紅外熱成像 可以一次測試物體表面數萬個點的溫度，并可以利用生成的熱分布圖像，進行溫度閥值和 熱圖像特征的報警，同時準確測量天然氣氣體濃度及泄露點。
【文檔編號】G01N21/25GK104122054SQ201410359050
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月27日 優先權日:2014年7月27日
【發明者】張揚, 黃天順, 李鳳捷, 婁銳, 胡馨月, 石雯 申請人:北京航星網訊技術股份有限公司
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