家用天然气泄漏自动检测防护系统及方法

本发明涉及家用天然气安全领域，具体为一种家用天然气泄漏自动检测防护系统及方法。

背景技术：

随着我国工业的发展，燃气已经成为人们生活中不可缺少的能源。天然气用户越来越多，无论是年轻人还是老人，都常常忘记关闭阀门，从而造成很大的安全隐患。现有的燃气系统安全设计主要有两个缺点：1)在采集燃气系统运行参数时采用间接的方法，通过测量空气中的燃气浓度来判断燃气是否泄漏，测量灵敏度差；2)大多都是固定在特定的燃气系统中，通用性差可移植性差。

经检索发现，现有技术已公开一些通过相对直接的燃气检测方式来防止天然气泄漏的相关文献，如公开号cn110307473a的中国专利于2019年10月8日公开了一种家用安全防漏的天然气流量调节装置，包括送气管道以及被所述送气管道贯穿的导气块，所述导气块内设有开口向右的输气腔，所述输气腔与所述送气管道通过连通管道，所述输气腔内设有流量调节机构，所述送气管道内还设有截断机构，所述输气腔下端壁内设有在不输送天然气时判断是否漏气的传动机构，所述连通管道左端壁内还设有控制装置运行的驱动机构。该专利申请可在关闭天然气输送时，自动判断是否漏气，在漏气时自动封堵送气管道，防止天然气泄露大增，从而引发危险，同时报警灯亮起，提示泄露，通过机械的传动使流量调节自动化且传动效率得到提高。又如，公开号cn204348035u的中国专利于2015年5月20日公开了一种家用天然气泄漏自动安全检测装置，控制电路包括电源模块、按键模块、主控模块、转换模块、显示模块和耦合模块，主控模块分别与转换模块、按键模块、耦合模块和显示模块相连，电源模块分别接主控模块、转换模块和耦合模块，转换模块分别与设置在天然气管道内的流量计和设置在天然气灶具火焰燃烧处的热电偶相连，耦合模块与设置在天然气管道上的电磁阀相连，该专利实现了家庭天然气灶具或者液化气灶具及管路燃气泄漏的检测及防护，但是控制电路包含模块较多，耗能较大，不利于实际应用。

目前，尚没有一种家用天然气检测系统，能够在无源的情况下自动检测天然气管道内气流变化，激发防护系统工作并判断是否异常，进而做到主动切断天然气。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种家用天然气泄漏自动检测防护系统及方法，能够在无源的情况下自动检测天然气管道内的气流变化，并激发防护系统工作，极大地提升天然气的使用安全性。

根据本发明说明书的一方面，提供一种家用天然气泄漏自动检测防护系统，包括双稳态气阀、低功耗控制部分和气流触发部分，所述双稳态气阀和气流触发部分分别与低功耗控制部分相连；所述气流触发部分包括设置于管道内的气体叶轮、永磁体和设置于管道外的感应线圈，所述永磁体设置在气体叶轮的叶片上，所述感应线圈设置在永磁体的磁场范围内；所述双稳态气阀的开合端位于管道内且位于气体叶轮的进气侧；所述低功耗控制部分设置于管道外。

上述技术方案中，双稳态气阀在平时处于打开状态，当用气时管内有气体流动，驱动气体叶轮转动，气体叶轮转动带动叶片上的永磁体转动，当永磁体转动至与感应线圈相对时，在感应线圈的两端产生一个微弱的电信号，该电信号经整流后送至低功耗控制部分的唤醒口，唤醒低功耗控制部分，低功耗控制部分被唤醒后用作气体流量计量，监测管道内的用气情况(气体叶轮每转一圈发一个脉冲)，同时对环境进行检测，并结合当前用气情况及环境信息判断是否用气正常，如果用气异常，则触发气阀动作关闭气体阀门，然后进入休眠状态直到再次被唤醒。

上述技术方案通过气体管道内气流带动永磁体转动的方式来使感应线圈产生电信号，进而通过该电信号唤醒低功耗控制部分并进行气体流量计量，以判断是否用气正常，实现了直接监测管道内气流变化，监测结果准确且耗能少，能有效的实现家用天然气泄漏的自动检测防护，适用于家庭使用，实用性强。

作为进一步的技术方案，所述感应线圈连接有整流电路，用于将感应线圈产生的交变电信号整流为直流脉冲信号；所述整流电路的输出端连接低功耗控制部分，用于将直流脉冲信号输入低功耗控制部分以唤醒低功耗控制功能。所述整流电路包括储能电容，用于储存能量以唤醒低功耗控制部分。该储能电容较小，仅需要集聚一定的能量以唤醒低功耗控制部分即可，低功耗控制部分被唤醒后，由电池进行供电。

作为进一步的技术方案，所述低功耗控制部分连接有红外传感器，所述低功耗控制部分与红外传感器分别与电池组件相连。所述红外传感器用于检测附近人物移动情况，如检测厨房内是否有人移动或者是否很长时间内没有人等，所述红外传感器的检测数据送入低功耗控制部分，用于辅助判断当前管道内的气体流量是否正常。

作为进一步的技术方案，所述永磁体设置于气体叶轮的任一叶片上，所述感应线圈位于永磁体的旋转平面内且与至少一个旋转位置的永磁体满足正对状态。所述永磁体的作用是在旋转时产生交变磁场，以使得与其相对的感应线圈能产生电信号；因此，感应线圈只要位于永磁体的磁场范围内且能够与其中至少一个旋转位置的永磁体满足正对状态即可，当永磁体旋转到该至少一个旋转位置时，永磁体与感应线圈处于正对状态，使得感应线圈产生微弱的电信号，而该电信号可经整流后唤醒低功耗控制部分进行气体流量监测。

作为进一步的技术方案，所述气体叶轮的叶片竖直布置，所述感应线圈位于气体叶轮的上方或下方。气体叶轮在管道内竖直布置，当管道内有气体流动时，气体叶轮在竖直平面上旋转，带动永磁体在竖直平面上旋转；感应线圈设置在气体叶轮的上方或下方且位于永磁体的旋转平面上，从而保证永磁体旋转时能够有至少一个旋转位置与感应线圈正对，即位于感应线圈的正上方或正下方。

作为进一步的技术方案，所述气体叶轮的叶片水平布置，所述感应线圈位于水平面上与气流方向垂直的位置。气体叶轮在管道内水平布置，当管道内有气体流动时，气体叶轮在水平平面上旋转，带动永磁体在水平平面上旋转；感应线圈设置在气体叶轮的侧面且位于永磁体的旋转平面上，从而保证永磁体旋转时能够有至少一个旋转位置与感应线圈正对。进一步来说，对于水平布置且沿左右方向延伸的管道，气体叶轮在管道内也水平布置，则感应线圈设置在气体叶轮的前方或后方并满至少一个旋转位置的永磁体与感应线圈正对。

根据本发明说明书的一方面，提供了一种家用天然气泄漏自动检测防护方法，包括：

当管道内有气体流动时，气体叶轮受气流驱动旋转，带动气体叶轮上的永磁体旋转，产生交变磁场，使感应线圈产生交变电信号，所述交变电信号经整流后唤醒低功耗控制部分；

所述低功耗控制部分进行气体流量计量，同时结合附近人物移动情况判断用气是否正常；

若不正常，则触发双稳态气阀动作关闭气体阀门。

上述技术方案中，双稳态气阀在平时处于打开状态，当用气时管内有气体流动，驱动气体叶轮转动，气体叶轮转动带动叶片上的永磁体转动，当永磁体转动至与感应线圈相对时，在感应线圈的两端产生一个微弱的电信号，该电信号经整流后送至低功耗控制部分的唤醒口，唤醒低功耗控制部分，低功耗控制部分被唤醒后用作气体流量计量，监测管道内的用气情况，同时对附近的人物移动情况进行检测，然后结合当前用气情况及附近人物移动情况判断是否用气正常，如果用气异常，则触发气阀动作关闭气体阀门。低功耗控制部分平时处于休眠状态，被唤醒后由电池供电进行用气监测和环境检测，并在判断用气异常时触发阀门动作关闭气体阀门，然后进入休眠状态直到再次被唤醒，该方法针对管道内的气流直接进行监测并在无异常情况时保持休眠状态，既满足了家用天然气泄漏自动检测防护的准确性和安全性需求，又具有低功耗和实用性强的优势，符合大众对家用安全设备的需求。

作为进一步的技术方案，所述方法进一步包括：当低功耗控制部分检测到管道内气体流量异常，或检测到附近没有人物移动超过预定时间，或检测到非正常时间有气体流动时，均主动触发双稳态气阀关闭气体阀门。低功耗控制部分具有流量计量功能，并接收红外传感器检测的人物移动数据，结合当前用气流量及目前区域内的人物移动数据，综合判断当前管道内的其他流量是否异常。或者，预先设置目标区域内人物移动时间的范围，当在预设时间内没有检测到人物移动时，即判定目标区域内当前没有人物正在用气，如果此时管道内有气体流动，则可判定为天然气泄漏，触发阀门自动关闭。或者，预先设置非正常时间范围，当在该非正常时间范围内检测到管道内气体流动，而未检测到目标区域人物移动时，则判定目标区域出现天然气泄漏，触发阀门自动关闭。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的双稳态气阀在平时处于打开状态，当用气时管内有气体流动，驱动气体叶轮转动，气体叶轮转动带动叶片上的永磁体转动，当永磁体转动至与感应线圈相对时，在感应线圈的两端产生一个微弱的电信号，该电信号经整流后送至低功耗控制部分的唤醒口，唤醒低功耗控制部分，低功耗控制部分被唤醒后用作气体流量计量，监测管道内的用气情况(气体叶轮每转一圈发一个脉冲)，同时对环境进行检测，并结合当前用气情况及环境信息判断是否用气正常，如果用气异常，则触发气阀动作关闭气体阀门，然后进入休眠状态直到再次被唤醒。本发明通过气体管道内气流带动永磁体转动的方式来使感应线圈产生电信号，进而通过该电信号唤醒低功耗控制部分并进行气体流量计量，以判断是否用气正常，实现了直接监测管道内气流变化，监测结果准确且耗能少，能有效的实现家用天然气泄漏的自动检测防护，适用于家庭使用，实用性强。

(2)本发明的低功耗控制部分平时处于休眠状态，被唤醒后由电池供电进行用气监测和环境检测，并在判断用气异常时触发阀门动作关闭气体阀门，然后进入休眠状态直到再次被唤醒，该方法针对管道内的气流直接进行监测并在无异常情况时保持休眠状态，既满足了家用天然气泄漏自动检测防护的准确性和安全性需求，又具有低功耗和实用性强的优势，符合大众对家用安全设备的需求。

附图说明

图1为根据本发明实施例的家用天然气泄漏自动检测防护系统的结构示意图。

图中：1、双稳态气阀；2、气体叶轮；3、永磁体；4、感应线圈；5、低功耗mcu；6、红外传感器；7、电池。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

根据本发明说明书的一方面，提供一种家用天然气泄漏自动检测防护系统，包括双稳态气阀、低功耗控制部分和气流触发部分，所述双稳态气阀和气流触发部分分别与低功耗控制部分相连；所述气流触发部分包括设置于管道内的气体叶轮、永磁体和设置于管道外的感应线圈，所述永磁体设置在气体叶轮的叶片上，所述感应线圈设置在永磁体的磁场范围内；所述双稳态气阀的开合端位于管道内且位于气体叶轮的进气侧；所述低功耗控制部分设置于管道外。

作为一种实施方式，所述感应线圈连接有整流电路，用于将感应线圈产生的交变电信号整流为直流脉冲信号；所述整流电路的输出端连接低功耗控制部分，用于将直流脉冲信号输入低功耗控制部分以唤醒低功耗控制功能。所述整流电路包括储能电容，用于储存能量以唤醒低功耗控制部分。该储能电容较小，仅需要集聚一定的能量以唤醒低功耗控制部分即可，低功耗控制部分被唤醒后，由电池进行供电。

作为一种实施方式，所述低功耗控制部分连接有红外传感器，所述低功耗控制部分与红外传感器分别与电池组件相连。所述红外传感器用于检测附近人物移动情况，如检测厨房内是否有人移动或者是否很长时间内没有人等，所述红外传感器的检测数据送入低功耗控制部分，用于辅助判断当前管道内的气体流量是否正常。

作为一种实施方式，所述永磁体设置于气体叶轮的任一叶片上，所述感应线圈位于永磁体的旋转平面内且与至少一个旋转位置的永磁体满足正对状态。所述永磁体的作用是在旋转时产生交变磁场，以使得与其相对的感应线圈能产生电信号；因此，感应线圈只要位于永磁体的磁场范围内且能够与其中至少一个旋转位置的永磁体满足正对状态即可，当永磁体旋转到该至少一个旋转位置时，永磁体与感应线圈处于正对状态，使得感应线圈产生微弱的电信号，而该电信号可经整流后唤醒低功耗控制部分进行气体流量监测。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种家用天然气泄漏自动检测防护系统，包括双稳态气阀、气体叶轮、永磁体、感应线圈、整流电路、低功耗mcu、红外传感器和电池；其中，双稳态气阀的开合端位于管道内且位于气体叶轮的进气侧；永磁体设置在气体叶轮的其中一叶片上，感应线圈设置在管道外且位于气体叶轮的上方；感应线圈的一端接整流二极管，整流二极管的另一端与储能电容连接；感应线圈并联有储能电容，所述储能电容很小，储能电容的一端接入低功耗mcu的唤醒口；低功耗mcu与双稳态气阀连接，用于控制气阀的开关；低功耗mcu与红外传感器连接，以接收红外传感器检测的环境数据；低功耗mcu与红外传感器均与电池连接，低功耗mcu被唤醒后由电池供电。

具体地，所述气体叶轮的叶片竖直布置，所述感应线圈位于气体叶轮的上方或下方。气体叶轮在管道内竖直布置，当管道内有气体流动时，气体叶轮在竖直平面上旋转，带动永磁体在竖直平面上旋转；感应线圈设置在气体叶轮的上方或下方且位于永磁体的旋转平面上，从而保证永磁体旋转时能够有至少一个旋转位置与感应线圈正对，即位于感应线圈的正上方或正下方。

本实施例的工作原理是：双稳态气阀在平时处于打开状态，当用气时管内有气体流动，气流驱动气体叶轮转动，气体叶轮转动带动叶片上的永磁体转动，当永磁体转动至感应线圈的正下方且与感应线圈相对时，在感应线圈的两端产生一个微弱的电信号，该电信号经整流二极管整流后，在储能电容两端集聚能量，当能量集聚到一定程度后，唤醒低功耗控制部分，低功耗控制部分被唤醒后用作气体流量计量，监测管道内的用气情况，气体叶轮每转一圈发一个脉冲，同时，红外传感器对目标区域内的人物移动情况进行检测，低功耗mcu结合当前用气情况及人物移动信息判断是否用气正常，如果用气异常，则触发气阀动作关闭气体阀门，然后进入休眠状态直到再次被唤醒。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中，所述气体叶轮的叶片水平布置，所述感应线圈位于水平面上与气流方向垂直的位置。气体叶轮在管道内水平布置，当管道内有气体流动时，气体叶轮在水平平面上旋转，带动永磁体在水平平面上旋转；感应线圈设置在气体叶轮的侧面且位于永磁体的旋转平面上，从而保证永磁体旋转时能够有至少一个旋转位置与感应线圈正对。进一步来说，对于水平布置且沿左右方向延伸的管道，气体叶轮在管道内也水平布置，则感应线圈设置在气体叶轮的前方或后方并满至少一个旋转位置的永磁体与感应线圈正对。

实施例3

本实施例提供一种家用天然气泄漏自动检测防护方法，包括：当管道内有气体流动时，气体叶轮受气流驱动旋转，带动气体叶轮上的永磁体旋转，产生交变磁场，使感应线圈产生交变电信号，所述交变电信号经整流后唤醒低功耗控制部分；所述低功耗控制部分进行气体流量计量，同时结合附近人物移动情况判断用气是否正常；若不正常，则触发双稳态气阀动作关闭气体阀门。

低功耗控制部分平时处于休眠状态，被唤醒后由电池供电进行用气监测和环境检测，并在判断用气异常时触发阀门动作关闭气体阀门，然后进入休眠状态直到再次被唤醒，该方法针对管道内的气流直接进行监测并在无异常情况时保持休眠状态，既满足了家用天然气泄漏自动检测防护的准确性和安全性需求，又具有低功耗和实用性强的优势，符合大众对家用安全设备的需求。

作为一种实施方式，所述方法进一步包括：当低功耗控制部分检测到管道内气体流量异常，或检测到附近没有人物移动超过预定时间，或检测到非正常时间有气体流动时，均主动触发双稳态气阀关闭气体阀门。低功耗控制部分具有流量计量功能，并接收红外传感器检测的人物移动数据，结合当前用气流量及目前区域内的人物移动数据，综合判断当前管道内的其他流量是否异常。或者，预先设置目标区域内人物移动时间的范围，当在预设时间内没有检测到人物移动时，即判定目标区域内当前没有人物正在用气，如果此时管道内有气体流动，则可判定为天然气泄漏，触发阀门自动关闭。或者，预先设置非正常时间范围，当在该非正常时间范围内检测到管道内气体流动，而未检测到目标区域人物移动时，则判定目标区域出现天然气泄漏，触发阀门自动关系。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。