一种基于背景纹影技术的气体泄漏监测装置与方法
【专利摘要】本发明为一种基于背景纹影技术的气体泄漏监测装置与方法。本发明基于背景纹影技术，通过对比前后两次采集或同一时间不同角度采集的背景照片，通过照片上大量点的位移来探测区域内空气折射率梯度的变化，识别气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域，来判断是否发生气体泄漏，进而确定泄漏点位置。本发明结构简单，可实现大范围开放环境与复杂管网系统的气体泄漏监测与泄漏点搜寻，并且对气体种类无选择性，可对所有气体泄漏进行监测。
【专利说明】一种基于背景纹影技术的气体泄漏监测装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体泄漏监测领域，具体涉及的是一种利用背景纹影技术通过监测气 体泄漏对周围空气造成的扰流，实现气体泄漏监测与泄漏点搜寻的装置与方法。本发明尤 其适用于大范围开放环境气体泄漏监控与复杂管网中泄漏点搜寻。
【背景技术】
[0002] 无论是供气管道、储气装置还是SF6电力设备均存在气体泄漏的风险，气体泄漏 不仅会造成环境污染、资源浪费，更严重威胁广大人民群众的生命财产安全。所以，研究人 员一直以来都在寻找各种气体泄漏监测手段。
[0003] 最早是通过在被测外表面涂肥皂泡的方法来判断是否有泄漏发生，该方法简单但 人工成本较高。后来发展到利用装置内部的压力变化来监测气体泄漏，这对于静态装置效 果较好，如果装置自身压力在不断变化，则影响系统准确度，且该方法很难准确定位气体泄 漏位置。随着光谱技术的发展，出现了大量利用特征气体吸收光谱的泄漏遥测技术，通过对 特定范围目标泄漏气体光谱的探测反演气体浓度，从而判断是否出现泄漏，该方法可实现 远距离、大范围遥测，但通常一套装置仅能针对一种泄漏气体，且很难精确定位泄漏点。而 同样利用特征气体吸收光谱的激光背向散射成像技术与红外光谱成像技术，能够以成像的 方式确定泄漏点的位置，但装置较为复杂，且同样只针对单一气体监测，对压缩空气管道的 泄漏无效。美国学者早期也尝试过使用纹影技术利用泄漏气体造成空气扰动对气体泄漏进 行监测，这种方法对泄漏气体种类没有限制，且易于确定泄漏点，但由于传统纹影技术视场 的限制难以实现大视场监测。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于提供一种基于背景纹影技术的气体泄漏监测与漏点搜寻的装置 与方法，实现对大范围内的复杂管网、储气装置以及SF6电力设备无选择性的气体泄漏监 测及漏点搜寻。
[0005] 本发明采用的技术方案为：一种基于背景纹影技术的气体泄漏监测装置，该装置 包括面阵列探测器、被监测对象和背景；面阵列探测器实时采集被监测对象后的背景的背 景照片，并每次对比最新两次采集的背景照片，被监测对象上如果有气体泄漏点，则泄漏的 气体会造成气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域；根据变化区域的形貌即可判断是否 出现气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域，进而通过变化剧烈程度确定气体泄漏点的 位置。
[0006] 进一步的，背景或是有人工图案的幕布或墙面、地面，或是有一定图案的自然背 景，或是通过激光照射在墙面、地面形成的散斑，或是投影仪投射在幕布或墙面、地面形成 的图案。
[0007] 本发明另外提供一种基于背景纹影技术的气体泄漏监测方法，利用上述的基于背 景纹影技术的气体泄漏监测的装置，该方法步骤如下：
[0008] 1)通过被探测区域是否有气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域来探测气体 泄漏；
[0009] 2)通过背景照片上点的位移来探测被探测区域是否有气体泄漏造成的空气折射 率梯度变化区域；
[0010] 3)通过空气折射率梯度变化大小来搜寻气体泄漏点。
[0011] 进一步的，通过对比前后两次采集的背景照片来获得点的位移。
[0012] 进一步的，通过对比不同角度同时采集的背景照片来获得点的位移。
[0013] 进一步的，该方法中背景或是有人工图案的幕布或墙面、地面，或是有一定图案的 自然背景，或是通过激光照射在墙面、地面形成的散斑，或是投影仪投射在幕布或墙面、地 面形成的图案。
[0014] 本发明的原理在于：
[0015] 本发明技术利用气体泄漏引起的周围空气密度的扰动，进而带来的局部折射率梯 度的变化。而气体泄漏造成的空气折射率梯度有着明显的特征：越靠近泄漏点折射率梯度 变化越剧烈，折射率梯度变化范围越小；越远离泄漏点折射率梯度变化越平缓，折射率梯度 变化范围越大。气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域呈现出有明显特征的漏斗状，而 漏斗的尖端（折射率梯度变化最剧烈的位置）即为泄漏点。使用面阵列探测器对被监测区 域后方的背景进行成像，当空气折射率梯度时，会造成背景点成像位置的变化，通过对比前 后两次的背景照片或者不同角度的背景照片是否有气体泄漏造成的空气折射率梯度变化 区域即可判断是否有泄漏发生，进而根据折射率梯度变化的剧烈程度确定泄漏点的位置。
[0016] 本发明的优点是：
[0017] 本发明结构简单仅需要面阵列探测器与有一定图案的背景即可对气体泄漏进行 监测。
[0018] 本发明既能对大视场范围内是否有气体泄漏进行监测，还能确定气体泄漏的准确 位，特别适合于大范围开放环境、复杂管网的气体泄漏监测。
[0019] 本发明是利用气体泄漏对周围空气造成的折射率梯度进行监测，对气体种类无选 择性，即使是压缩空气泄漏也能探测。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的一种实施例示意图；
[0021] 图2是本发明的一种实施例背景照片示意图；
[0022] 图3是本发明的另一种实施例示意图；
[0023] 图4是本发明的另一种实施例背景照片示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0025] 图1所示的是本发明的一种实施例。面阵列探测器1实时采集被监测装置2后的 背景4的照片，并每次对比最新两次采集的照片。被监测对象2上如果有气体泄漏点6,则 泄漏的气体会造成气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域3。以背景上某物点5为例，5 发出的光线如果没有空气折射率梯度变化区域3会沿着方向7投射到面阵列探测器1上， 从而成像为背景照片9的像点11 ;但如果存在气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域3， 5发出的光线就会产生偏折沿方向8投射到面阵列探测器1上，成像为背景照片9的像点 10。通过对比最新两次采集的照片，照片上大量点的位置的移动就反映了空气折射率梯度 的变化，根据变化区域的形貌即可判断是否出现气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域 3,进而通过变化剧烈程度确定气体泄漏点6的位置。背景4可以有多种实现方案，可以是 有人工图案的幕布或墙面、地面等，可以是有一定图案的自然背景，可以是通过激光照射在 墙面、地面等形成的散斑，也可以是投影仪投射在幕布或墙面、地面等形成的图案等。
[0026] 图3所示的是本发明的另一种实施例。使用两个面阵列探测器1-1与1-2,同时 采集被监测装置2后的背景4的照片，比较面阵列探测器1-1采集的照片9-1与面阵列探 测器1-2采集的照片9-2。被监测对象2上如果有气体泄漏点6,则泄漏的气体会造成气体 泄漏造成的空气折射率梯度变化区域3。以背景上某物点5为例，物点5发出的光线如果 没有气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域3会沿着方向7-1投射到面阵列探测器1-1 上，从而成像为背景照片9-1的像点11-1 ;但如果存在气体泄漏造成的空气折射率梯度变 化区域3,物点5发出的光线就会产生偏折沿方向8-1投射到面阵列探测器1-1上，成像为 背景照片9-1的像点10-1。同样，物点5发出的光线如果没有气体泄漏造成的空气折射率 梯度变化区域3会沿着方向7-2投射到面阵列探测器1-2上，从而成像为背景照片9-2的像 点11-2 ;但如果存在气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域3,物点5发出的光线就会产 生偏折沿方向8-2投射到面阵列探测器1-2上，成像为背景照片9-2的像点10-2。在没有 气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域3的情况下，由于视场角度的不同，背景照片9-1 的像点11-1与背景照片9-2的像点11-2的位置差是固定的，且可以通过软件进行校正到 同一位置。而如果有气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域3,由于视场角度的不同，物 点5投射到面阵列探测器1-1上的光线与物点5投射到面阵列探测器1-2上的光线是分别 经过气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域3的不同区域的，所以背景照片9-1的像点 10-1与背景照片9-2的像点10-2的位置差就反映了折射率梯度的变化。通过对比背景照 片9-1与背景照片9-2,照片上大量点的位置的移动就反映了空气折射率梯度的变化，根据 变化区域的形貌即可判断是否出现气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域3,进而通过 变化剧烈程度确定气体泄漏点6的位置。背景4可以有多种实现方案，可以是有人工图案 的幕布或墙面、地面等，可以是有一定图案的自然背景，可以是通过激光照射在墙面、地面 等形成的散斑，也可以是投影仪投射在幕布或墙面、地面等形成的图案等。
[0027] 本发明也可扩展到多个面阵列探测器同时采集背景照片进行气体泄漏监测。
[0028] 以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所 公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保 护的范围。
【权利要求】
1. 一种基于背景纹影技术的气体泄漏监测装置，其特征在于，该装置包括面阵列探测 器（1)、被监测对象（2)和背景（4);面阵列探测器（1)实时采集被监测对象（2)后的背景 (4)的背景照片（9)，并每次对比最新两次采集的背景照片（9)，被监测对象（2)上如果有气 体泄漏点（6)，则泄漏的气体会造成气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域（3);根据背 景照片上点的位置变化反映的空气折射率梯度变化区域的形貌即可判断是否出现气体泄 漏造成的空气折射率梯度变化区域（3)，进而通过变化剧烈程度确定气体泄漏点（6)的位 置。
2. 根据权利要求1所述的一种基于背景纹影技术的气体泄漏监测装置，其特征在于， 背景（4)或是有人工图案的幕布或墙面、地面，或是有一定图案的自然背景，或是通过激光 照射在墙面、地面形成的散斑，或是投影仪投射在幕布或墙面、地面形成的图案。
3. -种基于背景纹影技术的气体泄漏监测方法，利用权利要求1所述的基于背景纹影 技术的气体泄漏监测的装置，其特征在于，该方法步骤如下： 1) 通过被探测区域是否有气体泄漏造成的空气折射率梯度变化区域来探测气体泄 漏； 2) 通过背景照片上点的位移来探测被探测区域是否有气体泄漏造成的空气折射率梯 度变化区域； 3) 通过空气折射率梯度变化大小来搜寻气体泄漏点。
4. 根据权利要求3所述的基于背景纹影技术的气体泄漏监测方法，其特征在于通过对 比前后两次采集的背景照片来获得点的位移。
5. 根据权利要求3所述的基于背景纹影技术的气体泄漏监测方法，其特征在于通过对 比不同角度同时采集的背景照片来获得点的位移。
6. 根据权利要求3所述的基于背景纹影技术的气体泄漏监测方法，其特征在于背景 或是有人工图案的幕布或墙面、地面，或是有一定图案的自然背景，或是通过激光照射在墙 面、地面形成的散斑，或是投影仪投射在幕布或墙面、地面形成的图案。
【文档编号】G01M3/38GK104155071SQ201410395645
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】杨晨光, 刘建国, 阚瑞峰, 许振宇, 阮俊, 姚路, 王薇, 范雪丽, 戴云海 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院