烯烃气体泄漏的监控系统的制作方法
【专利摘要】一种烯烃气体泄漏的监控系统，该监控系统包括：探测单元，包括红外热成像仪，红外热成像仪中包含烯烃气体识别器，探测单元用于对待测区域进行探测和成像；分析单元，包括图像预分析模块和图像定性分析模块，图像预分析模块对启动烯烃气体识别器之前探测单元所探测的图像进行分析，判断是否为气体，图像定性分析模块对烯烃气体识别器启动之后所述探测单元所探测的图像进行识别和分析，判断是否为烯烃气体；控制与驱动单元，连接所述探测单元和分析单元，根据分析单元的分析结果控制和驱动探测单元中的烯烃气体识别器；报警单元。本实用新型公开的监控系统用于烯烃气体泄漏的在线监控，能够及时准确地检测烯烃气体的泄漏，保证生产的安全和连续。
【专利说明】烯烃气体泄漏的监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及监控系统，尤其涉及一种烯烃气体泄漏的监控系统。
【背景技术】
[0002]在化工场所，烯烃类气体的泄漏会带来严重的危害，不仅影响扰生产，还可能引发安全事故，直接威胁到人的安全，因此化工场所的安全监控一直都受到人们广泛地重视。
[0003]目前红外成像技术在安全监控领域已经开始广泛应用，通常用于获得被摄物体的红外热图像，红外热图像可带有温度标记信息。按照焦平面性能的不同，红外热成像仪可以工作在两个频段:3-5微米的中波频段和8-14微米的长波频段。具有320X240像素点以上的红外热像仪可以探测到大部分人工视觉不可见的化工气体。
[0004]尽管目前已采用红外成像技术对具有危害性的气体进行监控，但对于化工场所来说，需要一个集探测与报警一体化的监控系统，充分保证化工现场的生产安全，而现有的针对可燃气体探测和报警的系统、设备、器材均不能可视化地探测和发现烯烃气体泄漏，不能直观发现烯烃气体泄漏位置和扩散状况等问题，尤其不能形成一个整体系统。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的问题，本实用新型的目的是研发出一种全新的、视觉可见的烯烃气体泄漏探测和报警方法，形成一种烯烃气体泄漏的在线监控系统。能够实现在化工装
置区内有效探测烯烃类化合物的烯烃气体泄漏，发现泄漏源并根据泄漏情况进行预警和报
m
目O
[0006]为达此目的，本实用新型采用以下的技术方案:
[0007]—种烯烃气体泄漏的监控系统，包括:探测单元，包括红外热成像仪，所述红外热成像仪中包含烯烃气体识别器，所述探测单元用于对待测区域进行探测和成像；分析单元，包括图像预分析模块和图像定性分析模块，图像预分析模块对启动烯烃气体识别器之前所述探测单元所探测的图像进行分析，判断是否为气体，图像定性分析模块对烯烃气体识别器启动之后所述探测单元所探测的图像进行识别和分析，判断是否为烯烃气体；控制与驱动单元，连接所述探测单元和分析单元，根据分析单元的分析结果控制和驱动探测单元中
的烯烃气体识别器；报警单元，连接所述分析单元，根据所述分析单元的分析结果进行报
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目O
[0008]其中，所述分析单元中还包括定量计算与判断模块，定量计算与判断模块中包括预设的触发各级报警的条件，在图像定性分析模块进行定性分析之后，对待测区域的红外图像气体面积的变化进行计算与判断，启动不同类型的报警，所述气体图形面积变化的计算为间隔一定时间前后，气体图像面积变化的比率。
[0009]其中，图像定性分析模块分析待测气体是否通过所述烯烃气体识别器的带通滤光片，当判断待测气体通过带通滤波片时，确定待测气体为烯烃气体。
[0010]其中，所述分析单元中还包括温度探测模块，所述温度探测模块对待测区域的红外图像的温度进行探测和分析。
[0011]其中，所述分析单元中还包括定量计算与判断模块，定量计算与判断模块中包括预设的触发各级报警的条件，在监控过程中，对待测区域的红外图像显示的温度变化进行计算与判断，启动不同类型的报警。
[0012]其中，所述烯烃气体识别器包括转盘，和设置在转盘上的带通滤波片和空窗。
[0013]其中，所述烯烃气体识别器中包括3-5片长波带通滤光片或2片中波带通滤波片。
[0014]其中，所述烯烃气体识别器中包括3片长波带通滤光片，其中心波长分别为10.1±0.02、10.399±0.02、12.28±0.02微米；或者所述烯烃气体识别器中包括5片长波带通滤光片，其中心波长分别为 10.1±0.02,10.37±0.02,10.399±0.02,11.24±0.02、
12.28±0.02微米；或者所述烯烃气体识别器中包括2片中波带通滤光片，其中心波长分别
3.24±0.02,3.31±0.02 微米。
[0015]其中，所述报警单元中包括三级报警功能模块。
[0016]其中，该分析单元还包括辅助识别模块，该辅助识别模块处理的信息有待测区域的设备信息、工况信息、环境信息、可见光摄相机信息中的一种或几种。
[0017]其中，所述报警单元中还包括显示装置，以显示烯烃气体泄漏或温度异常发生的位置
[0018]其中，还包括与探测单元相连的防爆与供电单元。
[0019]与现有技术相比，本实用新型公开的烯烃气体泄漏的监控系统适用于烯烃气体泄漏的在线监控，能够及时准确地检测烯烃气体的泄漏，保证生产的安全和连续。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为实施例一中的监控系统的结构示意图。
[0021]图2为实施例一中的红外热成像仪的结构示意图
[0022]图3为实施例一中的烯烃气体识别器的结构示意图
[0023]图4为实施例二中的监控方法的流程图。
[0024]图5为实施例二中的识别烯烃气体的流程图。
[0025]图6为实施例三中的监控系统的结构示意图。。
[0026]图7为实施例四中的监控方法的流程图。
[0027]图8为实施例六中的烯烃气体识别器的结构示意图。
[0028]其中，附图标记说明如下:
[0029]1、镜头；2、镜头接口 ；3、红外探测器；4、成像电路；5、编码电机；6、烯烃气体识别器转盘；6-1、空窗；6-2、黑体；6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、带通滤波片；11、探测单元；12、分析单元；13、控制与驱动单元。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
[0031]实施例一:[0032]本实施例公开一种烯烃泄漏的监控系统，图1为本实施例中的监控系统的结构示意图。如图1所示，该监控系统包括探测单元11，该探测单元包括红外热成像仪，图2为所述红外热成像仪的结构示意图，所述红外热成像仪包括镜头1，镜头接口 2，烯烃气体识别器6，红外探测器3和处理电路4，编码电机5。图3为烯烃气体识别器6的俯视结构示意图。如图3所示，该烯烃气体识别器6包括设置在转盘上的空窗6-1、黑体6-2、带通滤波片6-3、6-4和6-5。图3中仅示出了烯烃气体识别器包括三片带通滤波片的情况，实际上，该烯烃气体识别器可以包括1-5片带通滤波片。并且本领域技术人员可以知晓的是，图3仅是一种示意图，实际上在烯烃气体识别器转盘上带通滤波片的位置和互相之间的间隔可以变动。
[0033]该烯烃气体识别器的工作原理如下:在没有加电或者加电正常成像的时候，烯烃气体识别器转盘上的空窗6-1正对红外探测器3，此时烯烃气体识别器没有启动，保证正常的成像质量。在加电瞬间或者图像长时间加电效果不好时，软件通过RS485向电路板发送指令，电路板收到指令，启动编码器电机带动转盘使黑体6-2转到正对红外探测器3，进行校正，校正完毕后黑体归位，保证空窗正对探测器，不影响红外成像。当发现有烯烃气体泄漏时，软件通过RS485向电路板发送指令，电路板收到指令，启动编码器电机5依次转动带通滤波片6-3、6-4和6-5，每个滤波片都要在探测器前面停留一段时间，保证后述的图形分析软件能够在滤波片下接收至少3张完整的图像，电机带动转盘回到空窗位置。编码器电机5带动整个烯烃气体识别器转盘任意角度转动，并且编码器电机具有较高的分辨率，能使空窗、黑体、滤波片准确地停止到预置的位置
[0034]在本实施例中，烯烃气体识别器的工作模式如下:在正常状态下，空窗6-1正对红外探测器3，此时烯烃气体识别器没有启动，也就是烯烃气体识别器的带通滤波片不在成像的光路上，探测目标(此处的目标以化工场所的生产现场为例，但本实用新型不限于此)获得红外图像，这样做的优点是使镜头组汇集到的红外热辐射能量尽量多的被收集，不至于一开始就被带通滤波片所阻挡，这些红外热辐射能量被红外探测器3也就是焦平面阵列转化为电信号，经过成像电路在显示器上显示出清晰的红外图像，更加有利于对生产现场安全的监控。
[0035]当后续的图像预分析模块在不启动烯烃气体识别器的情况下通过图形分析软件发现探测到的图像具有气体特征时，会通过控制单元给电路板发出指令，在电路板收到指令时，编码器电机5启动烯烃气体识别器，依次转动带通滤波片，对所通过的气体进行滤波，以对气体的种类进行判断。
[0036]本实施例中红外探测器3采用的是焦平面阵列，该焦平面阵列使用的是8-14微米的长波焦平面阵列，则相应采用的烯烃气体识别器为长波烯烃气体识别器，由1-5片特定透过谱带的带通滤波片组成。在化工场所的在线监控系统中，需要准确地判断泄漏的气体是否为烯烃气体，如果仅是一些无害的气体，如水蒸气等的出现，在判断不准确的情况下，将这些无害的气体误确定为烯烃气体而报警的话，造成成生产的停顿，带来很大的经济损失，因此在本实施例中为了避免上述情况的出现，更精确地确定是烯烃气体，采用3片的带通滤波片，所述3片带通滤波片6-3、6-4和6-5的中心波长位置依次分别为10.1±0.02微米、10.399±0.02微米和12.28±0.02微米。烯烃带通滤波片的通带长度都为100±20nm。以上3片烯烃带通滤波片的中心波长是参照烯烃化合物在8-14微米的长波频段的红外光谱特征进行优选选取的，以上3片带通滤波片选用这样的中心波长能够覆盖烯烃气体的特征谱带，确定出为烯烃气体。在更加优选的方式中，采用中心波长位置分别为10.1±0.02微米、10.37±0.02 微米、10.399±0.02 微米、11.24±0.02 微米和 12.28±0.02 微米的 5 片带通滤波片对烯烃气体的判断更加准确，5片这样的中心波长的带通滤波片能够完全覆盖烯烃气体的特征谱带，准确确定出为烯烃气体，避免误报警。
[0037]带通滤波片判断气体是否为烯烃气体的的原理是，待测气体的红外辐射信号经过带通滤波片滤波之后能观察到红外图像，待测气体的红外辐射信号透过了带通滤波片，则认为待测气体为烯烃气体，如果不能观察到气体图像，待测气体的红外辐射信号没有透过带通滤波片，则认为待测气体不是烯烃气体，以下各实施例中原理与本实施例相同。
[0038]由于探测单元在该监控系统中被设置在监控现场，该监控现场为化工生产场所，在整个探测单元的外部必须具有防爆护罩，并且具有与探测单元相连的防爆单元与供电单元，以保证探测单元的安全运行。
[0039]该监控系统还包括分析单元12，对探测单元探测到的图像进行分析，所述探测单元包括图像预分析模块和图像定性分析模块，图像预分析模块中包括图形分析软件对所述探测单元所探测的图像进行分析，判断是否为气体。
[0040]红外热成像仪提供测温功能，在对待测目标形成的红外图像上有温度显示。在另一种优选的方式中，该分析单元中还包括温度探测模块，对待测区域中的红外图像所显示的温度进行探测，监控和分析，如果发现温度异常升高，高于一设定的值，则立即启动报警。
[0041]该监控系统还包括控制与驱动单元13，所述控制与驱动单元连接所述探测单元与分析单元，当分析单元中的图像预分析模块判断探测目标的红外图像具有气体特征时，该控制与驱动单元通过驱动电路启动编码器电机，编码器电机转动烯烃气体识别器转盘，也就是启动烯烃气体识别器，使带通滤波片正对红外探测器3，在启动烯烃气体识别器之后，探测单元对探测目标进行成像，所述分析单元中的图像定性分析模块对启动烯烃气体识别器之后探测单元所探测到的图像进行分析识别；如前所述，在编码器电机转动带通滤波片时，带通滤波片在探测器表面要停留一段时间，保证软件能够在带通滤波片下接收至少3张完整的图像，图像定性分析模块中的烯烃气体分析软件对这些图像进行分析，分析待测气体是否通过所述烯烃气体识别器的带通滤光片。如在本实施例中如果编码器电机5启动，首先转动转盘，使带通滤波片6-3正对红外探测器3上，在红外成像的光路上，待测气体所成的红外图像被图像定性分析模块中的烯烃气体分析软件进行分析，如果认为待测气体通过带通滤波片，则控制单元中的驱动电路下指令，编码器电机5启动，转动带通滤波片6-4，如果图像定性分析模块认为待测气体没有通过带通滤波片6-3，则认为该气体不是烯烃气体，停止对气体的定性分析，编码器电机5使空窗6-1正对红外探测器3，回复到正常的监控状态。
[0042]如果待测气体能够全部通过上述的三片带通滤波片，则确定是为烯烃气体。
[0043]该监控系统还包括报警单元，当分析单元中的图像定性分析模块确定是烯烃气体时进行报警处理。
[0044]在报警单元中还包括显示装置，显示发生烯烃气体泄漏的位置和温度异常发生的位置，便于及时处理。
[0045]在上述另一种优选的方式中，温度探测模块与报警单元连接，所述温度探测模块包括温度探测软件，在整个监控过程中，对探测单元所探测的图像进行温度的探测和分析，如果发现温度到达一个定值，该定值可以预先设定，为触发报警的温度条件，如预先设定触发报警的温度为160°C，当温度探测模块发现所探测到的图像中现场的温度高于160°C时，则不再进行分析为哪种气体，直接启动报警单元报警。这样可以在有意外升温情况时迅速报警，避免安全事故的发生，为生产的安全再提供一种保障。
[0046]在本实施例所提供的监控系统中，包括用于对待测现场进行红外成像的探测单元，用于对成像结果进行分析和监控的图像预分析模块，用于对泄漏的气体进行定性分析的图像定性分析模块，以及根据图像预分析模块和图像定性分析模块的分析结果对红外成像仪中烯烃气体识别器进行控制的控制与驱动单元，以及报警单元。该监控系统的各组成部分有机结合，对待测现场进行准确有效的监控，既能发现烯烃气体泄漏迅速报警，保证生产的安全，又防止误报警带来的损失，同时在优选的方式中，在整个监控过程中，采用分析单元中的温度探测模块对待测现场的温度进行实时监控，在有意外升温情况时迅速报警，防止意外升温引起的安全事故，保证生产的高度安全。
[0047]实施例二:
[0048]本实施例详细描述采用实施例一中的监控系统对烯烃泄漏的监控方法。图4示出了该方法的流程图。首先，红外热像仪不启动烯烃气体识别器，也就是烯烃气体识别器的带通滤波片不在成像的光路上，烯烃气体识别器的转盘的空窗6-1正对红外探测器3，探测目标(此处的目标以化工场所的生产现场为例，但本实用新型不限于此)获得红外图像，这样做的优点是使镜头组汇集到的红外热辐射能量尽量多的被收集，不至于一开始就被带通滤波片所阻挡，这些红外热辐射能量被焦平面阵列转化为电信号，经过成像电路在显示器上显示出清晰的红外图像，更加有利于对生产现场安全的监控。
[0049]接着采用图像预分析模块中的图形分析软件分析所探测到红外图像分析是否具有气体特征，如果不具有气体特征，红外热像仪继续保持不触发烯烃气体识别器的状态，继续探测目标，也就是继续对生产现场进行正常的监控，如果图形分析软件分析出所探测到的红外图像具有气体特征，则采用控制和驱动单元中的驱动电路启动编码器电机，转动烯烃气体识别器转盘上的带通滤波片，使带通滤波片正对红外探测器3，采用图像定性分析模块判断此时获得的红外图像是否符合烯烃气体的特征。
[0050]判断的方法是首先控制和驱动单元中的驱动电路启动编码器电机，转动带通滤波片6-3，使带通滤波片6-3正对红外探测器3，探测出红外图像，所述图像定性分析模块对启动中心波长为10.1±0.02微米的带通滤波片6-3之后探测单元所探测到的图像进行分析，分析待测气体是否通过所述烯烃气体识别器的带通滤光片6-3。如果不通过，证明该气体不是烯烃气体，可能为水蒸气等其他气体，则控制和驱动单元中的驱动电路通过编码器电机转动烯烃识别器转盘使带通滤波片6-3归位，空窗6-1正对红外探测器3，整个监控系统又回复到正常监控状态。如果烯烃气体分析软件认为待测气体通过了带通滤波片6-3，则控制和驱动单元通过编码器电机，转动烯烃气体识别器转盘，使带通滤波片6-4正对红外探测器3，也就是启动中心波长为10.399±0.02微米的带通滤波片6-4，红外成像仪探测出红外图像，所述分析单元中的图像定性分析模块对启动带通滤波片6-4之后探测单元所探测到的图像进行分析和识别，分析待测气体是否通过了带通滤波片6-4。如果不通过，证明该气体不是烯烃气体，可能为水蒸气等其他气体，则控制和驱动单元中的驱动电路通过编码器电机转动烯烃识别器转盘使带通滤波片6-4归位，空窗6-1正对红外探测器3，整个监控系统又回复到正常监控状态。如果图形分析软件认为待测气体通过了带通滤波片6-4，则控制和驱动单元中的通过编码器电机，转动烯烃识别器转盘，使带通滤波片6-5正对红外探测器3，也就是启动中心波长为12.28±0.02微米的带通滤波片6-5，红外成像仪探测出红外图像，所述分析单元中的图像定性分析模块对启动带通滤波片6-5之后探测单元所探测到的图像进行分析和识别，分析待测气体是否通过了带通滤波片6-5，如果不通过，证明该气体不是烯烃气体，可能为水蒸气等其他气体，则控制和驱动单元中的驱动电路通过编码器电机转动烯烃识别器转盘使带通滤波片6-5归位，空窗6-1正对红外探测器3，整个监控系统又回复到正常监控状态。如果通过，认为待测气体具有烯烃气体的特征，确定红外图形中所呈现的气体特征为烯烃气体的气体特征，判断为烯烃气体泄漏，则报警单元启动报警，以上的流程如图5所示。以上描述是3片滤波片的情况，如果是5片滤波片，则重复上述的过程。采用这样的方式能够准确地判断出是烯烃气体泄漏，防止误报警的发生。当然，本领域技术人员也可以选择一片或者两片甚至更多片的带通滤波片，只要能够实现对烯烃气体的识别即可。
[0051]本实施方式提出的烯烃气体泄漏的监控方法，能够在线对化工场所的生产现场进行监控，并且能准确地报警，既能避免因烯烃气体泄漏导致的安全事故的发生，又能防止误报警带来的经济损失。
[0052]在另一种优选的方式中，在对烯烃气体的泄漏进行监控的过程中，采用分析单元中的温度探测模块，对探测单元所探测的图像进行温度的探测和分析，如果发现温度到达一个定值，该定值可以预先设定，为触发报警的温度条件，如预先设定触发报警的温度为160°C，当温度探测模块发现所探测到的图像中现场的温度高于160°C时，认为发生了异常，直接启动报警单元报警。这样可以在有意外升温情况时迅速报警，避免安全事故的发生，为生产的安全再提供一种保障。
[0053]实施例三:
[0054]本实施例公开了另一种烯烃泄漏的监控系统。图6示出了该监控系统的结构示意图。该监控系统包括探测单元，该探测单元包括红外热成像仪，所述红外热成像仪与实施例一中的红外热成像仪的结构相同。包括镜头，镜头接口，烯烃气体识别器，红外探测器和处理电路，编码电机。在正常状态下，空窗6-1正对红外探测器3，此时烯烃气体识别器没有启动，也就是烯烃气体识别器的带通滤波片不在成像的光路上，探测目标(此处的目标以化工场所的生产现场为例，但本实用新型不限于此)获得红外图像，这样做的优点是使镜头组汇集到的红外热辐射能量尽量多的被收集，不至于一开始就被带通滤波片所阻挡，这些红外热辐射能量被红外探测器也就是焦平面阵列转化为电信号，经过成像电路在显示器上显示出清晰的红外图像，更加有利于对生产现场安全的监控。
[0055]当后续的图像预分析模块在不启动烯烃气体识别器的情况下利用图形分析软件发现探测到的图像具有气体特征时，会给控制单元中的驱动电路发出指令，在电路板收到指令时，编码器电机5启动烯烃气体识别器，依次转动带通滤波片，对所通过的气体进行滤波，以对气体的种类进行判断。
[0056]本实施例中红外探测器3采用的是焦平面阵列，该焦平面阵列使用的是8-14微米的长波焦平面阵列，则相应采用的烯烃气体识别器为长波烯烃气体识别器，由1-5片特定透过谱带的带通滤波片组成。在化工场所的在线监控系统中，需要准确地判断泄漏的气体是否为烯烃气体，如果仅是一些无害的气体，如水蒸气等的出现，在判断不准确的情况下，将这些无害的气体误确定为烯烃气体而报警的话，造成成生产的停顿，会带来很大的经济损失，因此在本实施例中为了避免上述情况的出现，更精确地确定是烯烃气体，采用3片的带通滤波片，所述3片带通滤波片6-3、6-4和6-5的中心波长位置依次分别为10.1±0.02微米、10.399±0.02微米和12.28±0.02微米，在更加优选的方式中，采用中心波长位置分别为 10.1±0.02 微米、10.37±0.02 微米、10.399±0.02 微米、11.24±0.02 微米和
12.28±0.02微米的5片带通滤波片对烯烃气体的判断更加准确，避免误报警。
[0057]由于探测单元在该监控系统中被设置在监控现场，该监控现场为化工生产场所，在整个探测单元的外部必须具有防爆护罩，并且具有与探测单元相连的防爆单元与供电单元，以保证探测单元的安全运行。
[0058]该监控系统还包括分析单元，对探测单元探测到的图像进行分析，所述探测单元包括图像预分析模块和图像定性分析模块，图像预分析模块中包括图形分析软件对所述探测单元所探测的图像进行分析，判断是否为气体。
[0059]该监控系统还包括控制与驱动单元，所述控制与驱动单元连接所述探测单元与分析单元，当分析单元中的图像预分析模块判断探测目标的红外图像具有为气体特征时，该控制与驱动单元通过驱动电路启动编码器电机，编码器电机转动烯烃气体识别器转盘，也就是启动烯烃气体识别器，使带通滤波片正对红外探测器3，在启动烯烃气体识别器之后，探测单元对探测目标进行成像，所述分析单元中的图像定性分析模块嵌入烯烃气体分析软件，具有烯烃气体识别功能，所述图像定性分析模块对启动烯烃气体识别器之后探测单元所探测到的图像进行分析和识别，如前所述，在编码器电机转动带通滤波片时，带通滤波片在探测器表面要停留一段时间，保证软件能够在带通滤波片下接收至少3张完整的图像，图像定性分析模块中的烯烃气体分析软件即是对这些图像进行分析，分析待测气体是否通过所述烯烃气体识别器的带通滤光片。如在本实施例中如果编码器电机5启动，首先转动带通滤波片6-3，使带通滤波片6-3正对红外探测器3上，在红外成像的光路上，待测气体所成的红外图像被图像定性分析模块中的图形分析软件进行分析，如果认为待测气体通过带通滤波片，则控制单元中的驱动电路下指令，编码器电机5启动，转动带通滤波片6-4，如果图像定性分析模块认为待测气体没有通过带通滤波片6-3，则认为该气体不是烯烃气体，停止对气体的定性分析，编码器电机5使空窗6-1正对红外探测器3，回复到正常的监控状态。
[0060]如果待测气体能够全部通过上述的三片带通滤波片，则确定是为烯烃气体。
[0061]与实施例一相比，本实施例中，分析单元中还包括定量计算与判断模块，在图像定性分析模块利用烯烃气体分析软件对图像进行分析之后最终确定为烯烃气体时，该定量计算与判断模块对烯烃气体泄漏的情况进行定量计算与判断，决定报警等级并给出动态的扩散范围和危险范围等信息。
[0062]红外热成像仪提供测温功能，在对待测目标形成的红外图像上有温度显示。在另一种优选的方式中，该分析单元中还包括温度探测模块，温度探测模块包括的温度探测软件对待测区域中的红外图像所显示的温度进行探测，监控和分析，如果发现温度升高，则采用定量计算与判断模块对该温度的变化进行计算和判断，启动相应不同等级的报警。[0063]本实施例中的报警单元包括三级报警功能模块，分别为第一级报警，第二级报警，第三级危险报警。在报警单元中还包括显示装置，显示发生烯烃气体泄漏的位置、烯烃气体扩散的范围和温度异常发生的位置，便于及时处理。
[0064]在本实施例所提供的监控系统中，包括用于对待测现场进行红外成像的探测单元，用于对成像结果进行分析和监控的图像预分析模块，用于对泄漏的气体进行定性分析的图像定性分析模块，以及根据图像预分析模块和图像定性分析模块的分析结果对红外成像仪中烯烃气体识别器进行控制的控制与驱动单元，用于对泄漏的状态进行分析与计算，判别为不同的泄漏状态的定量计算与判断模块，以及具有三级报警模式的报警单元。该监控系统的各组成部分有机结合，对待测现场进行准确有效的监控，既能发现烯烃气体泄漏迅速报警，并且能够对应不同的泄漏状态启动不同的报警模式，可以针对不同的情况进行不同的处理，对生产的监控更加有效和细致，保证生产的安全，又防止误报警带来的损失。同时在优选的方式中，分析单元中的温度探测模块对待测现场的温度进行实时监控，如果发现温度升高，则采用定量计算与判断模块对该温度的变化进行计算和判断，启动相应不同的报警模式，进一步保证生产的高度安全。
[0065]实施例四:
[0066]接下来详细描述采用实施例三中的监控系统对烯烃泄漏的监控方法。图7为该方法的流程图。如图7所示，首先，红外热像仪不启动烯烃气体识别器，也就是烯烃气体识别器的带通滤波片不在成像的光路上，烯烃气体识别器的转盘的空窗6-1正对红外探测器3，探测目标(此处的目标以化工场所的生产现场为例，但本实用新型不限于此)获得红外图像，这样做的优点是使镜头组汇集到的红外热辐射能量尽量多的被收集，不至于一开始就被带通滤波片所阻挡，这些红外热辐射能量被焦平面阵列转化为电信号，经过成像电路在显示器上显示出清晰的红外图像，更加有利于对生产现场安全的监控。
[0067]接着采用图像预分析模块中的图形分析软件分析所探测到红外图像分析是否具有气体特征，如果不具有气体特征，红外热像仪继续保持不触发烯烃气体识别器的状态，继续探测目标，也就是继续对生产现场进行正常的监控，如果图形分析软件分析出所探测到的红外图像具有气体特征，则采用控制和驱动单元中的驱动电路启动编码器电机，转动烯烃气体识别器转盘上的带通滤波片，使带通滤波片正对红外探测器3，采用图像定性分析模块判断此时获得的红外图像是否符合烯烃气体的特征。
[0068]判断的方法是首先控制和驱动单元中的驱动电路启动编码器电机，转动使带通滤波片6-3，使带通滤波片正对红外探测器3，探测出红外图像，所述图像定性分析模块对启动中心波长为10.1±0.02微米的带通滤波片6-3之后探测单元所探测到的图像进行分析，分析待测气体是否通过所述烯烃气体识别器的带通滤光片分析待测气体是否通过了带通滤波片6-3。如果不通过，证明该气体不是烯烃气体，可能为水蒸气等其他气体，则控制和驱动单元中的驱动电路通过编码器电机转动烯烃识别器转盘使带通滤波片6-3归位，空窗6-1正对红外探测器3，整个监控系统又回复到正常监控状态。如果烯烃气体分析软件认为待测气体通过了带通滤波片6-3，则控制和驱动单元中的通过编码器电机，转动烯烃识别器转盘，使带通滤波片6-4正对红外探测器3，也就是启动中心波长为10.399±0.02微米的带通滤波片6-4，红外成像仪探测出红外图像，所述分析单元中的图像定性分析模块对启动带通滤波片6-4之后探测单元所探测到的图像进行分析和识别，分析待测气体是否通过了带通滤波片6-4。如果不通过，证明该气体不是烯烃气体，可能为水蒸气等其他气体，则控制和驱动单元中的驱动电路通过编码器电机转动烯烃识别器转盘使带通滤波片6-4归位，空窗6-1正对红外探测器3，整个监控系统又回复到正常监控状态。如果烯烃气体分析软件认为待测气体通过了带通滤波片6-4，则控制和驱动单元中的通过编码器电机，转动烯烃识别器转盘，使带通滤波片6-5正对红外探测器3，也就是启动中心波长为12.28±0.02微米的带通滤波片6-5，红外成像仪探测出红外图像，所述分析单元中的图像定性分析模块对启动带通滤波片6-5之后探测单元所探测到的图像进行分析和识别，分析待测气体是否通过了带通滤波片6-5。如果不通过，证明该气体不是烯烃气体，可能为水蒸气等其他气体，则控制和驱动单元中的驱动电路通过编码器电机转动烯烃识别器转盘使带通滤波片6-5归位，空窗6-1正对红外探测器3，整个监控系统又回复到正常监控状态。如果通过，认为待测气体具有烯烃气体的特征，确定红外图形中所呈现的气体特征为烯烃气体的气体特征，判断为烯烃气体泄漏，则报警单元启动报警，以上的流程如图4所示。以上描述是3片滤波片的情况，如果是5片滤波片，则重复上述的过程。采用这样的方式能够准确地判断出是烯烃气体泄漏，防止误报警的发生。当然，本领域技术人员也可以选择一片或者两片甚至更多片的带通滤波片，只要能够实现对烯烃气体的识别即可。
[0069]与实施例二相比，本实施例中，在图像定性分析模块利用图形分析软件对图像进行分析之后最终确定为烯烃气体时，再采用定量计算与判断模块对烯烃气体泄漏的情况进行定量计算与判断，决定报警等级并给出动态的扩散范围和危险范围等信息。
[0070]所述定量计算与判断模块可以利用系统输入的启动烯烃气体识别器之后得到的红外图像对待测区域的气体图形面积动态变化进行计算，计算的方式如下:
[0071]首先设定:
[0072]Pn=画面中任一监控区域内任一时间点N的气体图形面积；
[0073]Pm=同一监控区域内延后的一个时间点M的气体图形面积=Z ；
[0074]Fx=镜头组焦距；
[0075]Jx=镜头组视像角；
[0076]Lx=镜头组至被监控目标的间距；
[0077]Px=完整监控画面面积；
[0078]A S=时间变量=M-N ；
[0079]A P=面积变量=Pm/Pn
[0080]在一套监控系统确定的情况下，Fx，JX，LX，PX都为固定的值，在一定的时间变化范围内计算气体图形面积的变量，并且预先设定一组触发条件的值，如:
[0081]当A S〈X秒，AP〈Y1，Pm〈Zl时，定义为微小泄漏:
[0082]当A S〈X秒，Yl〈 A P〈Y2，Zl〈Pm〈Z2时，定义为持续泄漏:
[0083]当A S〈X秒，AP>Y2，Pm>Z2时，定义为瞬时泄漏。
[0084]接下来，举例来对上述公式进行解释:
[0085]如首先设定X=5，Yl=I，Y2=2, Zl=整个监控画面面积的20%，Z2=整个监控画面面积的60%。
[0086]也就是说在5s的时间范围内，红外热成像仪探测到的两幅画面相比，同一监控区域内延后的一个时间点M的气体图形面积Pm除以画面中任一监控区域内任一时间点N的气体图形面积Pn的值小于1,也就是后一个时间点M的气体图形面积比前一个时间点的图像面积还要小，并且后一个时间点M的气体图形面积小于整个监控画面面积的20%，证明气体泄漏的量非常小，随时间的变化气体的有逐渐消散的趋势，并且气体图形面积还不到整个监控画面面积的20%，则认为该泄漏为微小泄漏，后续采用的报警模式为第一级危险报警，提醒生产监控人员注意即可。
[0087]如果在所设定的5s的时间范围内，红外热成像仪探测到的两幅画面相比，同一监控区域内延后的一个时间点M的气体图形面积Pm除以画面中任一监控区域内任一时间点N的气体图形面积Pn的值为1.5，在I和2之间，就是在5s的时间范围内，气体图形面积相对前一个时间点扩大了 50%，并且后一个时间点M的气体图形面积占整个监控画面面积的20%-60%之间，证明气体泄漏的量比较大，则认为该泄漏为持续泄漏，后续采用的报警模式为第二级危险报警，生产监控人员必须立即处理。
[0088]如果在所设定的5s的时间范围内，红外热成像仪探测到的两幅画面相比，同一监控区域内延后的一个时间点M的气体图形面积Pm除以画面中任一监控区域内任一时间点N的气体图形面积Pn的值为3，就是在5s的时间范围内，气体图形面积相对前一个时间点扩大了 2倍，并且后一个时间点M的气体图形面积大于整个监控画面面积的60%，证明气体泄漏的量非常大，则认为该泄漏为瞬时泄漏，后续采用的报警模式为第三级危险报警，提醒生产监控人员紧急处理。
[0089]针对上述三种情况，报警单元具有三级报警功能模块，当定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化判断为满足【瞬时泄漏】的条件时，三级报警功能模块直接启动第三级危险报警，此时屏幕显示报警信息、紧急报警声光报警器启动、屏幕动态显示气体扩散范围和危险范围；如果当定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化满足【持续泄漏)】的条件时，三级报警功能模块启动第二级危险报警，此时屏幕显示报警信息、警示报警声光报警器启动、屏幕动态显示气体扩散范围和危险范围；如果当定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化满足【微小泄漏】的条件时，三级报警功能模块启动第一级危险报警，此时屏幕显示报警信息。
[0090]以上的举例仅为解释之目的，实际上本领域技术人员可以根据监控的需要设定式中的X，Yl, Y2，Zl, Z2的值，定义各种泄漏的范围。
[0091]图形分析软件可以在一幅完整的画面内自由分隔出最多64个独立监控区域，对每个独立的监控区域的红外图像分析，定量计算与判断模块对每个独立监控区域的红外图像进行定量计算与判断，判断气体泄漏的等级，进而触发相应的各级报警。这样对待测目标的监控准确，能够发现泄漏发生的具体位置，便于及时处理，对待测目标的监控有效并且细致。
[0092]除了上述定量计算与判断模块对红外图像中气体图像面积的变化进行的定量计算与判断外，在该报警装置中还包括对待测目标温度的监控与分析。
[0093]红外热成像仪提供测温功能，在对待测目标形成的红外图像上有温度显示。图像分析模块中除了包括上述的图形分析软件之外，还包括温度探测模块对该温度的变化进行探测与分析。
[0094]由于在化工场所，有机化合物在气化时因大量吸热会引起局部温度迅速变化，以及在大流量泄漏时因静电而引发火灾，从而导致局部温度急剧上升。因此该温度探测模块采用温度探测软件对待测目标的红外图像进行探测与分析，将探测与分析的结果传送到定量计算与判断模块，定量计算与判断模块发现达到报警条件时，即触发报警单元中的报警模块进行报警。
[0095]所述定量计算与判断模块利用温度探测模块的探测结果对待测区域的温度动态变化进行计算，所述温度变化为间隔一定时间前后，温度的升高量，计算的方式如下:
[0096]首先设定:
[0097]Tmax=画面中任一测温区域内的温度最高值；
[0098]Tn=画面中任一测温区域内任一时间点N的平均温度值；
[0099]Tm=同一测温区域内延后的一个时间点M的平均温度值；
[0100]A S=时间变量=M-N,在测温软件中取X秒以内的任一值；
[0101]AT=温度变量=Tm-Tn ；
[0102]设定一组触发温度报警条件的值，如:
[0103]当任一时间点，Tmax>E时，启动第三级危险报警。
[0104]当A S时间内，A T>D2时，启动第二级危险报警。
[0105]当A S时间内，Dl≤ΔT≤D2时，启动第一级危险报警。
[0106]D=温度差值；
[0107]接下来，举例来对上述公式进行解释:
[0108]如首先设定A S=15s, D1=2°C，D2=5°C，E=160°C为报警的触发条件。
[0109]也就是说在15s的时间范围内，红外热成像仪探测到的两幅画面相比，
[0110]在测温区域测到的温度差值小于5°C，也就是说在15s内，测温区域的温度升高
了，但升高的温度范围在2°C和5°C之间，则此时定量计算与判断模块触发第一级危险报
m
目O
[0111]在测温区域测到的温度差值大于5°C，也就是说在15s内，测温区域的温度升高大于5°C，则此时此时定量计算与判断模块触发第二级危险报警。
[0112]如果在任一时间点中，测到画面中任一测温区域内的温度最高值Tmax大于160°C，认为出现了意外的异常，定量计算与判断模块不再进行温度变化的计算，直接触发第三级危险报警。
[0113]针对上述温度变化三种情况，报警单元具有三级报警功能模块，结果温度探测模块探测到温度满足【TmaX>160°C】的条件时，则定量计算与判断模块直接直接启动第三级危险报警，此时屏幕显示报警信息、紧急报警声光报警器启动、屏幕动态显示危险范围；如果定量计算与判断模块对温度变化的计算满足【A S〈15秒时，A T>±5°C】的条件时，三级报警功能模块启动第二级危险报警，此时屏幕显示报警信息、警示报警声光报警器启动、屏幕动态危险范围；如果定量计算与判断模块对温度变化的计算结果满足【A S〈15秒时，±2°C<A T ( ±5°C】的条件时，三级报警功能模块启动第一级危险报警，此时屏幕显示报
自
目I R尼、o
[0114]以上的举例仅为解释之目的，实际上本领域技术人员可以根据监控的需要设定式中的A S，Dl, D2，E的值，定义触发各级报警的条件。
[0115]同样，温度探测模块可以在一幅完整的画面内自由分隔出最多64个独立监控区域，对每个独立的监控区域的红外图像的温度进行探测与分析，定量计算与判断模块对每个独立监控区域的分析结果进行计算，判断报警等级触发相应的各级报警。这样对待测目标的监控准确，能够发现温度升高发生的具体位置，便于及时处理，对待测目标的监控有效并且细致。
[0116]上述的对待测目标中气体图形面积变化的计算与判断与温度变化的计算与判断可以结合使用，当判断到待测目标中红外图像的气体面积或者温度中的任一满足报警条件时，则触发报警。
[0117]也就是说，以上述所举实例为例，如果温度探测结果满足【TmaX>160°C】的条件或者当定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化判断为满足【瞬时泄漏】的条件时，三级报警功能模块直接启动第三级危险报警；如果定量计算与判断模块对温度变化的计算满足【Λ S〈15秒时，Λ T>±5°C】的条件或定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化判断为满足【持续泄漏】的条件时，三级报警功能模块启动第二级危险报警；如果定量计算与判断模块对温度变化的计算判断为满足【Λ S〈15秒时，±2°C≤Λ T ( ±5°C】的条件或定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化判断为满足【微小泄漏】的条件时，三级报警功能模块启动第一级危险报警。
[0118]本实施例中的报警单元包括三级报警功能模块，分别为第一级报警，第二级报警，第三级危险报警。在报警单元中还包括显示装置，显示发生烯烃气体泄漏的位置、烯烃气体扩散的范围和温度异常发 生的位置，便于及时处理。
[0119]本实施例中，在能够对确定有烯烃气体泄漏的情况下，采用定量计算与判断模块，对泄漏的状态进行分析与计算，判别为不同的泄漏的状态，采用三级报警的模式对应不同的泄漏状态启动不同的报警模式，可以针对不同的情况进行不同的处理，对生产的监控更加有效和细致，对于生产效率的提高和安全保障的加强起到了重要作用。
[0120]实施例五:
[0121]本实施例公开了另一种烯烃泄漏的监控系统。与实施例三相比，本实施例公开的监控系统在分析单元中还包括辅助识别模块，辅助识别模块功能是将被监控目标的基本信息、环境动态信息以及使用可见光手段对同一目标监控的信息引入到系统中，为定量分析和计算提供更多数据基础。辅助识别模块主要处理被监控目标的设备信息、工况信息、环境Ih息、可见光摄像机/[目息。
[0122]设备信息:向系统提供被摄目标设备的详细技术参数，必要时可建立设备的3D模型。在分析烯烃气体泄漏时可通过观察泄漏点位置是否与设备相关而辅助判断该泄漏是否为烯烃气体泄漏。
[0123]工况信息:向系统提供被监控目标物料的动态、详细的技术参数。在探测到烯烃气体泄漏时可据此进行定量计算与判断。
[0124]环境信息:通过安装在被监控目标附近的气象观测仪器向系统提供实时的包括风速、风向、温度在内的环境信息。在探测到烯烃气体泄漏时可据此进行定量计算与判断。
[0125]可见光摄像机信息:可以将红外热成像仪设计成与可见光摄像机并行的系统或将监控同一目标的可见光摄像机连入本系统。综合对比红外热图像和可见光图像有助于提高烯烃气体泄漏探测的准确性。
[0126]在图像定性分析模块确定是否为烯烃气体泄漏时，以及定量分析和计算模块判断为哪级泄漏时引入辅助识别模块能够提高识别判断的速度和准确性。[0127]实施例六:
[0128]本实施例公开了另一种烯烃泄漏的监控系统。该监控系统包括探测单元，该探测单元包括红外热成像仪，所述红外热成像仪与实施例一中的红外热成像仪的结构相同，包括镜头，镜头接口，烯烃气体识别器，红外探测器和处理电路，编码电机。在正常状态下，空窗6-1正对红外探测器3，此时烯烃气体识别器没有启动，也就是烯烃气体识别器的带通滤波片不在成像的光路上，探测目标(此处的目标以化工场所的生产现场为例，但本实用新型不限于此)获得红外图像，这样做的优点是使镜头组汇集到的红外热辐射能量尽量多的被收集，不至于一开始就被带通滤波片所阻挡，这些红外热辐射能量被红外探测器也就是焦平面阵列转化为电信号，经过成像电路在显示器上显示出清晰的红外图像，更加有利于对生产现场安全的监控。
[0129]当后续的图像预分析模块在不启动烯烃气体识别器的情况下发现探测到的图像具有气体特征时，会给控制单元中的驱动电路发出指令，在电路板收到指令时，编码器电机5启动烯烃气体识别器，依次转动带通滤波片，对所通过的气体进行滤波，以对气体的种类进行判断。
[0130]本实施例中红外探测器3采用的焦平面阵列是3-5微米的中波焦平面阵列，则相应采用的烯烃气体识别器为中波烯烃气体识别器，由1-2片特定透过谱带的中波带通滤波片组成。烯烃气体识别器的俯视结构示意图如图8所示，在烯烃气体识别器的转盘上同样具有空窗6-1，黑体6-2，只是与具有实施例一相比，只具有两片带通滤波片6-6和6-7。本领域技术人员可以习知的，图8仅是一种示意图，实际上在烯烃气体识别器转盘上带通滤波片的位置和互相之间的间隔可以变动。
[0131]在化工场所的在线监控系统中，需要准确地判断泄漏的气体是否为烯烃气体，如果仅是一些无害的气体，如水蒸气等的出现，在判断不准确的情况下，将这些无害的气体误确定为烯烃气体而报警的话，造成成生产的停顿，会带来很大的经济损失，在本实施例中为了避免上述情况的出现，更精确地确定是烯烃气体，采用2片的带通滤波片，所述2片带通滤波片的中心波长位置分别为3.24±0.02微米和3.31 ±0.02微米。在另一种可选的方式中，也可以采用一片中心波长位置为3.24±0.02微米或3.31 ±0.02微米的带通滤波片。
[0132]由于探测单元在该监控系统中被设置在监控现场，该监控现场为化工生产场所，在整个探测单元的外部必须具有防爆护罩，并且具有与探测单元相连的防爆单元与供电单元，以保证探测单元的安全运行。
[0133]该监控系统还包括分析单元，对探测单元探测到的图像进行分析，所述探测单元包括图像预分析模块和图像定性分析模块，图像分析预模块中包括图形分析软件对所述探测单元所探测的图像进行分析，判断是否为气体。
[0134]该监控系统还包括控制与驱动单元，所述控制与驱动单元连接所述探测单元与分析单元，当分析单元中的图像预分析模块判断探测目标的红外图像具有为气体特征时，该控制与驱动单元通过驱动电路启动编码器电机，编码器电机转动烯烃气体识别器转盘，也就是启动烯烃气体识别器，使带通滤波片正对红外探测器3，在启动烯烃气体识别器之后，探测单元对探测目标进行成像，所述分析单元中的图像定性分析模块嵌入图形分析软件，具有烯烃气体识别功能，对启动烯烃气体识别器之后的图像进行分析。如前所述，在编码器电机转动带通滤波片时，带通滤波片在探测器表面要停留一段时间，保证软件能够在带通滤波片下接收至少3张完整的图像，图像定性分析模块中的烯烃气体分析软件对这些图像进行分析，分析待测气体是否通过所述烯烃气体识别器的带通滤光片。如在本实施例中如果编码器电机5启动，首先转动带通滤波片6-6，使带通滤波片6-6正对红外探测器3上，在红外成像的光路上，待测气体所成的红外图像被图像定性分析模块中的图形分析软件进行分析，如果认为待测气体通过带通滤波片，则控制单元中的驱动电路下指令，编码器电机5启动，转动带通滤波片6-7，如果图像定性分析模块认为待测气体没有通过带通滤波片6-6，则认为该气体不是烯烃气体，停止对气体的定性分析，编码器电机5使空窗6-1正对红外探测器3，回复到正常的监控状态。
[0135]如果待测气体能够全部通过上述的二片带通滤波片，则确定是为烯烃气体。
[0136]该监控系统还包括报警单元，当分析单元中的图像定性分析模块确定是烯烃气体时进行报警处理。
[0137]在一种优选的方式中，分析单元中还包括定量计算与判断模块，在图像定性分析模块利用图形分析软件对图像进行分析之后最终确定为烯烃气体时，该定量计算与判断模块对烯烃气体泄漏的情况进行定量计算与判断，决定报警等级并给出动态的扩散范围和危险范围等信息。
[0138]红外热成像仪提供测温功能，在对待测目标形成的红外图像上有温度显示。在另一种优选的方式中，该分析单元中还包括温度探测模块，对待测区域中的红外图像所显示的温度进行探测，监控和分析，如果发现温度升高，则采用定量计算与判断模块对该温度的变化进行计算和判断，启动相应不同的报警模式。
[0139]本实施例中的报警单元包括三级报警功能模块，分别为微小泄漏报警，持续泄漏报警，瞬时泄漏报警。
[0140]在本实施例所提供的监控系统中，包括用于对待测现场进行红外成像的探测单元，用于对成像结果进行分析和监控的图像预分析模块，用于对泄漏的气体进行定性分析的图像定性分析模块，以及根据图像预分析模块和图像定性分析模块的分析结果对红外成像仪中烯烃气体识别器进行控制的控制与驱动单元，用于对泄漏的状态进行分析与计算，判别为不同的泄漏的状态的定量计算与判断模块，以及具有三级报警模式的报警单元。该监控系统的各组成部分有机结合，对待测现场进行准确有效的监控，既能发现烯烃气体泄漏迅速报警，并且能够对应不同的泄漏状态启动不同的报警模式，可以针对不同的情况进行不同的处理，对生产的监控更加有效和细致，保证生产的安全，又防止误报警带来的损失。同时在优选的方式中，图像预分析模块中的温度探测模块对待测现场的温度进行实时监控，在有意外升温情况时迅速报警，防止意外升温引起的安全事故，保证生产的高度安全。
[0141]实施例七:
[0142]接下来详细描述采用实施例六中的监控系统对烯烃泄漏的监控方法。首先，红外热像仪不启动烯烃气体识别器首先，红外热像仪不启动烯烃气体识别器，也就是烯烃气体识别器的带通滤波片不在成像的光路上，烯烃气体识别器的转盘的空窗6-1正对红外探测器3，探测目标(此处的目标以化工场所的生产现场为例，但本实用新型不限于此)获得红外图像，这样做的优点是使镜头组汇集到的红外热辐射能量尽量多的被收集，不至于一开始就被带通滤波片所阻挡，这些红外热辐射能量被焦平面阵列转化为电信号，经过成像电路在显示器上显示出清晰的红外图像，更加有利于对生产现场安全的监控。
[0143]接着采用图像预分析模块中的图形分析软件分析所探测到红外图像分析是否具有气体特征，如果不具有气体特征，红外热像仪继续保持不触发烯烃气体识别器的状态，继续探测目标，也就是继续对生产现场进行正常的监控，如果图形分析软件分析出所探测到的红外图像具有气体特征，则采用控制和驱动单元中的驱动电路启动编码器电机，转动烯烃气体识别器转盘上的带通滤波片，使带通滤波片正对红外探测器3，采用图像定性分析模块判断此时获得的红外图像是否符合烯烃气体的特征。
[0144]判断的方法是首先控制和驱动单元中的驱动电路启动编码器电机，转动使带通滤波片6-6，使带通滤波片6-6正对红外探测器3，探测出红外图像，所述图像定性分析模块对启动中心波长为3.24±0.02微米的带通滤波片6-6之后探测单元所探测到的图像进行分析和识别，分析待测气体是否通过了带通滤波片6-6，如果不通过，证明该气体不是烯烃气体，可能为水蒸气等其他气体，则控制和驱动单元中的驱动电路通过编码器电机转动烯烃识别器转盘使带通滤波片6-6归位，空窗6-1正对红外探测器3，整个监控系统又回复到正常监控状态。如果烯烃气体分析软件认为待测气体通过了带通滤波片6-6，则控制和驱动单元中的通过编码器电机，转动烯烃识别器转盘，使带通滤波片6-7正对红外探测器3，也就是启动中心波长为3.31±0.02微米的带通滤波片6-7，红外成像仪探测出红外图像，所述分析单元中的图像定性分析模块对启动带通滤波片6-4之后探测单元所探测到的图像进行分析和识别，分析待测气体是否通过了带通滤波片6-7，如果不通过，证明该气体不是烯烃气体，可能为水蒸气，二氧化碳等其他气体，则控制和驱动单元中的驱动电路通过编码器电机转动烯烃识别器转盘使带通滤波片6-7归位，空窗6-1正对红外探测器3，整个监控系统又回复到正常监控状态。如果烯烃气体分析软件认为待测气体通过了带通滤波片6-7，认为待测气体具有烯烃气体的特征，确定红外图形中所呈现的气体特征为烯烃气体的气体特征，判断为烯烃气体泄漏。当然，本领域技术人员也可以选择一片中波带通滤波片，只要能够实现对烯烃气体的识别即可。
[0145]本实施例中，本实施例中，在图像定性分析模块利用图形分析软件对图像进行分析之后最终确定为烯烃气体时，再采用定量计算与判断模块对烯烃气体泄漏的情况进行定量计算与判断，决定报警等级并给出动态的扩散范围和危险范围等信息。
[0146]所述定量计算与判断模块可以利用系统输入的启动烯烃气体识别器之后得到的红外图像对待测区域的气体图形面积动态变化进行计算，计算的方式如下:
[0147]首先设定:
[0148]Pn=画面中任一监控区域内任一时间点N的气体图形面积；
[0149]Pm=同一监控区域内延后的一个时间点M的气体图形面积=Z ；
[0150]Fx=镜头组焦距；
[0151]Jx=镜头组视像角；
[0152]Lx=镜头组至被监控目标的间距；
[0153]Px=完整监控画面面积；
[0154]A S=时间变量=M-N ；
[0155]A P=面积变量=Pm/Pn
[0156]在一套监控系统确定的情况下，Fx，Jx，Lx，Px都为固定的值，在一定的时间变化范围内计算气体图形面积的变量，并且预先设定一组触发条件的值，如:
[0157]当Λ S〈X秒，ΛΡ〈Υ1，Pm<Zl时，定义为微小泄漏:
[0158]当Λ S〈X秒，Υ1< Δ P〈Y2，Zl〈Pm〈Z2时，定义为持续泄漏:
[0159]当Λ S〈X秒，ΛΡ>Υ2，Pm>Z2时，定义为瞬时泄漏。
[0160]接下来，举例来对上述公式进行解释:
[0161]如首先设定X=5，Yl=I，Y2=2, Zl=整个监控画面面积的20%，Ζ2=整个监控画面面积的60%。
[0162]也就是说在5s的时间范围内，红外热成像仪探测到的两幅画面相比，同一监控区域内延后的一个时间点M的气体图形面积Pm除以画面中任一监控区域内任一时间点N的气体图形面积Pn的值小于I,也就是后一个时间点M的气体图形面积比前一个时间点的图像面积还要小，并且后一个时间点M的气体图形面积小于整个监控画面面积的20%，证明气体泄漏的量非常小，随时间的变化气体的有逐渐消散的趋势，并且气体图形面积还不到整个监控画面面积的20%，则认为该泄漏为微小泄漏，后续采用的报警模式为第一级危险报警，提醒生产监控人员注意即可。
[0163]如果在所设定的5s的时间范围内，红外热成像仪探测到的两幅画面相比，同一监控区域内延后的一个时间点M的气体图形面积Pm除以画面中任一监控区域内任一时间点N的气体图形面积Pn的值为1.5，在I和2 之间，就是在5s的时间范围内，气体图形面积相对前一个时间点扩大了 50%，并且后一个时间点M的气体图形面积占整个监控画面面积的20%-60%之间，证明气体泄漏的量比较大，则认为该泄漏为持续泄漏，后续采用的报警模式为第二级危险报警，生产监控人员必须立即处理。
[0164]如果在所设定的5s的时间范围内，红外热成像仪探测到的两幅画面相比，同一监控区域内延后的一个时间点M的气体图形面积Pm除以画面中任一监控区域内任一时间点N的气体图形面积Pn的值为3，就是在5s的时间范围内，气体图形面积相对前一个时间点扩大了 2倍，并且后一个时间点M的气体图形面积大于整个监控画面面积的60%，证明气体泄漏的量非常大，则认为该泄漏为瞬时泄漏，后续采用的报警模式为第三级危险报警，提醒生产监控人员紧急处理。
[0165]针对上述三种情况，报警单元具有三级报警功能模块，当定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化判断为满足【瞬时泄漏】的条件时，三级报警功能模块直接启动第三级危险报警，此时屏幕显示报警信息、紧急报警声光报警器启动、屏幕动态显示气体扩散范围和危险范围；如果当定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化满足【持续泄漏)】的条件时，三级报警功能模块启动第二级危险报警，此时屏幕显示报警信息、警示报警声光报警器启动、屏幕动态显示气体扩散范围和危险范围；如果当定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化满足【微小泄漏】的条件时，三级报警功能模块启动第一级危险报警，此时屏幕显示报警信息。
[0166]以上的举例仅为解释之目的，实际上本领域技术人员可以根据监控的需要设定式中的X，Yl, Y2，Zl, Z2的值，定义各种泄漏的范围。
[0167]图形分析软件可以在一幅完整的画面内自由分隔出最多64个独立监控区域，对每个独立的监控区域的红外图像分析，定量计算与判断模块对每个独立监控区域的红外图像进行定量计算与判断，判断气体泄漏的等级，进而触发相应的各级报警。这样对待测目标的监控准确，及时并且细致。
[0168]除了上述定量计算与判断模块对红外图像中气体图像面积的变化进行的定量计算与判断外，在该报警装置中还包括对待测目标温度的监控与分析。
[0169]红外热成像仪提供测温功能，在对待测目标形成的红外图像上有温度显示。图像分析模块中除了包括上述的图形分析软件之外，还包括温度探测模块对该温度的变化进行探测与分析。
[0170]由于在化工场所，有机化合物在气化时因大量吸热会引起局部温度迅速变化，以及在大流量泄漏时因静电而引发火灾，从而导致局部温度急剧上升。因此该温度探测模块采用温度探测软件对待测目标的红外图像进行探测与分析，将探测与分析的结果传送到定量计算与判断模块，定量计算与判断模块发现达到报警条件时，即触发报警单元中的报警模块进行报警。
[0171]所述定量计算与判断模块利用温度探测模块的探测结果对待测区域的温度动态变化进行计算，所述温度变化为间隔一定时间前后，温度的升高量，计算的方式如下:
[0172]首先设定:
[0173]Tmax=画面中任一测温区域内的温度最高值；
[0174]Tn=画面中任一测温区域内任一时间点N的平均温度值；
[0175]Tm=同一测温区域内延后的一个时间点M的平均温度值；
[0176]A S=时间变量=M-N,在测温软件中取X秒以内的任一值；
[0177]A T=温度变量=Tm-Tn ；
[0178]设定一组触发温度报警条件的值，如:
[0179]当任一时间点，Tmax>E时，启动第三级危险报警。
[0180]当A S时间内，A T>D2时，启动第二级危险报警。
[0181]当A S时间内，Dl≤AT≤D2时，启动第一级危险报警。
[0182]D=温度差值；
[0183]接下来，举例来对上述公式进行解释:
[0184]如首先设定A S=15s, D1=2°C，D2=5°C，E=160°C为报警的触发条件。
[0185]也就是说在15s的时间范围内，红外热成像仪探测到的两幅画面相比，
[0186]在测温区域测到的温度差值小于5°C，也就是说在15s内，测温区域的温度升高
了，但升高的温度范围在2°C和5°C之间，则此时定量计算与判断模块触发第一级危险报
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目O
[0187]在测温区域测到的温度差值大于5°C，也就是说在15s内，测温区域的温度升高大于5°C，则此时此时定量计算与判断模块触发第二级危险报警。
[0188]如果在任一时间点中，测到画面中任一测温区域内的温度最高值Tmax大于160°C，认为出现了意外的异常，定量计算与判断模块不再进行温度变化的计算，直接触发第三级危险报警。
[0189]针对上述温度变化三种情况，报警单元具有三级报警功能模块，结果温度探测模块探测到温度满足【TmaX>160°C】的条件时，则定量计算与判断模块直接直接启动第三级危险报警，此时屏幕显示报警信息、紧急报警声光报警器启动、屏幕动态显示危险范围；如果定量计算与判断模块对温度变化的计算满足【A S〈15秒时，A T>±5°C】的条件时，三级报警功能模块启动第二级危险报警，此时屏幕显示报警信息、警示报警声光报警器启动、屏幕动态危险范围；如果定量计算与判断模块对温度变化的计算结果满足【Λ S〈15秒时，±2°C<A T (≤±5°C】的条件时，三级报警功能模块启动第一级危险报警，此时屏幕显示报警信息 ο
[0190]以上的举例仅为解释之目的，实际上本领域技术人员可以根据监控的需要设定式中的Λ S，Dl, D2，E的值，定义触发各级报警的条件。
[0191]同样，温度探测模块可以在一幅完整的画面内自由分隔出最多64个独立监控区域，对每个独立的监控区域的红外图像的温度进行探测与分析，定量计算与判断模块对每个独立监控区域的分析结果进行计算，判断报警等级触发相应的各级报警。这样对待测目标的监控准确，及时并且细致。
[0192]上述的对待测目标中气体图形面积变化的计算与判断与温度变化的计算与判断可以结合使用，当判断到待测目标中红外图像的气体面积或者温度中的任一满足报警条件时，则触发报警。
[0193]也就是说，以上述所举实例为例，如果温度探测结果满足【TmaX>160°C】的条件或者当定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化判断为满足【瞬时泄漏】的条件时，三级报警功能模块直接启动第三级危险报警；如果定量计算与判断模块对温度变化的计算满足【Λ S〈15秒时，Λ T>±5°C】的条件或定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化判断为满足【持续泄漏】的条件时，三级报警功能模块启动第二级危险报警；如果定量计算与判断模块对温度变化的计算判断为满足【Λ S〈15秒时，±2°C≤Λ T ( ±5°C】的条件或定量计算与判断模块通过气体图像面积的变化判断为满足【微小泄漏】的条件时，三级报警功能模块启动第一级危险报警。
[0194] 本实施例中的报警单元包括三级报警功能模块，分别为第一级报警，第二级报警，第三级危险报警。在报警单元中还包括显示装置，显示发生烯烃气体泄漏的位置、烯烃气体扩散的范围和温度异常发生的位置，便于及时处理。
[0195]本实施例中，在能够对确定有烯烃气体泄漏的情况下，采用定量计算与判断模块，对泄漏的状态进行分析与计算，判别为不同的泄漏的状态，采用三级报警的模式对应不同的泄漏状态启动不同的报警模式，可以针对不同的情况进行不同的处理，对生产的监控更加有效和细致，对于生产效率的提高和安全保障的加强起到了重要作用。
[0196]在本说明书中分析单元由具有数据处理能力，能够运行软件的计算机系统实施。所述图像预分析模块、图像定性分析模块、定量计算与判断模块、温度探测模块、辅助识别模块、报警功能模块可以是集成到该计算机系统中的固件，也可以是可以与计算机系统相分离的软件。
[0197]注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
【权利要求】
1.一种烯烃气体泄漏的监控系统，包括: 探测单元，包括红外热成像仪，所述红外热成像仪中包含烯烃气体识别器和红外探测器，所述烯烃气体识别器包括带通滤波片和空窗，在启动烯烃气体识别器之前，所述空窗与所述红外探测器正对，在所述启动烯烃气体识别器之后，所述带通滤波片与所述红外探测器正对，所述探测单元用于对待测区域进行探测和成像； 分析单元，包括图像预分析模块和图像定性分析模块，图像预分析模块对启动烯烃气体识别器之前所述探测单元所探测的图像进行分析，判断是否为气体，图像定性分析模块对烯烃气体识别器启动之后所述探测单元所探测的图像进行识别和分析，判断是否为烯烃气体； 控制与驱动单元，连接所述探测单元和分析单元，根据分析单元的分析结果控制和驱动探测单元中的烯烃气体识别器； 报警单元，连接所述分析单元，根据所述分析单元的分析结果进行报警；其中所述图像预分析模块和图像定性分析模块是集成到计算机系统中的固件。
2.如权利要求1所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，所述分析单元中还包括定量计算与判断模块，定量计算与判断模块中包括预设的触发各级报警的条件，在图像定性分析模块进行定性分析之后，对待测区域的红外图像气体面积的变化进行计算与判断，启动不同类型的报警，所述气体图形面积变化的计算为间隔一定时间前后，气体图像面积变化的比率，其中所述定量计算与判断模块是集成到计算机系统中的固件。
3.如权利要求1所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，图像定性分析模块分析待测气体是否通过所述烯烃气体识别器的带通滤光片，当判断待测气体通过带通滤波片时，确定待测气体为烯烃气体。
4.如权利要求1所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，所述分析单元中还包括温度探测模块，所述温度探测模块对待测区域的红外图像的温度进行探测和分析，其中所述温度探测模块是集成到计算机系统中的固件。
5.如权利要求4所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，所述分析单元中还包括定量计算与判断模块，定量计算与判断模块中包括预设的触发各级报警的条件，在监控过程中，对待测区域的红外图像显示的温度变化进行计算与判断，启动不同类型的报警。
6.如权利要求1-5中任一所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，所述烯烃气体识别器包括转盘，所述带通滤波片和空窗设置在所述转盘上。
7.如权利要求6所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，所述烯烃气体识别器中包括3-5片长波带通滤光片或2片中波带通滤波片。
8.如权利要求6所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，所述烯烃气体识别器中包括3片长波带通滤光片，其中心波长分别为10.1±0.02,10.399±0.02,12.28±0.02微米；或者所述烯烃气体识别器中包括5片长波带通滤光片，其中心波长分别为10.1±0.02、10.37±0.02 ,10.399±0.02,11.24±0.02,12.28±0.02 微米；或者所述烯烃气体识别器中包括2片中波带通滤光片，其中心波长分别3.24±0.02、3.31±0.02微米。
9.如权利要求2或5所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，所述报警单元中包括三级报警功能模 块，其中所述报警功能模块是集成到计算机系统中的固件。
10.如权利要求1-5中任一所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，该分析单元还包括辅助识别模块，该辅助识别模块处理的信息有待测区域的设备信息、工况信息、环境信息、可见光摄相机信息中的一种或几种，其中所述辅助识别模块是集成到计算机系统中的固件。
11.如权利要求1-5中任一所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，所述报警单元中还包括显示装置，以显示烯烃气体泄漏或温度异常发生的位置。
12.如权利要求1-5 中任一所述的烯烃气体泄漏的监控系统，其中，还包括与探测单元相连的防爆与供电单元。
【文档编号】G08B21/12GK203537498SQ201320217002
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】黄晓家, 张力, 陈祥初, 孟思齐, 王明会, 王军 申请人:北京格宝应用技术有限公司