多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法及系统与流程

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法及系统。

背景技术：

由于管道有害气体泄漏，特别是燃气管网发生泄漏造成人员伤亡和泄漏点爆炸的例子屡见不鲜，因此气体泄漏检测技术是关系到城市安全及人员安全的关键技术之一。

当前气体检测仪都是单机单通道的检测，同时只能对一个工件和一个泄漏点进行检测，如果在管路复杂等地方使用时需要多台气体检测仪才能满足检测效率要求；并且，单通道还存在着自动化程度低、效率低等问题，如果通过增加气体检测仪的台数提高效率，将使得其成本大幅提高，经济性差。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是：提供一种查找泄漏点效率高、准确性高且运行成本低的多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法及系统，以解决现有的气体检测效率低或采用多台气体检测仪造成的运行成本高的问题。

(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法，包括：

步骤1、通过多通道气体取样系统采集待测区域内的气体，所述多通道气体取样系统包括多个并行设置的集气管路，每个所述集气管路均设有一个电磁阀；

步骤2、通过气体处理系统对所述采集到的待测气体进行预处理；

步骤3、通过气体检测系统对预处理后的所述待测气体进行气体浓度检测，并通过信号采集系统将检测得到的当前的气体浓度值传输至控制系统；

步骤4、通过所述控制系统判断接收到的所述当前的气体浓度值是否超过预设气体浓度阈值，若超过，则执行步骤5；若未超过，则返回步骤1；

步骤5、根据所述当前的气体浓度值，基于二分法通过所述控制系统控制所述多个电磁阀的启闭并在所述多个集气管路中进行查找发生泄漏的集气管路，直至获取符合条件的集气管路。

其中，在步骤5中，在所述查找发生泄漏的集气管路的过程中，获取每次查找下的监测范围内的气体浓度平均值。

其中，该方法还包括步骤6、基于所述每次查找下的监测范围内的气体浓度平均值，通过预设的气体浓度分布模型计算所述监测范围内不同位置的浓度值，并通过显示屏根据不同浓度值对应的颜色显示气体浓度分析图。

其中，在步骤1中，所述多通道气体取样系统还包括多通道气体采集室，所述多通道气体采集室的进气口与所述多个集气管路连接，所述多通道气体采集室的出气口与所述气体处理系统连接。

其中，在步骤2中，所述气体处理系统包括水气检测装置及干燥模块，所述水气检测装置与所述多通道气体采集室的出气口连接，所述干燥模块通过动力模块与所述气体检测系统连接。

其中，在步骤3中，所述气体检测系统包括至少一个探测器。

其中，所述探测器的数量为多个，且所述探测器为甲烷探测器、乙烷探测器、硫化氢气体探测器、氧气浓度探测器、二氧化碳浓度探测器中的一种或多种组合。

本发明还提供了一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测系统，包括：

多通道气体取样系统，用于采集待测区域内的气体，所述多通道气体取样系统包括多个并行设置的集气管路，每个所述集气管路均设有一个电磁阀；

气体处理系统，用于对所述采集到的待测气体进行预处理；

气体检测系统，用于对预处理后的所述待测气体进行气体浓度检测；

信号采集系统，用于将检测得到的当前的气体浓度值发送至控制系统；

所述控制系统包括判断模块、控制模块及查找模块，所述判断模块用于根据预设气体浓度阈值判断所述集气管是否泄漏；所述控制模块用于控制所述多通道气体取样系统、气体处理系统、气体检测系统及信号采集系统的启停；所述查找模块用于基于二分法并通过所述控制模块控制所述多个电磁阀的启闭，以在所述多个集气管路中进行查找发生泄漏的集气管路，直至获取符合条件的集气管路。

其中，所述控制系统还包括：

计算模块，用于根据所述采集模块得到的气体浓度平均值，通过预设的气体浓度分布模型，计算监测范围内不同位置的浓度值；

显示模块，用于显示根据所述计算模块得到的监测范围内不同位置的浓度值对应的颜色。

其中，所述控制系统还包括：

声光报警模块，当所述采集模块得到的气体浓度高于所述预设气体浓度阈值时，所述声光报警模块同时发出声、光二种警报信号。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法，包括：步骤1、通过多通道气体取样系统采集待测区域内的气体，多通道气体取样系统包括多个并行设置的集气管路，每个集气管路均设有一个电磁阀；步骤2、通过气体处理系统对采集到的待测气体进行预处理；步骤3、通过气体检测系统对预处理后的待测气体进行气体浓度检测，并通过信号采集系统将检测得到的当前的气体浓度值传输至控制系统；步骤4、通过控制系统判断接收到的当前的气体浓度值是否超过预设气体浓度阈值，若超过，则执行步骤5；若未超过，则返回步骤1；步骤5、根据当前的气体浓度值，基于二分法通过控制系统控制多个电磁阀的启闭并在多个集气管路中进行查找发生泄漏的集气管路，直至获取符合条件的集气管路。本申请提供的气体监测方法只需通过一个气体检测系统就能对多个集气管路的泄漏情况进行实时监测，并通过控制系统基于二分法快速查找法控制电磁阀的启闭，以对发生泄漏的集气管路进行快速定位，查找时间短，自动化程度高，运行成本低；同时通过气体处理系统对待测气体进行预处理后再进行检测，提高了气体检测的准确率。

附图说明

图1是本发明一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法及系统实施例的气体监测方法的流程示意图；

图2是本发明一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法及系统实施例的二分法查找泄漏集气管路的流程示意图；

图3是本发明一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法及系统实施例的气体监测系统的结构框图；

图4是本发明一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法及系统实施例的气体监测系统中多通道气体取样系统的示意图；

图5为图4中多通道气体取样系统的多通道气体采集室与多个集气管路的布置方式示意图。

图中：1：多通道气体取样系统；1-1：电磁阀；1-2：集气管路；1-3：多通道气体采集室。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图2所示，一方面，本发明实施例提供了一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法，包括：

步骤1、通过多通道气体取样系统1采集待测区域内的气体，多通道气体取样系统1包括多个并行设置的集气管路1-2，每个集气管路1-2均设有一个电磁阀1-1；具体地，在本实施例中，以应用于管廊为例加以具体说明，多通道气体取样系统1包括多个并行设置的集气管路1-2，每个集气管路1-2的进气端分别伸入到不同的管道中，用于采用不同管道中的气体；每个集气管路1-2上均设有一个电磁阀1-1，该电磁阀1-1为常开式电磁阀1-1。

步骤2、通过气体处理系统对采集到的待测气体进行预处理；具体地，经多通道气体取样系统1采集后的气体除了包括甲烷、乙烷等可燃气体，还包括硫化氢、氧气、二氧化碳、水汽等，通过气体处理系统先对采集到的待测气体进行过滤作业，再进行水气分离作业及干燥作业，以避免气体中的水分含量很高而导致损坏探测器。

步骤3、通过气体检测系统对预处理后的待测气体进行气体浓度检测，并通过信号采集系统将检测得到的当前的气体浓度值传输至控制系统；具体地，根据实际需要，通过气体检测系统对预处理后的待测气体中所需气体成分的浓度进行实时检测，并通过信号采集系统将检测得到的气体数据信息输送至控制系统。

步骤4、通过控制系统判断接收到的当前的气体浓度值是否超过预设气体浓度阈值，若超过，则执行步骤5；若未超过，则返回步骤1；其中，若涉及多种气体，则针对每一种气体类型相应设定一个气体浓度阈值；具体地，气体浓度阈值可根据实际实施条件进行灵活调整。

步骤5、根据当前的气体浓度值，基于二分法通过控制系统控制多个电磁阀的启闭并在多个集气管路中进行查找发生泄漏的集气管路，直至获取符合条件的集气管路。

具体地，本申请提供的气体监测方法只需通过一个气体检测系统就能对多个集气管路的泄漏情况进行实时监测，并通过控制系统基于二分法快速查找法控制电磁阀的启闭，以对发生泄漏的集气管路进行快速定位，查找时间短，自动化程度高，运行成本低；同时通过气体处理系统对待测气体进行预处理后再进行检测，提高了气体检测的准确率。

在本实施例中，假设一共有n个并行设置的集气管路(即监测n个测点)，相应的有n个电磁阀，按照测点位置顺序，电磁阀依次编号为1～n；P0为预设的气体浓度阈值。

Step1、输入边界值，L＝1，M＝n，C＝1；正常状态下，n个电磁阀全开，通过气体检测系统检测当前待测气体的气体浓度为Pi；

Step2、当Pi≥P0时，认为发生了泄漏，1～n个电磁阀对应的区域为疑似泄漏区域；

Step3、假定X0＝int[(M-L)]/2，其中，若M为奇数，则X0＝(M+1-L)/2；若M为偶数，则X0＝(M-L)/2；

开启L～X0对应范围内的编号对应的电磁阀，关闭其它电磁阀，通过气体检测系统检测当前待测气体的气体浓度为Pi+1，若Pi+1≥Pi，则认为L～X0所对应的范围内的编号的电磁阀对应的检查区域为疑似泄漏区域。若Pi+1＜Pi，则认为X0～M所对应的范围内的编号的电磁阀对应的检查区域为疑似泄漏区域。

Step4、对于每次算出的疑似泄漏区域，重复Step3中的计算过程，当疑似泄漏区域对于的电磁阀只有一个时，即当abs(M-L)≤1时停止计算，输出X0，并且认为X0对应的管路就是离泄漏源最近的测点。

在步骤5中，在查找发生泄漏的集气管路的过程中，获取每次查找下的监测范围内的气体浓度平均值。进一步地，该方法还包括步骤6、基于每次查找下的监测范围内的气体浓度平均值，通过预设的气体浓度分布模型计算监测范围内不同位置的浓度值，并通过显示屏根据不同浓度值对应的颜色显示气体浓度分析图。

具体地，预设的气体浓度分布模型可通过下述步骤建立完成，在本实施例中，以高斯分布模型为例：基于上述每次查找下的监测范围内的气体浓度平均值，即获得了每次查找下的监测范围内不同的任意位置浓度值，建立位置与浓度的函数关系；采用数据拟合方法，设置好拟合高斯方程，并进行反复迭代计算，求解高斯方程中的未知参数，当相似度最高时，就认为是这个方程的未知参数的解，建立气体浓度分布模型；输入位置坐标信息，求得相应位置处的气体浓度值，最终以气体浓度分析图的形式显示在显示屏上。其中，不同的气体浓度值对应不同的颜色，比如浓度值越高，红色越深，浓度值越低，红色越浅。

进一步地，在步骤1中，多通道气体取样系统1还包括多通道气体采集室1-3，多通道气体采集室1-3的进气口与多个集气管路1-2连接，多通道气体采集室1-3的出气口与气体处理系统连接。在本实施例中，多通道气体采集室1-3为圆形，多个集气管路1-2以多通道气体采集室1-3的中心点为中心绕设一周，同时，在电磁阀1-1与多通道气体采集室1-3的进气口之间还可以加一个溢流阀，以保证各个进气口的气体流量不会相差太大，进而以确保后续气体检测结果的准确性。

进一步地，在步骤2中，气体处理系统包括水气检测装置及干燥模块，水气检测装置与多通道气体采集室1-3的出气口连接，干燥模块通过动力模块与气体检测系统连接。水气检测装置可以为水气分离器，以对待测气体中的水气进行分离，防止损坏探测器；其中，水气分离器的数量可根据实际条件进行灵活调整。干燥模块可以为填充有干燥硅胶的干燥器，以对水气分离后的待测气体进行进一步地干燥，利于提高后续气体检测的可靠性及维护整个气体监测系统的长期运行。

进一步地，在步骤3中，气体检测系统包括至少一个探测器。在本实施例中，探测器的数量为多个，且探测器为甲烷探测器、乙烷探测器、硫化氢气体探测器、氧气浓度探测器、二氧化碳浓度探测器中的一种或多种组合；具体可根据实际需要对探测器的种类和数量进行灵活选择和设置。其中，每个探测器均设有信号发射装置，以将采集到的气体浓度值发送至信号采集系统。

如图3至图5所示，另一方面，本发明还提供了一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测系统，包括：

多通道气体取样系统1，用于采集待测区域内的气体，多通道气体取样系统1包括多个并行设置的集气管路1-2，每个集气管路1-2均设有一个电磁阀1-1，电磁阀1-1为常开式电磁阀1-1；具体地，该多通道气体取样系统1还包括多通道气体采集室1-3，多通道气体采集室1-3的进气口与多个集气管路1-2连接，优选地，多通道气体采集室1-3为圆形，多个集气管路1-2以多通道气体采集室1-3的中心点为中心绕设一周，以使得各个集气管路1-2流入多通道气体采集室1-3的气体尽量均匀地进入气体处理系统，进而以提高后续气体检测的准确性。特别的，多通道气体取样系统1还可包括气泵，以便从待测区域内抽取待测气体。

另外，在电磁阀1-1和集气管路1-2与多通道气体采集室1-3的进气口之间还可以加一个溢流阀，以保证各个进气口的气体流量不会相差太大，进而以确保后续气体检测结果的准确性。

气体处理系统，与多通道气体采集室1-3的出气口连接，用于对采集到的待测气体进行预处理；在本实施例中，气体处理系统包括水气检测装置及干燥模块，还可包括设在水气检测装置之前的过滤装置，已对采集到的待测气体依次进行过滤、水气分离和进一步地干燥作业，以利于提高后续气体检测的准确性。

气体检测系统，与气体处理系统连接，用于对预处理后的待测气体进行气体浓度检测；在本实施例中，气体检测系统包括至少一个探测器，且探测器为甲烷探测器、乙烷探测器、硫化氢气体探测器、氧气浓度探测器、二氧化碳浓度探测器中的一种或多种组合；其中，每个探测器均设有信号发射装置，以将采集到的气体浓度值发送至信号采集系统。

信号采集系统，与气体检测系统连接，用于将检测得到的当前的气体浓度值通过传输设备发送至控制系统；并且在查找发生泄漏的集气管路的过程中，采集每次查找下的检测区域的气体浓度平均值，为后续气体浓度分析图的形成提供数据基础。

具体地，控制系统包括判断模块、控制模块及查找模块，判断模块用于根据预设气体浓度阈值判断集气管是否泄漏；控制模块用于控制多通道气体取样系统、气体处理系统、气体检测系统及信号采集系统的启停，在本实施例中，控制模块还用于控制所有用电设备的供电状态，包括多个电磁阀的启闭、气泵的启闭、传输设备的启闭、溢流阀的启闭及探测器的启闭等；查找模块用于基于二分法并通过控制模块控制多个电磁阀的启闭，以在多个集气管路中进行查找发生泄漏的集气管路，直至获取符合条件的集气管路；查找时间短，自动化程度高，实现了对泄漏管路的快速定位。

进一步地，控制系统还包括：

计算模块，用于根据采集模块得到的气体浓度平均值，通过预设的气体浓度分布模型，计算监测范围内不同位置的浓度值，为后续气体浓度分析图的形成提供数据基础；在本实施例中，计算模块为电路板上的嵌入式程序，通过该嵌入式程序计算监测范围内不同位置的浓度值；

显示模块，用于显示根据计算模块得到的监测范围内不同位置的浓度值对应的颜色，直观清楚，工作人员可根据气体浓度分析图对当前泄漏管路的泄漏程度做预判，并根据实际浓度分布做出相应的维修措施。

进一步地，控制系统还包括：

声光报警模块，当采集模块得到的气体浓度高于预设气体浓度阈值时，声光报警模块同时发出声、光二种警报信号。具体地，气体检测系统中的探测器将气信号转换成电压信号或电流信号传送到声光报警模块，当采集模块得到的气体浓度高于预设气体浓度阈值时，声光报警模块同时发出声、光二种警报信号，值班人员及时采取安全措施，避免燃爆事故发生。

特别的，本申请提供的多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测系统还包括与信号采集系统连接的上位机系统，上位机系统对信号采集系统发出指令，信号采集系统接收该指令并将该指令发送给控制系统，通过控制系统中的控制模块以对多通道气体取样系统(包括电磁阀)、气体处理系统、气体检测系统的启闭进行控制，进而实现人对设备的远程操作。其中，上位机系统发送数值信号指令至信号采集系统，信号采集系统将采集到的数值信号指令转换为电信号并将电信号发送至控制模块。

综上所述，本发明提供了一种多通道实时监测且能快速定位泄漏的气体监测方法，包括：步骤1、通过多通道气体取样系统采集待测区域内的气体，多通道气体取样系统包括多个并行设置的集气管路，每个集气管路均设有一个电磁阀；步骤2、通过气体处理系统对采集到的待测气体进行预处理；步骤3、通过气体检测系统对预处理后的待测气体进行气体浓度检测，并通过信号采集系统将检测得到的当前的气体浓度值传输至控制系统；步骤4、通过控制系统判断接收到的当前的气体浓度值是否超过预设气体浓度阈值，若超过，则执行步骤5；若未超过，则返回步骤1；步骤5、根据当前的气体浓度值，基于二分法通过控制系统控制多个电磁阀的启闭并在多个集气管路中进行查找发生泄漏的集气管路，直至获取符合条件的集气管路。本申请提供的气体监测方法只需通过一个气体检测系统就能对多个集气管路的泄漏情况进行实时监测，并通过控制系统基于二分法快速查找法控制电磁阀的启闭，以对发生泄漏的集气管路进行快速定位，查找时间短，自动化程度高，运行成本低；同时通过气体处理系统对待测气体进行预处理后再进行检测，提高了气体检测的准确率。

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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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各实施例技术方案的精神和范围。