一种微量氢气泄漏检测系统及方法

本发明涉及氢气泄漏检测，具体涉及一种微量氢气泄漏检测系统及方法。

背景技术：

1、氢能绿色环保可再生、来源广泛，且适应大规模储存，在温室效应日渐加剧，化石能源即将耗竭的今天，广受青睐。但氢能与常规能源相比，着火范围更宽、着火能更低、更容易泄漏、有更高的火焰传播速度、更容易爆炸。压缩氢气的储存和运输广泛存在于工业环境和日常生活中，常见应用场景如管廊、加氢站、氢燃料汽车车库等。由于压缩氢气的超高压、氢对储氢瓶的损伤、储氢瓶的材料劣化等安全隐患，压缩氢气在储存和运输期间有可能产生泄漏。若发生氢气泄漏，很可能造成重大财产损失和人员伤亡，为确保安全，需要及时进行氢气泄漏检测和定位。目前常用的氢气泄漏检测方法有红外成像检测法、压差法、放射性同位素法、声学法等等。常用的氢气泄漏定位方法有人工涂抹肥皂水、人工借助超声波检漏仪、工业声学成像仪等设备检漏等等。常用的氢气泄漏定位方法需要对可能泄漏的区域进行排查，人力成本高，检测耗时较长，无法在氢气泄漏后快速响应进行检漏，无法实现氢气泄漏位置的快速定位。

2、针对以上问题，如中国实用新型专利cn209641744u，发明名称“一种快速判断微量氢气泄漏部位的供氢系统”，公开了一种可用于车辆的快速定位氢气泄漏部位的供氢系统，原理是车载电脑采集各压力氢气传感器的压力值与安全值比对，若偏差超出3%，则可根据报警的氢气传感器快速定位出问题的供氢系统组件。但上述方案只能定位出发生氢气泄漏的供氢系统组件，不能定位氢气泄漏的具体位置。另外，上述方案的应用场景较窄，只适用于车载供氢系统，无法解决管廊、加氢站、车库等应用场景的氢气泄漏快速响应、快速定位的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种微量氢气泄漏检测系统及方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种微量氢气泄漏检测系统，包括：检测空间顶层，其设置于待检测氢气储存装置或氢气输送装置的上方，且检测空间顶层具有大致构成为平面的下表面；氢气传感器阵列，其设置于所述检测空间顶层的所述下表面上，所述氢气传感器阵列包括至少四个氢气传感器，至少一个所述氢气传感器与其它氢气传感器不位于同一直线上，每个所述氢气传感器均具有信号发射端，用于在检测到氢气时发送信号；以及，氢气泄漏位置检测装置，其用于接收氢气传感器的信号发射端发送的信号，并根据从至少四个不位于同一直线上的氢气传感器接收到的信号计算氢气泄漏位置。

4、应用本发明具有以下有益效果：经发明人研究发现，由于氢气密度远低于自然界空气的密度，当发生微量氢气泄漏时，其沿竖直方向的速度远大于沿水平方向的速度。因此，通过在氢气存储装置的上方设置检测空间顶层，在检测空间顶层的下表面布置氢气传感器，当发生微量氢气泄漏时，泄漏出的微量氢气沿竖直方向流动至下表面，然后沿下表面进行水平方面的扩散。向各个方向扩散的氢气就会被氢气传感器检测到，并且相对泄漏氢气与下表面的最初接触位置较近的氢气传感器就会优先检测到泄漏氢气。根据四个不位于同一条直线上的氢气传感器接收到的信号，就能够计算得到泄漏的氢气与下表面的最初接触位置（投影位置），而该投影位置沿竖直方向向下的投影即可判定为微量氢气泄漏位置。因此，应用本发明能够检测到微量氢气泄漏，并且可进一步地判定微量氢气泄漏的位置。同时，该装置可方便地应用于氢气输送管廊、加氢站、运输氢气车的车库等氢气储存装置或氢气输送装置。

5、可选的，氢气传感器阵列为矩形阵列。

6、可选的，氢气传感器阵列中的氢气传感器布置总数量，其中，，，p为沿检测空间顶层的长度方向布置的氢气传感器的数量，m为沿检测空间顶层的宽度方向布置的氢气传感器的数量，l为检测空间顶层的长度值，l间距为沿检测空间顶层的长度方向布置的相邻两个氢气传感器之间的间距，w为检测空间顶层的宽度值，w间距为沿检测空间顶层的宽度方向布置的相邻两个氢气传感器之间的间距。

7、可选的，氢气泄漏位置检测装置包括处理单元，处理单元内存储有每个氢气传感器的编号及位置信息，并且处理单元用于执行以下步骤：

8、s100：按照检测到氢气的时间顺序依次选择四个氢气传感器，将四个氢气传感器检测到氢气的时间依次记录为tn、tn+1、tn+2和tn+3，其中，n≥1且为整数，并且四个氢气传感器不位于同一条直线上；

9、s200：根据四个氢气传感器的位置以及四个氢气传感器检测到氢气的时间，计算得到泄漏氢气与检测空间顶层的最初接触位置，将最初接触位置判定为氢气泄漏位置在检测空间顶层下表面的投影位置；

10、s300：将投影位置沿竖直方向向下投影得到的位置判定为氢气泄漏位置。

11、可选的，处理单元在执行步骤s200时具体用于：

12、按照检测到氢气的时间顺序将四个氢气传感器依次记为第一氢气传感器、第二氢气传感器、第三氢气传感器和第四氢气传感器；

13、以第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线作为x轴，以第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为、方程为的两条双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第一双曲线；

14、以第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线作为x轴，以第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为、方程为的双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第二双曲线；

15、以第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线作为x轴，以第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为、方程为的双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第三双曲线；

16、其中，v为泄漏氢气沿检测空间顶层扩散的速度，l1为第一氢气传感器与第二氢气传感器之间的距离，l2为第一氢气传感器与第三氢气传感器之间的距离，l3为第一氢气传感器与第四氢气传感器之间的距离，，，，，，；

17、改变v的数值使得第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线相交于一点，判定该点为投影位置。

18、可选的，处理单元还用于在步骤s200和步骤s300之间执行以下步骤：

19、s210：至少一次重复进行步骤s100和步骤s200，并且每次重复进行时n取不同值。

20、可选的，检测空间顶层与氢气存储装置或氢气输送装置之间具有设定高度，设定高度配置为，能够使得从氢气存储装置或氢气输送装置泄漏出的氢气在接触到下表面之前保持沿竖直方向流动。

21、此外，本发明还提供了一种微量氢气泄漏检测方法，用于对氢气存储装置或氢气输送装置在线监测并且在发现氢气泄漏后判定氢气泄漏位置，该判定方法包括如下步骤：

22、s100：在氢气存储装置或氢气输送装置的上方设置检测空间顶层，检测空间顶层具有大致构成为平面的下表面，并在下表面布置多个用于检测氢气的氢气传感器，至少一个氢气传感器与其它氢气传感器不位于同一直线上，

23、s200：按照检测到氢气的时间顺序依次选择四个氢气传感器，将四个氢气传感器检测到氢气的时间依次记录为tn、tn+1、tn+2和tn+3，其中，n≥1且为整数，并且四个氢气传感器不位于同一条直线上；

24、s300：根据四个氢气传感器的位置以及四个氢气传感器检测到氢气的时间，计算得到泄漏氢气与平面的最初接触位置，将泄漏氢气与平面的最初接触位置判定为氢气泄漏位置在检测空间顶层的投影位置；

25、s400：将投影位置沿竖直方向向下投影得到的位置判定为氢气泄漏位置。本发明所提供的微量氢气泄漏检测方法与前述微量氢气泄漏检测系统的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

26、可选的，步骤s300包括：

27、按照检测到氢气的时间顺序将四个氢气传感器依次记为第一氢气传感器、第二氢气传感器、第三氢气传感器和第四氢气传感器；

28、以第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线作为x轴，以第一氢气传感器和第二氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为、方程为的两条双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第一双曲线；

29、以第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线作为x轴，以第一氢气传感器和第三氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为、方程为的双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第二双曲线；

30、以第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线作为x轴，以第一氢气传感器和第四氢气传感器之间的连线的中点作为原点，可得到实半轴为、焦点坐标为、方程为的双曲线，两条双曲线中靠近第一氢气传感器的记为第三双曲线；

31、其中，v为泄漏氢气沿平面扩散的速度，l1为第一氢气传感器与第二氢气传感器之间的距离，l2为第一氢气传感器与第三氢气传感器之间的距离，l3为第一氢气传感器与第四氢气传感器之间的距离，，，，，，；

32、改变v的数值使得第一双曲线、第二双曲线和第三双曲线相交于一点，判定该点为投影位置。

33、可选的，在步骤s300和步骤s400之间还包括如下步骤：

34、s310：至少重复一次进行步骤s200和步骤s300，并且每次重复进行时n取不同值。

35、本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。