一种一氧化碳检测及排放源定位装置及方法与流程

本发明涉及气体监测设备，具体涉及一种一氧化碳检测及排放源定位装置及方法。

背景技术：

1、随着工业的快速发展，人们对化石燃料的需求不断增加，大量的温室气体排放导致全球温室效应加剧。有些温室气体虽然在大气中的体积分数很小，但对环境以及人们的日常生产活动会产生极大地影响。如一氧化碳气体是大气污染中的重要成分之一，一氧化碳在大气中经过一系列化学反应后会生成臭氧，这是臭氧的重要来源之一；一氧化碳进入水体与土壤中，会降低其含氧量，导致生物死亡，对其生态系统造成破坏，同时，一氧化碳也是一种剧毒气体，当成年男性置身于200ppm一氧化碳浓度的的环境中，2～3小时后，就会出现头晕、恶心、四肢无力的状况。

2、在火电厂发电、石化冶炼、化工制造等领域都会产生大量的一氧化碳。另外，居民用煤气管道在室外会发生泄露，如果在人口密集的居民区，煤气管道发生泄露，对当地居民的生命财产安全造成巨大的危害。因此，对一氧化碳进行检测，并对其排放源进行定位是十分必要的。如专利号cn114994241b公开了一氧化碳排放检测设备，用于在使用时通过使用抽风机，将空气抽入到抽风装置的内部，经过过滤板过滤与冷凝板对空气进行第一步的过滤，而后的空气进入到溶液罐进行脱出硫化物、颗粒物与水蒸气等，脱除后的空气进入到冷凝箱的内部，将较为空气进行冷却，凝结出水滴，产生的溶液通过回流管回流到溶液罐的内部，使得本发明能够很好的保护设备的，防止出现腐蚀现象，有效的延长设备的使用寿命；但明显的，该检测设备安装于厂区内排放管内进行一氧化碳排放检测，但其并不能进行排放源的溯源，同时该设备利用现有传感器进行检测，无法实现一氧化碳检测过程中的数据解析、一氧化碳在空气中的扩散模型建模、结合定位算法确定一氧化碳泄露位置等功能，因此对于一氧化碳的检测精度和检测效果并不能满足目前对于一氧化碳检测的使用要求；专利号cn102439432b公开了一氧化碳选择性检测器，该检测器通过比较两个敏感层的信号得出一氧化碳的浓度，两个敏感层通过相同的金属氧化物层实现；但显然，该检测器也是仅用于一氧化碳的定位检测，而无法实现对于一氧化碳的溯源，以及无法利用特有的计算方法来实现对于一氧化碳排放源的准确定位。

3、因此针对以上问题，亟需设计一种一氧化碳检测及排放源定位装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种一氧化碳检测及排放源定位装置及方法，本装置通过ndir传感器的设置，能够实现对浓度在0-2000ppm的一氧化碳气体的检测，同时实现对于一氧化碳排放源的准确定位和溯源，具有检测精度高和溯源效果好的特点。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种一氧化碳检测及排放源定位方法，包括

4、步骤1.实时采集一氧化碳浓度，探测点的经纬度和高度、风速风向；

5、步骤2.对步骤1采集的数据进行解析与处理；

6、步骤3.计算一氧化碳浓度随时间及位置的扩散系数；

7、步骤4.根据扩散系数建立一氧化碳在空气中的扩散模型；

8、步骤5.在一氧化碳在空气中的扩散模型中，结合定位算法确定一氧化碳泄露位置。

9、优选的，步骤1所述的实时采集一氧化碳浓度，探测点的经纬度和高度、风速风向的过程基于一氧化碳检测及排放源定位装置实现，所述一氧化碳检测及排放源定位装置用于浓度为0-2000ppm的一氧化碳气体的测量。

10、优选的，步骤3所述的一氧化碳浓度随时间及位置的扩散系数为

11、d＝-0.0043×k×t1.5

12、式中：ma为空气的摩尔质量，mb为一氧化碳的空气质量，va为空气的摩尔体积，vb为一氧化碳的摩尔体积；t为当前温度。

13、优选的，步骤4所述的一氧化碳在空气中的扩散模型包括无风时的扩散模型和有风时的扩散模型；

14、无风时的扩散模型为：

15、

16、式中：c(x，y，h，t)为在(x，y，h)处，t时刻时的一氧化碳浓度，(x，y，h)为检测装置的位置；k为一氧化碳扩散系数；d为探测点(x，y，h)距离排放源点(x0，y0，h0)直线距离；q为一氧化碳的释放速率；

17、有风时的扩散模型为：

18、

19、式中：vx为水平方向的风速，x为探测点的水平坐标，x0为泄漏点的水平坐标。

20、优选的，步骤5所述的确定一氧化碳泄露位置的过程包括

21、步骤51.初始化检测点，确定计算纬度为3维，设置检测点规模为ni，i个检测点为一个模型，第i个检测点的位置为(x1，y1，h1)、(x2，y2，h2)、…、(xi，yi，hi)，每个检测点的初始为v1、v2、…、vi，每个检测点的运动方向为θ1、θ2、…、θi，每个检测点的浓度为c1、c2、…、ci；

22、步骤52.对于第i个检测点，第j+1次模型运算，速度为vi(j+1)，位置为(xi(j+1)，yi(j+1)，hi(j+1))，运动方向为θi(j+1)，有

23、vi(j+1)＝m×vi(j)+α1×β1×fbest(j)+α2×β2×fi(j)

24、(xi(g+1)，yi(g+1)，hi(g+1))＝(xi(g)，yi(g)，hi(g))+k×vi(g)×θi(g)

25、其中，m为惯性权重，α1和α2为学习因子，β1和β2为系数，k为常数；

26、步骤53.计算检测点适应度fi

27、如果h(fi(g))<h(fi(g+1))，fbest(g+1)＝fi(g)，否则fbest(g+1)＝fi(g+1)。

28、一种ndir传感器，用于实现一氧化碳检测及排放源定位方法。

29、优选的，包括

30、激光器，设置在气室进气口处，用于发射红外光；

31、光电探测器，设置在气室出气口处，与激光器配合使用，用于获取红外信号，并通过运算放大电路与模数转换电路连接；

32、模数转换电路，模数转换电路的两个信号输入端分别与全球定位传感器和风速风向传感器连接；

33、微控制器，设置在模数转换电路的输出端，与模数转换电路和激光器连接。

34、优选的，所述的微控制器内嵌计算模块，利用如权利要求1-5任一项所述的一氧化碳检测及排放源定位方法将模数转换电路采集到的各种数字量反演为一氧化碳浓度值和fbest(g+1)；同时产生方波驱动信号，并通过驱动电路后控制激光器动作。

35、一种一氧化碳检测及排放源定位装置，包括ndir传感器。

36、优选的，还包括

37、上位机，上位机与微控制器无线连接，用于显示一氧化碳浓度值、风向风速和一氧化碳漏点的经纬度和高度。

38、本发明的有益效果是：本发明公开了一种一氧化碳检测及排放源定位装置及方法，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：

39、1.本发明设计了一种ndir传感器，所述ndir传感器通过通过激光器、光电探测器、微控制器和模数转换电路的设计，在使用时能够有效的对进入气室的一氧化碳浓度进行检测，能够精确、科学的测量一氧化碳浓度，并对一氧化碳排放源进行准确定位，达到保护环境、保障人民群众生命财产安全的目的；

40、2.本发明设计了一种一氧化碳检测及排放源定位装置，包括ndir传感器和上位机，用于在使用时能够用于浓度为0-2000ppm的一氧化碳气体的测量；

41、3.本发明设计了一种一氧化碳检测及排放源定位方法，本方法通过实时采集一氧化碳浓度，探测点的经纬度和高度、风速风向，数据解析与处理，计算一氧化碳浓度随时间及位置的扩散系数，建立一氧化碳在空气中的扩散模型以及结合定位算法确定一氧化碳泄露位置等过程来精确的检测到一氧化碳浓度，并对一氧化碳排放源进行准确定位，具有检测精度高和溯源效果好的优点。