一种基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统

摘要

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，包括：设置在危险气体管线上的光发射器和光接收器，与光接收器信号连接的分析器。所述光发射器发射的检测激光浮于危险气体管线的管壁外侧，且与危险气体管线不接触。所述光发射器发射的检测激光为持续激光或脉冲激光。所述光接收器接收光发射器发出的检测激光，并产生光电信号。所述分析器接收光接收器发出的光电信号后进行危险气体泄漏判断分析，如判断结果为存在危险气体泄漏，则向报警器或远程监控系统发送报警指令。所述检测激光为紫外光激光。本发明实现了针对危险气体管线的多点或定点自动检测，针对的目标气体包括了常见的危险气体，具有非常广泛的适用性。

权利要求

1.一种基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，其特征在于，包括：设置在危险气体管线上的光发射器和光接收器，与光接收器信号连接的分析器；所述光发射器发射的检测激光浮于危险气体管线的管壁外侧，且与危险气体管线不接触；所述光发射器发射的检测激光为持续激光或脉冲激光；所述光接收器接收光发射器发出的检测激光，并产生光电信号；所述分析器接收光接收器发出的光电信号后进行危险气体泄漏判断分析，如判断结果为存在危险气体泄漏，则向报警器或远程监控系统发送报警指令；所述检测激光为紫外光激光；

在危险气体管线上设置至少一个反射镜，所述光发射器发出的检测激光被至少一个反射镜反射后，在危险气体管线外侧壁上方位置处与危险气体管线不接触的地方形成折线型的检测光路，所述光接收器位于检测光路末端；通过至少一个反射镜的设置使得检测光路沿危险气体管线轴向的总长度缩短，或使得检测光路成为沿危险气体管线走线排布方式的光路传播路径；

此时：

在检测点没有发生气体泄漏的情况下，紫外光线在环境气体中沿光路路径传播，并最终照射到光接收器上；

光接收器接收并转换光信号：光接收器被紫外光线照射后，光信号被传感器接收后转换为相应的电信号；在正常情况下，光接收器会持续接收到光信号；此时分析器可以接收到持续光电信号或符合脉冲频率的光电信号；

当出现危险气体泄漏时：侵入光路的危险气体会导致紫外光在危险气体分子的接触面上发生折射，当侵入光路的危险气体量较大时，紫外光的光路总体趋向偏折，并最终使得紫外光线偏离光接收器的接收端，此时光接收器不再接受紫外光而产生光电信号；此时，分析器根据光接收器光电信号的变化，即可判断光路中是否存在泄露点。

2.根据权利要求1所述的基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，其特征在于，所述光接收器设有一个光电检测器，并在所述光电检测器的接收端设有将光线汇聚至检测端的透镜。

3.根据权利要求2所述的基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，其特征在于，所述危险气体泄漏判断分析包括：当分析器超过第一预设时间没有接收到光接收器发出的光电信号时，判断为存在危险气体泄漏。

4.根据权利要求1所述的基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，其特征在于，所述光接收器设有数个呈矩阵式排列的光电检测器，并在所述光电检测器的接收端覆盖有平面透光镜。

5.根据权利要求4所述的基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，其特征在于，所述危险气体泄漏判断分析包括：当分析器超过第一预设时间没有接收到任一来自光接收器发出的光电信号时，判断为存在危险气体泄漏。

6.根据权利要求5所述的基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，其特征在于，所述光接收器内每个光电检测器都设有地址编码，光接收器向分析器发送光电信号时，绑定产生光电信号的光电检测器地址编码信息；

所述危险气体泄漏判断分析包括：

首先，将矩阵式排列的光电检测器，以预设接收光信号的光电检测器为中心检测器，围绕中心检测器的其余光电检测器呈环状设置：非警报区和警报区；

当产生光电信号的光电检测器地址发生变化时，判断当前产生光电信号的光电检测器属于非警报区还是警报区，如属于非警报区则不发生报警，如属于警报区则进行报警。

7.根据权利要求6所述的基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，其特征在于，所述警报区至少分为靠近中心检测器的一级警报区、远离中心检测器的二级警报区，以及无光电信号的三级警报区；

当产生光电信号的光电检测器属于一级警报区时，分析器向报警器和巡检人员发送报警信息；

当产生光电信号的光电检测器属于二级警报区或三级警报区时，分析器向报警器和监控系统发送报警信息。

说明书

一种基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统

技术领域

[0001] 本发明涉及危险气体安全传输技术领域，尤其涉及一种基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统。

背景技术

[0002] 在工业生产过程中，常常涉及到各种有害或危险气体的使用，然而这些气体的泄漏不仅可能对环境造成污染，还可能威胁人们的生命安全。目前，主要的气体泄漏检测方法包括手持设备、超声波传感器检测和红外光谱检测三种。

[0003] 手持设备检测一般用于针对可以快速检测的危险气体，基于气体快速检测原理，通过吸入危险气体管线周围的空气进行快速检测的方式判断检测危险气体管线周围的空气中是否含有目标危险气体。由于不是所有的危险气体都能实现快速检测，因此该设备运用范围有限，且需要人工长时间多点巡检危险气体管线，费时费力的同时，容易出现漏检。

[0004] 超声波传感器检测主要利用超声波在不同气氛介质中传播的会发生相应变化的原理进行检测，但是超声波对由于气氛介质的变化而产生的信息变化非常小，因此要求设备的精度很高，因此就存在设备过敏过检以及使用和维护成本高昂的问题。

[0005] 红外光谱检测主要利用红外光会被不同的气氛介质吸收而发生吸收峰变化的原理进行检测，但是有时泄漏量不大的，红外光谱吸收峰的变化并不明显，很可能不能及时发现泄漏点。当发现泄漏点时已经难以采取低成本的补救措施进行补救。

发明内容

[0006] 为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，包括：设置在危险气体管线上的光发射器和光接收器，与光接收器信号连接的分析器。所述光发射器发射的检测激光浮于危险气体管线的管壁外侧，且与危险气体管线不接触。所述光发射器发射的检测激光为持续激光或脉冲激光。所述光接收器接收光发射器发出的检测激光，并产生光电信号。所述分析器接收光接收器发出的光电信号后进行危险气体泄漏判断分析，如判断结果为存在危险气体泄漏，则向报警器或远程监控系统发送报警指令。所述检测激光为紫外光激光。

[0007] 进一步的，所述光发射器位于危险气体管线一侧，所述光接收器位于危险气体管线另一侧，所述光发射器与光接收器相向设置，并使得检测激光的光路呈沿危险气体管线轴向或径向方向直线传播。

[0008] 进一步的，所述光发射器和光接收器位于危险气体管线上的同一侧，并在危险气体管线另一侧设置反射镜。光发射器发出的检测激光沿危险气体管线外侧壁上方位置处传播，被反射镜反射后，由光接收器接收。

[0009] 进一步的，在危险气体管线上设置数个反射镜，所述光发射器发出的检测激光被数个反射镜反射后，在危险气体管线外侧壁上方位置处与危险气体管线不接触的地方形成折线型的检测光路，所述光接收器位于检测光路末端。

[0010] 进一步的，所述光接收器设有一个光电检测器，并在所述光电检测器的接收端设有将光线汇聚至检测端的透镜。

[0011] 进一步的，所述危险气体泄漏判断分析包括：当分析器超过第一预设时间没有接收到光接收器发出的光电信号时，判断为存在危险气体泄漏。

[0012] 进一步的，所述光接收器设有数个呈矩阵式排列的光电检测器，并在所述光电检测器的接收端覆盖有平面透光镜。

[0013] 进一步的，所述危险气体泄漏判断分析包括：当分析器超过第一预设时间没有接收到任一来自光接收器发出的光电信号时，判断为存在危险气体泄漏。

[0014] 进一步的，所述光接收器内每个光电检测器都设有地址编码，光接收器向分析器发送光电信号时，绑定产生光电信号的光电检测器地址编码信息。

[0015] 所述危险气体泄漏判断分析包括：

[0016] 首先，将矩阵式排列的光电检测器，以预设接收光信号的光电检测器为中心检测器，围绕中心检测器的其余光电检测器呈环状设置：非警报区和警报区。

[0017] 当产生光电信号的光电检测器地址发生变化时，判断当前产生光电信号的光电检测器属于非警报区还是警报区，如属于非警报区则不发生报警，如属于警报区则进行报警。

[0018] 进一步的，所述警报区至少分为靠近中心检测器的一级警报区、远离中心检测器的二级警报区，以及无光电信号的三级警报区。

[0019] 当产生光电信号的光电检测器属于一级报警报区时，分析器向报警器和巡检人员发送报警信息。

[0020] 当产生光电信号的光电检测器属于二级报警报区或三级警报区时，分析器向报警器和监控系统发送报警信息。

[0021] 本发明至少具有以下优点中的一个：

[0022] 1.本发明可以实现针对危险气体管线的多点或定点自动检测，针对的目标气体包括了常见的危险气体，如：氢气，具有非常广泛的适用性。

[0023] 2.本发明主要利用的是紫外光的高折射率特性，因此对危险气体管线周围空气中是否存在危险气体具有良好的检测敏感度，既不容易发生过检，又不容易发生漏检。

附图说明

[0024] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0025] 图1是本发明检测激光的直线型光路结构示意图。

[0026] 图2是本发明检测激光的一次反射光路结构示意图。

[0027] 图3是本发明检测激光的多次反射光路结构示意图。

具体实施方式

[0028] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

[0029] 请注意，本发明为了描述位置关系所使用的“上方”、“下方”、“左方”、“右方”、“顶端”、“顶部”、“底端”、“底部”等，并不代表各模块/构件/组件/部件/零件之间的相互之间的绝对位置关系，而是各模块/构件/组件/部件/零件之间的相对位置关系。实施例1

[0030] 一种基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，如图1所示，包括：设置在危险气体管线上的光发射器和光接收器，与光接收器信号连接的分析器。所述光发射器发射的检测激光浮于危险气体管线的管壁外侧，且与危险气体管线不接触。所述光发射器发射的检测激光为持续激光或脉冲激光。所述光接收器接收光发射器发出的检测激光，并产生光电信号。所述分析器接收光接收器发出的光电信号后进行危险气体泄漏判断分析，如判断结果为存在危险气体泄漏，则向报警器或远程监控系统发送报警指令。所述检测激光为紫外光激光。

[0031] 所述光发射器位于危险气体管线一侧，所述光接收器位于危险气体管线另一侧，所述光发射器与光接收器相向设置，并使得检测激光的光路呈沿危险气体管线轴向或径向方向直线传播。

[0032] 本发明利用紫外光实现对危险气体管线泄漏点进行自动检测的原理在于：

[0033] 在检测点没有发生气体泄漏的情况下，紫外光线在环境气体（一般为空气）中以直线路径传播，并最终照射到光接收器上。

[0034] 光接收器接收并转换光信号：光接收器被紫外光线照射后，光信号被传感器接收后转换为相应的电信号。在正常情况下，光接收器会持续接收到光信号。此时分析器可以接收到持续光电信号或符合脉冲频率的光电信号。

[0035] 当出现危险气体泄漏时：侵入光路的危险气体会导致紫外光在危险气体分子的接触面上发生折射，当侵入光路的危险气体量较大时，紫外光的光路总体趋向偏折，并最终使得紫外光线偏离光接收器的接收端，此时光接收器不再接受紫外光而产生光电信号。此时，分析器根据光接收器光电信号的变化，即可判断光路中是否存在泄露点。

[0036] 例如：紫外光线以介质界面45°方向入射，形成45°的入射角，同时气体泄露监测点与光接收器的距离是30 m；根据斯涅尔定律，n1·sinα=n2·sinθ，其中：n1, n2表示入射和折射介质的折射率，sinα表示入射角的正弦值，sinθ表示折射角的正弦值，氢气的折射率为 n1=1.000140 ，空气的折射率为n2=1.000292，计算紫外线折射后，与原来入射点的距离Δh为9.6 mm，超出了光接受器的检测范围（半径5 mm），因此，无法在光接收器上检测到光信号，表明检测激光的光路中存在侵入物。

[0037] 相比于常见的红外激光检测方法，本发明主要利用紫外光检测气体泄漏。这是由于本发明只要基于光在不同气氛介质中传播会根据气氛介质的不同发生不同的折射这一原理构建侧检测系统。相比于红外光，紫外光的波长更短，折射率更大，可以实现更高的检测灵敏度，应用到更短的检测距离。而如果采用红外激光进行本发明检测，则需要更长的检测距离或者更高的危险气体浓度，一方面为了接收到光信号，需要对红外激光的功耗有更高的要求（要求红外激光可以传播很长的距离，例如：60米等），导致可能存在的激光灼烧问题。另一方面检测精度较低，在危险气体发生轻微泄漏时，红外光折射率不足，因此不能及时检测到。实施例2

[0038] 一种基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，如图2所示，包括：设置在危险气体管线上的光发射器和光接收器，与光接收器信号连接的分析器。所述光发射器发射的检测激光浮于危险气体管线的管壁外侧，且与危险气体管线不接触。所述光发射器发射的检测激光为持续激光或脉冲激光。所述光接收器接收光发射器发出的检测激光，并产生光电信号。所述分析器接收光接收器发出的光电信号后进行危险气体泄漏判断分析，如判断结果为存在危险气体泄漏，则向报警器或远程监控系统发送报警指令。所述检测激光为紫外光激光。

[0039] 所述光发射器和光接收器位于危险气体管线上的同一侧，并在危险气体管线另一侧设置反射镜；光发射器发出的检测激光沿危险气体管线外侧壁上方位置处传播，被反射镜反射后，由光接收器接收。

[0040] 该实施例实现检测的基本原理与实施例1一致，但是实施例1需要在危险气体（如氢气）侵入检测激光的光路气氛介质中一定浓度后即可以将紫外光偏折至光接收器的接收端之外，因此需要在光发射器和光接收器之间设有合理的光路距离，如实施例1设置的30米。但是部分危险气体管线的长度可能并不满足30米的要求，此时采用实施例2的光路结构，通过反射镜的设置，可以将光路距离缩短至一般，如15米，可适应更多的危险气体管线情况。实施例3

[0041] 一种基于紫外光进行危险气体泄露监测的系统，如图3所示，包括：设置在危险气体管线上的光发射器和光接收器，与光接收器信号连接的分析器。所述光发射器发射的检测激光浮于危险气体管线的管壁外侧，且与危险气体管线不接触。所述光发射器发射的检测激光为持续激光或脉冲激光。所述光接收器接收光发射器发出的检测激光，并产生光电信号。所述分析器接收光接收器发出的光电信号后进行危险气体泄漏判断分析，如判断结果为存在危险气体泄漏，则向报警器或远程监控系统发送报警指令。所述检测激光为紫外光激光。

[0042] 在危险气体管线上设置数个反射镜，所述光发射器发出的检测激光被数个反射镜反射后，在危险气体管线外侧壁上方位置处与危险气体管线不接触的地方形成折线型的检测光路，所述光接收器位于检测光路末端。

[0043] 该实施例实现检测的基本原理与实施例1一致，但是实施例1需要在危险气体（如氢气）侵入检测激光的光路气氛介质中一定浓度后即可以将紫外光偏折至光接收器的接收端之外，因此需要在光发射器和光接收器之间设有合理的光路距离，如实施例1设置的30米。但是部分危险气体管线的长度不满足30米的要求，且很可能根据设计需要存在大量的弯折排布，而采用本实施例的光路结构，可以通过数个反射镜的设置，使得检测光路成为沿危险气体管线走线排布方式的光路传播路径，一方面可以在较小的空间内实现必要检测光路长度的排布，例如采用4个反射镜，此时光路被反射为5条（n+1），因此每条光路的长度可°以缩短至6米，根据入射角45计算，一条反射光路相邻机构的距离为5.11米，显著降低了部件之间的间距，且可以对5条反射光路上的点进行检测。另一方面可使得光路可以呈折线式覆盖危险气体管线上多个不同位置的目标检测点，形成一条光路针对多个检测点的同时检测，显著提高了检测效率。

[0044] 根据本发明的一个实施例，所述光接收器设有一个光电检测器，并在所述光电检测器的接收端设有将光线汇聚至检测端的透镜。

[0045] 所述危险气体泄漏判断分析包括：当分析器超过第一预设时间没有接收到光接收器发出的光电信号时，判断为存在危险气体泄漏。

[0046] 通过选择不同的透镜，可以将不同区域范围内的紫外光折射至光电检测器的接收端。由于光电检测器的接收端一般都是固定大小的，采用该方法可以通过改变透镜实现对检测区域范围的调节，进而对检测精度进行调节。

[0047] 根据本发明的一个实施例，所述光接收器设有数个呈矩阵式排列的光电检测器，并在所述光电检测器的接收端覆盖有平面透光镜。平面镜的设置可以起到保护光电检测器的作用。

[0048] 所述危险气体泄漏判断分析包括：当分析器超过第一预设时间没有接收到任一来自光接收器发出的光电信号时，判断为存在危险气体泄漏。

[0049] 所述光接收器内每个光电检测器都设有地址编码，光接收器向分析器发送光电信号时，绑定产生光电信号的光电检测器地址编码信息；所述危险气体泄漏判断分析包括：

[0050] 首先，将矩阵式排列的光电检测器，以预设接收光信号的光电检测器为中心检测器，围绕中心检测器的其余光电检测器呈环状设置：非警报区和警报区。

[0051] 当产生光电信号的光电检测器地址发生变化时，判断当前产生光电信号的光电检测器属于非警报区还是警报区，如属于非警报区则不发生报警，如属于警报区则进行报警。

[0052] 所述警报区至少分为靠近中心检测器的一级警报区、远离中心检测器的二级警报区，以及无光电信号的三级警报区；

[0053] 当产生光电信号的光电检测器属于一级报警报区时，分析器向报警器和巡检人员发送报警信息；

[0054] 当产生光电信号的光电检测器属于二级报警报区或三级警报区时，分析器向报警器和监控系统发送报警信息。

[0055] 由于空气内气氛组成有时受气温、水蒸气等影响可能对发生一些合理范围内的变化，本发明通过设置的光电检测器阵列，在合理的紫外光的偏折范围内（非警报区），不再产生报警信息。而当紫外光的偏折范围较大时，根据偏折的角度产生不同程度的报警，报警等级越高，说明泄漏至检测激光的光路中的危险气体越多，因此需要启动对应的处理程序。分级报警的方式可以为处理人员选择适宜的处理方式提供有效帮助。

[0056] 此外，由于非警报区以及多级的警报区设置主要依赖光电检测器地址编码信息，因此通过调整虚拟设置的非警报区以及多级的警报区地址范围即可实现对不同检测环境下、不同危险气体对检测精度不同要求的快速调节，具有良好的适用性。

[0057] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。