烯烴氣體泄漏的監控系統的制作方法

烯烴氣體泄漏的監控系統的制作方法
【專利摘要】一種烯烴氣體泄漏的監控系統，該監控系統包括：探測單元，包括紅外熱成像儀，紅外熱成像儀中包含烯烴氣體識別器，探測單元用于對待測區域進行探測和成像；分析單元，包括圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊，圖像預分析模塊對啟動烯烴氣體識別器之前探測單元所探測的圖像進行分析，判斷是否為氣體，圖像定性分析模塊對烯烴氣體識別器啟動之后所述探測單元所探測的圖像進行識別和分析，判斷是否為烯烴氣體；控制與驅動單元，連接所述探測單元和分析單元，根據分析單元的分析結果控制和驅動探測單元中的烯烴氣體識別器；報警單元。本實用新型公開的監控系統用于烯烴氣體泄漏的在線監控，能夠及時準確地檢測烯烴氣體的泄漏，保證生產的安全和連續。
【專利說明】烯烴氣體泄漏的監控系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及監控系統，尤其涉及一種烯烴氣體泄漏的監控系統。
【背景技術】
[0002]在化工場所，烯烴類氣體的泄漏會帶來嚴重的危害，不僅影響擾生產，還可能引發安全事故，直接威脅到人的安全，因此化工場所的安全監控一直都受到人們廣泛地重視。
[0003]目前紅外成像技術在安全監控領域已經開始廣泛應用，通常用于獲得被攝物體的紅外熱圖像，紅外熱圖像可帶有溫度標記信息。按照焦平面性能的不同，紅外熱成像儀可以工作在兩個頻段:3-5微米的中波頻段和8-14微米的長波頻段。具有320X240像素點以上的紅外熱像儀可以探測到大部分人工視覺不可見的化工氣體。
[0004]盡管目前已采用紅外成像技術對具有危害性的氣體進行監控，但對于化工場所來說，需要一個集探測與報警一體化的監控系統，充分保證化工現場的生產安全，而現有的針對可燃氣體探測和報警的系統、設備、器材均不能可視化地探測和發現烯烴氣體泄漏，不能直觀發現烯烴氣體泄漏位置和擴散狀況等問題，尤其不能形成一個整體系統。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的問題，本實用新型的目的是研發出一種全新的、視覺可見的烯烴氣體泄漏探測和報警方法，形成一種烯烴氣體泄漏的在線監控系統。能夠實現在化工裝
置區內有效探測烯烴類化合物的烯烴氣體泄漏，發現泄漏源并根據泄漏情況進行預警和報
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目O
[0006]為達此目的，本實用新型采用以下的技術方案:
[0007]—種烯烴氣體泄漏的監控系統，包括:探測單元，包括紅外熱成像儀，所述紅外熱成像儀中包含烯烴氣體識別器，所述探測單元用于對待測區域進行探測和成像；分析單元，包括圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊，圖像預分析模塊對啟動烯烴氣體識別器之前所述探測單元所探測的圖像進行分析，判斷是否為氣體，圖像定性分析模塊對烯烴氣體識別器啟動之后所述探測單元所探測的圖像進行識別和分析，判斷是否為烯烴氣體；控制與驅動單元，連接所述探測單元和分析單元，根據分析單元的分析結果控制和驅動探測單元中
的烯烴氣體識別器；報警單元，連接所述分析單元，根據所述分析單元的分析結果進行報
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目O
[0008]其中，所述分析單元中還包括定量計算與判斷模塊，定量計算與判斷模塊中包括預設的觸發各級報警的條件，在圖像定性分析模塊進行定性分析之后，對待測區域的紅外圖像氣體面積的變化進行計算與判斷，啟動不同類型的報警，所述氣體圖形面積變化的計算為間隔一定時間前后，氣體圖像面積變化的比率。
[0009]其中，圖像定性分析模塊分析待測氣體是否通過所述烯烴氣體識別器的帶通濾光片，當判斷待測氣體通過帶通濾波片時，確定待測氣體為烯烴氣體。
[0010]其中，所述分析單元中還包括溫度探測模塊，所述溫度探測模塊對待測區域的紅外圖像的溫度進行探測和分析。
[0011]其中，所述分析單元中還包括定量計算與判斷模塊，定量計算與判斷模塊中包括預設的觸發各級報警的條件，在監控過程中，對待測區域的紅外圖像顯示的溫度變化進行計算與判斷，啟動不同類型的報警。
[0012]其中，所述烯烴氣體識別器包括轉盤，和設置在轉盤上的帶通濾波片和空窗。
[0013]其中，所述烯烴氣體識別器中包括3-5片長波帶通濾光片或2片中波帶通濾波片。
[0014]其中，所述烯烴氣體識別器中包括3片長波帶通濾光片，其中心波長分別為10.1±0.02、10.399±0.02、12.28±0.02微米；或者所述烯烴氣體識別器中包括5片長波帶通濾光片，其中心波長分別為 10.1±0.02,10.37±0.02,10.399±0.02,11.24±0.02、
12.28±0.02微米；或者所述烯烴氣體識別器中包括2片中波帶通濾光片，其中心波長分別
3.24±0.02,3.31±0.02 微米。
[0015]其中，所述報警單元中包括三級報警功能模塊。
[0016]其中，該分析單元還包括輔助識別模塊，該輔助識別模塊處理的信息有待測區域的設備信息、工況信息、環境信息、可見光攝相機信息中的一種或幾種。
[0017]其中，所述報警單元中還包括顯示裝置，以顯示烯烴氣體泄漏或溫度異常發生的位置
[0018]其中，還包括與探測單元相連的防爆與供電單元。
[0019]與現有技術相比，本實用新型公開的烯烴氣體泄漏的監控系統適用于烯烴氣體泄漏的在線監控，能夠及時準確地檢測烯烴氣體的泄漏，保證生產的安全和連續。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實施例一中的監控系統的結構示意圖。
[0021]圖2為實施例一中的紅外熱成像儀的結構示意圖
[0022]圖3為實施例一中的烯烴氣體識別器的結構示意圖
[0023]圖4為實施例二中的監控方法的流程圖。
[0024]圖5為實施例二中的識別烯烴氣體的流程圖。
[0025]圖6為實施例三中的監控系統的結構示意圖。。
[0026]圖7為實施例四中的監控方法的流程圖。
[0027]圖8為實施例六中的烯烴氣體識別器的結構示意圖。
[0028]其中，附圖標記說明如下:
[0029]1、鏡頭；2、鏡頭接口 ；3、紅外探測器；4、成像電路；5、編碼電機；6、烯烴氣體識別器轉盤；6-1、空窗；6-2、黑體；6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、帶通濾波片；11、探測單元；12、分析單元；13、控制與驅動單元。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關的部分而非全部結構。
[0031]實施例一:[0032]本實施例公開一種烯烴泄漏的監控系統，圖1為本實施例中的監控系統的結構示意圖。如圖1所示，該監控系統包括探測單元11，該探測單元包括紅外熱成像儀，圖2為所述紅外熱成像儀的結構示意圖，所述紅外熱成像儀包括鏡頭1，鏡頭接口 2，烯烴氣體識別器6，紅外探測器3和處理電路4，編碼電機5。圖3為烯烴氣體識別器6的俯視結構示意圖。如圖3所示，該烯烴氣體識別器6包括設置在轉盤上的空窗6-1、黑體6-2、帶通濾波片6-3、6-4和6-5。圖3中僅示出了烯烴氣體識別器包括三片帶通濾波片的情況，實際上，該烯烴氣體識別器可以包括1-5片帶通濾波片。并且本領域技術人員可以知曉的是，圖3僅是一種示意圖，實際上在烯烴氣體識別器轉盤上帶通濾波片的位置和互相之間的間隔可以變動。
[0033]該烯烴氣體識別器的工作原理如下:在沒有加電或者加電正常成像的時候，烯烴氣體識別器轉盤上的空窗6-1正對紅外探測器3，此時烯烴氣體識別器沒有啟動，保證正常的成像質量。在加電瞬間或者圖像長時間加電效果不好時，軟件通過RS485向電路板發送指令，電路板收到指令，啟動編碼器電機帶動轉盤使黑體6-2轉到正對紅外探測器3，進行校正，校正完畢后黑體歸位，保證空窗正對探測器，不影響紅外成像。當發現有烯烴氣體泄漏時，軟件通過RS485向電路板發送指令，電路板收到指令，啟動編碼器電機5依次轉動帶通濾波片6-3、6-4和6-5，每個濾波片都要在探測器前面停留一段時間，保證后述的圖形分析軟件能夠在濾波片下接收至少3張完整的圖像，電機帶動轉盤回到空窗位置。編碼器電機5帶動整個烯烴氣體識別器轉盤任意角度轉動，并且編碼器電機具有較高的分辨率，能使空窗、黑體、濾波片準確地停止到預置的位置
[0034]在本實施例中，烯烴氣體識別器的工作模式如下:在正常狀態下，空窗6-1正對紅外探測器3，此時烯烴氣體識別器沒有啟動，也就是烯烴氣體識別器的帶通濾波片不在成像的光路上，探測目標(此處的目標以化工場所的生產現場為例，但本實用新型不限于此)獲得紅外圖像，這樣做的優點是使鏡頭組匯集到的紅外熱輻射能量盡量多的被收集，不至于一開始就被帶通濾波片所阻擋，這些紅外熱輻射能量被紅外探測器3也就是焦平面陣列轉化為電信號，經過成像電路在顯示器上顯示出清晰的紅外圖像，更加有利于對生產現場安全的監控。
[0035]當后續的圖像預分析模塊在不啟動烯烴氣體識別器的情況下通過圖形分析軟件發現探測到的圖像具有氣體特征時，會通過控制單元給電路板發出指令，在電路板收到指令時，編碼器電機5啟動烯烴氣體識別器，依次轉動帶通濾波片，對所通過的氣體進行濾波，以對氣體的種類進行判斷。
[0036]本實施例中紅外探測器3采用的是焦平面陣列，該焦平面陣列使用的是8-14微米的長波焦平面陣列，則相應采用的烯烴氣體識別器為長波烯烴氣體識別器，由1-5片特定透過譜帶的帶通濾波片組成。在化工場所的在線監控系統中，需要準確地判斷泄漏的氣體是否為烯烴氣體，如果僅是一些無害的氣體，如水蒸氣等的出現，在判斷不準確的情況下，將這些無害的氣體誤確定為烯烴氣體而報警的話，造成成生產的停頓，帶來很大的經濟損失，因此在本實施例中為了避免上述情況的出現，更精確地確定是烯烴氣體，采用3片的帶通濾波片，所述3片帶通濾波片6-3、6-4和6-5的中心波長位置依次分別為10.1±0.02微米、10.399±0.02微米和12.28±0.02微米。烯烴帶通濾波片的通帶長度都為100±20nm。以上3片烯烴帶通濾波片的中心波長是參照烯烴化合物在8-14微米的長波頻段的紅外光譜特征進行優選選取的，以上3片帶通濾波片選用這樣的中心波長能夠覆蓋烯烴氣體的特征譜帶，確定出為烯烴氣體。在更加優選的方式中，采用中心波長位置分別為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 片帶通濾波片對烯烴氣體的判斷更加準確，5片這樣的中心波長的帶通濾波片能夠完全覆蓋烯烴氣體的特征譜帶，準確確定出為烯烴氣體，避免誤報警。
[0037]帶通濾波片判斷氣體是否為烯烴氣體的的原理是，待測氣體的紅外輻射信號經過帶通濾波片濾波之后能觀察到紅外圖像，待測氣體的紅外輻射信號透過了帶通濾波片，則認為待測氣體為烯烴氣體，如果不能觀察到氣體圖像，待測氣體的紅外輻射信號沒有透過帶通濾波片，則認為待測氣體不是烯烴氣體，以下各實施例中原理與本實施例相同。
[0038]由于探測單元在該監控系統中被設置在監控現場，該監控現場為化工生產場所，在整個探測單元的外部必須具有防爆護罩，并且具有與探測單元相連的防爆單元與供電單元，以保證探測單元的安全運行。
[0039]該監控系統還包括分析單元12，對探測單元探測到的圖像進行分析，所述探測單元包括圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊，圖像預分析模塊中包括圖形分析軟件對所述探測單元所探測的圖像進行分析，判斷是否為氣體。
[0040]紅外熱成像儀提供測溫功能，在對待測目標形成的紅外圖像上有溫度顯示。在另一種優選的方式中，該分析單元中還包括溫度探測模塊，對待測區域中的紅外圖像所顯示的溫度進行探測，監控和分析，如果發現溫度異常升高，高于一設定的值，則立即啟動報警。
[0041]該監控系統還包括控制與驅動單元13，所述控制與驅動單元連接所述探測單元與分析單元，當分析單元中的圖像預分析模塊判斷探測目標的紅外圖像具有氣體特征時，該控制與驅動單元通過驅動電路啟動編碼器電機，編碼器電機轉動烯烴氣體識別器轉盤，也就是啟動烯烴氣體識別器，使帶通濾波片正對紅外探測器3，在啟動烯烴氣體識別器之后，探測單元對探測目標進行成像，所述分析單元中的圖像定性分析模塊對啟動烯烴氣體識別器之后探測單元所探測到的圖像進行分析識別；如前所述，在編碼器電機轉動帶通濾波片時，帶通濾波片在探測器表面要停留一段時間，保證軟件能夠在帶通濾波片下接收至少3張完整的圖像，圖像定性分析模塊中的烯烴氣體分析軟件對這些圖像進行分析，分析待測氣體是否通過所述烯烴氣體識別器的帶通濾光片。如在本實施例中如果編碼器電機5啟動，首先轉動轉盤，使帶通濾波片6-3正對紅外探測器3上，在紅外成像的光路上，待測氣體所成的紅外圖像被圖像定性分析模塊中的烯烴氣體分析軟件進行分析，如果認為待測氣體通過帶通濾波片，則控制單元中的驅動電路下指令，編碼器電機5啟動，轉動帶通濾波片6-4，如果圖像定性分析模塊認為待測氣體沒有通過帶通濾波片6-3，則認為該氣體不是烯烴氣體，停止對氣體的定性分析，編碼器電機5使空窗6-1正對紅外探測器3，回復到正常的監控狀態。
[0042]如果待測氣體能夠全部通過上述的三片帶通濾波片，則確定是為烯烴氣體。
[0043]該監控系統還包括報警單元，當分析單元中的圖像定性分析模塊確定是烯烴氣體時進行報警處理。
[0044]在報警單元中還包括顯示裝置，顯示發生烯烴氣體泄漏的位置和溫度異常發生的位置，便于及時處理。
[0045]在上述另一種優選的方式中，溫度探測模塊與報警單元連接，所述溫度探測模塊包括溫度探測軟件，在整個監控過程中，對探測單元所探測的圖像進行溫度的探測和分析，如果發現溫度到達一個定值，該定值可以預先設定，為觸發報警的溫度條件，如預先設定觸發報警的溫度為160°C，當溫度探測模塊發現所探測到的圖像中現場的溫度高于160°C時，則不再進行分析為哪種氣體，直接啟動報警單元報警。這樣可以在有意外升溫情況時迅速報警，避免安全事故的發生，為生產的安全再提供一種保障。
[0046]在本實施例所提供的監控系統中，包括用于對待測現場進行紅外成像的探測單元，用于對成像結果進行分析和監控的圖像預分析模塊，用于對泄漏的氣體進行定性分析的圖像定性分析模塊，以及根據圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊的分析結果對紅外成像儀中烯烴氣體識別器進行控制的控制與驅動單元，以及報警單元。該監控系統的各組成部分有機結合，對待測現場進行準確有效的監控，既能發現烯烴氣體泄漏迅速報警，保證生產的安全，又防止誤報警帶來的損失，同時在優選的方式中，在整個監控過程中，采用分析單元中的溫度探測模塊對待測現場的溫度進行實時監控，在有意外升溫情況時迅速報警，防止意外升溫引起的安全事故，保證生產的高度安全。
[0047]實施例二:
[0048]本實施例詳細描述采用實施例一中的監控系統對烯烴泄漏的監控方法。圖4示出了該方法的流程圖。首先，紅外熱像儀不啟動烯烴氣體識別器，也就是烯烴氣體識別器的帶通濾波片不在成像的光路上，烯烴氣體識別器的轉盤的空窗6-1正對紅外探測器3，探測目標(此處的目標以化工場所的生產現場為例，但本實用新型不限于此)獲得紅外圖像，這樣做的優點是使鏡頭組匯集到的紅外熱輻射能量盡量多的被收集，不至于一開始就被帶通濾波片所阻擋，這些紅外熱輻射能量被焦平面陣列轉化為電信號，經過成像電路在顯示器上顯示出清晰的紅外圖像，更加有利于對生產現場安全的監控。
[0049]接著采用圖像預分析模塊中的圖形分析軟件分析所探測到紅外圖像分析是否具有氣體特征，如果不具有氣體特征，紅外熱像儀繼續保持不觸發烯烴氣體識別器的狀態，繼續探測目標，也就是繼續對生產現場進行正常的監控，如果圖形分析軟件分析出所探測到的紅外圖像具有氣體特征，則采用控制和驅動單元中的驅動電路啟動編碼器電機，轉動烯烴氣體識別器轉盤上的帶通濾波片，使帶通濾波片正對紅外探測器3，采用圖像定性分析模塊判斷此時獲得的紅外圖像是否符合烯烴氣體的特征。
[0050]判斷的方法是首先控制和驅動單元中的驅動電路啟動編碼器電機，轉動帶通濾波片6-3，使帶通濾波片6-3正對紅外探測器3，探測出紅外圖像，所述圖像定性分析模塊對啟動中心波長為10.1±0.02微米的帶通濾波片6-3之后探測單元所探測到的圖像進行分析，分析待測氣體是否通過所述烯烴氣體識別器的帶通濾光片6-3。如果不通過，證明該氣體不是烯烴氣體，可能為水蒸氣等其他氣體，則控制和驅動單元中的驅動電路通過編碼器電機轉動烯烴識別器轉盤使帶通濾波片6-3歸位，空窗6-1正對紅外探測器3，整個監控系統又回復到正常監控狀態。如果烯烴氣體分析軟件認為待測氣體通過了帶通濾波片6-3，則控制和驅動單元通過編碼器電機，轉動烯烴氣體識別器轉盤，使帶通濾波片6-4正對紅外探測器3，也就是啟動中心波長為10.399±0.02微米的帶通濾波片6-4，紅外成像儀探測出紅外圖像，所述分析單元中的圖像定性分析模塊對啟動帶通濾波片6-4之后探測單元所探測到的圖像進行分析和識別，分析待測氣體是否通過了帶通濾波片6-4。如果不通過，證明該氣體不是烯烴氣體，可能為水蒸氣等其他氣體，則控制和驅動單元中的驅動電路通過編碼器電機轉動烯烴識別器轉盤使帶通濾波片6-4歸位，空窗6-1正對紅外探測器3，整個監控系統又回復到正常監控狀態。如果圖形分析軟件認為待測氣體通過了帶通濾波片6-4，則控制和驅動單元中的通過編碼器電機，轉動烯烴識別器轉盤，使帶通濾波片6-5正對紅外探測器3，也就是啟動中心波長為12.28±0.02微米的帶通濾波片6-5，紅外成像儀探測出紅外圖像，所述分析單元中的圖像定性分析模塊對啟動帶通濾波片6-5之后探測單元所探測到的圖像進行分析和識別，分析待測氣體是否通過了帶通濾波片6-5，如果不通過，證明該氣體不是烯烴氣體，可能為水蒸氣等其他氣體，則控制和驅動單元中的驅動電路通過編碼器電機轉動烯烴識別器轉盤使帶通濾波片6-5歸位，空窗6-1正對紅外探測器3，整個監控系統又回復到正常監控狀態。如果通過，認為待測氣體具有烯烴氣體的特征，確定紅外圖形中所呈現的氣體特征為烯烴氣體的氣體特征，判斷為烯烴氣體泄漏，則報警單元啟動報警，以上的流程如圖5所示。以上描述是3片濾波片的情況，如果是5片濾波片，則重復上述的過程。采用這樣的方式能夠準確地判斷出是烯烴氣體泄漏，防止誤報警的發生。當然，本領域技術人員也可以選擇一片或者兩片甚至更多片的帶通濾波片，只要能夠實現對烯烴氣體的識別即可。
[0051]本實施方式提出的烯烴氣體泄漏的監控方法，能夠在線對化工場所的生產現場進行監控，并且能準確地報警，既能避免因烯烴氣體泄漏導致的安全事故的發生，又能防止誤報警帶來的經濟損失。
[0052]在另一種優選的方式中，在對烯烴氣體的泄漏進行監控的過程中，采用分析單元中的溫度探測模塊，對探測單元所探測的圖像進行溫度的探測和分析，如果發現溫度到達一個定值，該定值可以預先設定，為觸發報警的溫度條件，如預先設定觸發報警的溫度為160°C，當溫度探測模塊發現所探測到的圖像中現場的溫度高于160°C時，認為發生了異常，直接啟動報警單元報警。這樣可以在有意外升溫情況時迅速報警，避免安全事故的發生，為生產的安全再提供一種保障。
[0053]實施例三:
[0054]本實施例公開了另一種烯烴泄漏的監控系統。圖6示出了該監控系統的結構示意圖。該監控系統包括探測單元，該探測單元包括紅外熱成像儀，所述紅外熱成像儀與實施例一中的紅外熱成像儀的結構相同。包括鏡頭，鏡頭接口，烯烴氣體識別器，紅外探測器和處理電路，編碼電機。在正常狀態下，空窗6-1正對紅外探測器3，此時烯烴氣體識別器沒有啟動，也就是烯烴氣體識別器的帶通濾波片不在成像的光路上，探測目標(此處的目標以化工場所的生產現場為例，但本實用新型不限于此)獲得紅外圖像，這樣做的優點是使鏡頭組匯集到的紅外熱輻射能量盡量多的被收集，不至于一開始就被帶通濾波片所阻擋，這些紅外熱輻射能量被紅外探測器也就是焦平面陣列轉化為電信號，經過成像電路在顯示器上顯示出清晰的紅外圖像，更加有利于對生產現場安全的監控。
[0055]當后續的圖像預分析模塊在不啟動烯烴氣體識別器的情況下利用圖形分析軟件發現探測到的圖像具有氣體特征時，會給控制單元中的驅動電路發出指令，在電路板收到指令時，編碼器電機5啟動烯烴氣體識別器，依次轉動帶通濾波片，對所通過的氣體進行濾波，以對氣體的種類進行判斷。
[0056]本實施例中紅外探測器3采用的是焦平面陣列，該焦平面陣列使用的是8-14微米的長波焦平面陣列，則相應采用的烯烴氣體識別器為長波烯烴氣體識別器，由1-5片特定透過譜帶的帶通濾波片組成。在化工場所的在線監控系統中，需要準確地判斷泄漏的氣體是否為烯烴氣體，如果僅是一些無害的氣體，如水蒸氣等的出現，在判斷不準確的情況下，將這些無害的氣體誤確定為烯烴氣體而報警的話，造成成生產的停頓，會帶來很大的經濟損失，因此在本實施例中為了避免上述情況的出現，更精確地確定是烯烴氣體，采用3片的帶通濾波片，所述3片帶通濾波片6-3、6-4和6-5的中心波長位置依次分別為10.1±0.02微米、10.399±0.02微米和12.28±0.02微米，在更加優選的方式中，采用中心波長位置分別為 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片帶通濾波片對烯烴氣體的判斷更加準確，避免誤報警。
[0057]由于探測單元在該監控系統中被設置在監控現場，該監控現場為化工生產場所，在整個探測單元的外部必須具有防爆護罩，并且具有與探測單元相連的防爆單元與供電單元，以保證探測單元的安全運行。
[0058]該監控系統還包括分析單元，對探測單元探測到的圖像進行分析，所述探測單元包括圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊，圖像預分析模塊中包括圖形分析軟件對所述探測單元所探測的圖像進行分析，判斷是否為氣體。
[0059]該監控系統還包括控制與驅動單元，所述控制與驅動單元連接所述探測單元與分析單元，當分析單元中的圖像預分析模塊判斷探測目標的紅外圖像具有為氣體特征時，該控制與驅動單元通過驅動電路啟動編碼器電機，編碼器電機轉動烯烴氣體識別器轉盤，也就是啟動烯烴氣體識別器，使帶通濾波片正對紅外探測器3，在啟動烯烴氣體識別器之后，探測單元對探測目標進行成像，所述分析單元中的圖像定性分析模塊嵌入烯烴氣體分析軟件，具有烯烴氣體識別功能，所述圖像定性分析模塊對啟動烯烴氣體識別器之后探測單元所探測到的圖像進行分析和識別，如前所述，在編碼器電機轉動帶通濾波片時，帶通濾波片在探測器表面要停留一段時間，保證軟件能夠在帶通濾波片下接收至少3張完整的圖像，圖像定性分析模塊中的烯烴氣體分析軟件即是對這些圖像進行分析，分析待測氣體是否通過所述烯烴氣體識別器的帶通濾光片。如在本實施例中如果編碼器電機5啟動，首先轉動帶通濾波片6-3，使帶通濾波片6-3正對紅外探測器3上，在紅外成像的光路上，待測氣體所成的紅外圖像被圖像定性分析模塊中的圖形分析軟件進行分析，如果認為待測氣體通過帶通濾波片，則控制單元中的驅動電路下指令，編碼器電機5啟動，轉動帶通濾波片6-4，如果圖像定性分析模塊認為待測氣體沒有通過帶通濾波片6-3，則認為該氣體不是烯烴氣體，停止對氣體的定性分析，編碼器電機5使空窗6-1正對紅外探測器3，回復到正常的監控狀態。
[0060]如果待測氣體能夠全部通過上述的三片帶通濾波片，則確定是為烯烴氣體。
[0061]與實施例一相比，本實施例中，分析單元中還包括定量計算與判斷模塊，在圖像定性分析模塊利用烯烴氣體分析軟件對圖像進行分析之后最終確定為烯烴氣體時，該定量計算與判斷模塊對烯烴氣體泄漏的情況進行定量計算與判斷，決定報警等級并給出動態的擴散范圍和危險范圍等信息。
[0062]紅外熱成像儀提供測溫功能，在對待測目標形成的紅外圖像上有溫度顯示。在另一種優選的方式中，該分析單元中還包括溫度探測模塊，溫度探測模塊包括的溫度探測軟件對待測區域中的紅外圖像所顯示的溫度進行探測，監控和分析，如果發現溫度升高，則采用定量計算與判斷模塊對該溫度的變化進行計算和判斷，啟動相應不同等級的報警。[0063]本實施例中的報警單元包括三級報警功能模塊，分別為第一級報警，第二級報警，第三級危險報警。在報警單元中還包括顯示裝置，顯示發生烯烴氣體泄漏的位置、烯烴氣體擴散的范圍和溫度異常發生的位置，便于及時處理。
[0064]在本實施例所提供的監控系統中，包括用于對待測現場進行紅外成像的探測單元，用于對成像結果進行分析和監控的圖像預分析模塊，用于對泄漏的氣體進行定性分析的圖像定性分析模塊，以及根據圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊的分析結果對紅外成像儀中烯烴氣體識別器進行控制的控制與驅動單元，用于對泄漏的狀態進行分析與計算，判別為不同的泄漏狀態的定量計算與判斷模塊，以及具有三級報警模式的報警單元。該監控系統的各組成部分有機結合，對待測現場進行準確有效的監控，既能發現烯烴氣體泄漏迅速報警，并且能夠對應不同的泄漏狀態啟動不同的報警模式，可以針對不同的情況進行不同的處理，對生產的監控更加有效和細致，保證生產的安全，又防止誤報警帶來的損失。同時在優選的方式中，分析單元中的溫度探測模塊對待測現場的溫度進行實時監控，如果發現溫度升高，則采用定量計算與判斷模塊對該溫度的變化進行計算和判斷，啟動相應不同的報警模式，進一步保證生產的高度安全。
[0065]實施例四:
[0066]接下來詳細描述采用實施例三中的監控系統對烯烴泄漏的監控方法。圖7為該方法的流程圖。如圖7所示，首先，紅外熱像儀不啟動烯烴氣體識別器，也就是烯烴氣體識別器的帶通濾波片不在成像的光路上，烯烴氣體識別器的轉盤的空窗6-1正對紅外探測器3，探測目標(此處的目標以化工場所的生產現場為例，但本實用新型不限于此)獲得紅外圖像，這樣做的優點是使鏡頭組匯集到的紅外熱輻射能量盡量多的被收集，不至于一開始就被帶通濾波片所阻擋，這些紅外熱輻射能量被焦平面陣列轉化為電信號，經過成像電路在顯示器上顯示出清晰的紅外圖像，更加有利于對生產現場安全的監控。
[0067]接著采用圖像預分析模塊中的圖形分析軟件分析所探測到紅外圖像分析是否具有氣體特征，如果不具有氣體特征，紅外熱像儀繼續保持不觸發烯烴氣體識別器的狀態，繼續探測目標，也就是繼續對生產現場進行正常的監控，如果圖形分析軟件分析出所探測到的紅外圖像具有氣體特征，則采用控制和驅動單元中的驅動電路啟動編碼器電機，轉動烯烴氣體識別器轉盤上的帶通濾波片，使帶通濾波片正對紅外探測器3，采用圖像定性分析模塊判斷此時獲得的紅外圖像是否符合烯烴氣體的特征。
[0068]判斷的方法是首先控制和驅動單元中的驅動電路啟動編碼器電機，轉動使帶通濾波片6-3，使帶通濾波片正對紅外探測器3，探測出紅外圖像，所述圖像定性分析模塊對啟動中心波長為10.1±0.02微米的帶通濾波片6-3之后探測單元所探測到的圖像進行分析，分析待測氣體是否通過所述烯烴氣體識別器的帶通濾光片分析待測氣體是否通過了帶通濾波片6-3。如果不通過，證明該氣體不是烯烴氣體，可能為水蒸氣等其他氣體，則控制和驅動單元中的驅動電路通過編碼器電機轉動烯烴識別器轉盤使帶通濾波片6-3歸位，空窗6-1正對紅外探測器3，整個監控系統又回復到正常監控狀態。如果烯烴氣體分析軟件認為待測氣體通過了帶通濾波片6-3，則控制和驅動單元中的通過編碼器電機，轉動烯烴識別器轉盤，使帶通濾波片6-4正對紅外探測器3，也就是啟動中心波長為10.399±0.02微米的帶通濾波片6-4，紅外成像儀探測出紅外圖像，所述分析單元中的圖像定性分析模塊對啟動帶通濾波片6-4之后探測單元所探測到的圖像進行分析和識別，分析待測氣體是否通過了帶通濾波片6-4。如果不通過，證明該氣體不是烯烴氣體，可能為水蒸氣等其他氣體，則控制和驅動單元中的驅動電路通過編碼器電機轉動烯烴識別器轉盤使帶通濾波片6-4歸位，空窗6-1正對紅外探測器3，整個監控系統又回復到正常監控狀態。如果烯烴氣體分析軟件認為待測氣體通過了帶通濾波片6-4，則控制和驅動單元中的通過編碼器電機，轉動烯烴識別器轉盤，使帶通濾波片6-5正對紅外探測器3，也就是啟動中心波長為12.28±0.02微米的帶通濾波片6-5，紅外成像儀探測出紅外圖像，所述分析單元中的圖像定性分析模塊對啟動帶通濾波片6-5之后探測單元所探測到的圖像進行分析和識別，分析待測氣體是否通過了帶通濾波片6-5。如果不通過，證明該氣體不是烯烴氣體，可能為水蒸氣等其他氣體，則控制和驅動單元中的驅動電路通過編碼器電機轉動烯烴識別器轉盤使帶通濾波片6-5歸位，空窗6-1正對紅外探測器3，整個監控系統又回復到正常監控狀態。如果通過，認為待測氣體具有烯烴氣體的特征，確定紅外圖形中所呈現的氣體特征為烯烴氣體的氣體特征，判斷為烯烴氣體泄漏，則報警單元啟動報警，以上的流程如圖4所示。以上描述是3片濾波片的情況，如果是5片濾波片，則重復上述的過程。采用這樣的方式能夠準確地判斷出是烯烴氣體泄漏，防止誤報警的發生。當然，本領域技術人員也可以選擇一片或者兩片甚至更多片的帶通濾波片，只要能夠實現對烯烴氣體的識別即可。
[0069]與實施例二相比，本實施例中，在圖像定性分析模塊利用圖形分析軟件對圖像進行分析之后最終確定為烯烴氣體時，再采用定量計算與判斷模塊對烯烴氣體泄漏的情況進行定量計算與判斷，決定報警等級并給出動態的擴散范圍和危險范圍等信息。
[0070]所述定量計算與判斷模塊可以利用系統輸入的啟動烯烴氣體識別器之后得到的紅外圖像對待測區域的氣體圖形面積動態變化進行計算，計算的方式如下:
[0071]首先設定:
[0072]Pn=畫面中任一監控區域內任一時間點N的氣體圖形面積；
[0073]Pm=同一監控區域內延后的一個時間點M的氣體圖形面積=Z ；
[0074]Fx=鏡頭組焦距；
[0075]Jx=鏡頭組視像角；
[0076]Lx=鏡頭組至被監控目標的間距；
[0077]Px=完整監控畫面面積；
[0078]A S=時間變量=M-N ；
[0079]A P=面積變量=Pm/Pn
[0080]在一套監控系統確定的情況下，Fx，JX，LX，PX都為固定的值，在一定的時間變化范圍內計算氣體圖形面積的變量，并且預先設定一組觸發條件的值，如:
[0081]當A S〈X秒，AP〈Y1，Pm〈Zl時，定義為微小泄漏:
[0082]當A S〈X秒，Yl〈 A P〈Y2，Zl〈Pm〈Z2時，定義為持續泄漏:
[0083]當A S〈X秒，AP>Y2，Pm>Z2時，定義為瞬時泄漏。
[0084]接下來，舉例來對上述公式進行解釋:
[0085]如首先設定X=5，Yl=I，Y2=2, Zl=整個監控畫面面積的20%，Z2=整個監控畫面面積的60%。
[0086]也就是說在5s的時間范圍內，紅外熱成像儀探測到的兩幅畫面相比，同一監控區域內延后的一個時間點M的氣體圖形面積Pm除以畫面中任一監控區域內任一時間點N的氣體圖形面積Pn的值小于1,也就是后一個時間點M的氣體圖形面積比前一個時間點的圖像面積還要小，并且后一個時間點M的氣體圖形面積小于整個監控畫面面積的20%，證明氣體泄漏的量非常小，隨時間的變化氣體的有逐漸消散的趨勢，并且氣體圖形面積還不到整個監控畫面面積的20%，則認為該泄漏為微小泄漏，后續采用的報警模式為第一級危險報警，提醒生產監控人員注意即可。
[0087]如果在所設定的5s的時間范圍內，紅外熱成像儀探測到的兩幅畫面相比，同一監控區域內延后的一個時間點M的氣體圖形面積Pm除以畫面中任一監控區域內任一時間點N的氣體圖形面積Pn的值為1.5，在I和2之間，就是在5s的時間范圍內，氣體圖形面積相對前一個時間點擴大了 50%，并且后一個時間點M的氣體圖形面積占整個監控畫面面積的20%-60%之間，證明氣體泄漏的量比較大，則認為該泄漏為持續泄漏，后續采用的報警模式為第二級危險報警，生產監控人員必須立即處理。
[0088]如果在所設定的5s的時間范圍內，紅外熱成像儀探測到的兩幅畫面相比，同一監控區域內延后的一個時間點M的氣體圖形面積Pm除以畫面中任一監控區域內任一時間點N的氣體圖形面積Pn的值為3，就是在5s的時間范圍內，氣體圖形面積相對前一個時間點擴大了 2倍，并且后一個時間點M的氣體圖形面積大于整個監控畫面面積的60%，證明氣體泄漏的量非常大，則認為該泄漏為瞬時泄漏，后續采用的報警模式為第三級危險報警，提醒生產監控人員緊急處理。
[0089]針對上述三種情況，報警單元具有三級報警功能模塊，當定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化判斷為滿足【瞬時泄漏】的條件時，三級報警功能模塊直接啟動第三級危險報警，此時屏幕顯示報警信息、緊急報警聲光報警器啟動、屏幕動態顯示氣體擴散范圍和危險范圍；如果當定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化滿足【持續泄漏)】的條件時，三級報警功能模塊啟動第二級危險報警，此時屏幕顯示報警信息、警示報警聲光報警器啟動、屏幕動態顯示氣體擴散范圍和危險范圍；如果當定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化滿足【微小泄漏】的條件時，三級報警功能模塊啟動第一級危險報警，此時屏幕顯示報警信息。
[0090]以上的舉例僅為解釋之目的，實際上本領域技術人員可以根據監控的需要設定式中的X，Yl, Y2，Zl, Z2的值，定義各種泄漏的范圍。
[0091]圖形分析軟件可以在一幅完整的畫面內自由分隔出最多64個獨立監控區域，對每個獨立的監控區域的紅外圖像分析，定量計算與判斷模塊對每個獨立監控區域的紅外圖像進行定量計算與判斷，判斷氣體泄漏的等級，進而觸發相應的各級報警。這樣對待測目標的監控準確，能夠發現泄漏發生的具體位置，便于及時處理，對待測目標的監控有效并且細致。
[0092]除了上述定量計算與判斷模塊對紅外圖像中氣體圖像面積的變化進行的定量計算與判斷外，在該報警裝置中還包括對待測目標溫度的監控與分析。
[0093]紅外熱成像儀提供測溫功能，在對待測目標形成的紅外圖像上有溫度顯示。圖像分析模塊中除了包括上述的圖形分析軟件之外，還包括溫度探測模塊對該溫度的變化進行探測與分析。
[0094]由于在化工場所，有機化合物在氣化時因大量吸熱會引起局部溫度迅速變化，以及在大流量泄漏時因靜電而引發火災，從而導致局部溫度急劇上升。因此該溫度探測模塊采用溫度探測軟件對待測目標的紅外圖像進行探測與分析，將探測與分析的結果傳送到定量計算與判斷模塊，定量計算與判斷模塊發現達到報警條件時，即觸發報警單元中的報警模塊進行報警。
[0095]所述定量計算與判斷模塊利用溫度探測模塊的探測結果對待測區域的溫度動態變化進行計算，所述溫度變化為間隔一定時間前后，溫度的升高量，計算的方式如下:
[0096]首先設定:
[0097]Tmax=畫面中任一測溫區域內的溫度最高值；
[0098]Tn=畫面中任一測溫區域內任一時間點N的平均溫度值；
[0099]Tm=同一測溫區域內延后的一個時間點M的平均溫度值；
[0100]A S=時間變量=M-N,在測溫軟件中取X秒以內的任一值；
[0101]AT=溫度變量=Tm-Tn ；
[0102]設定一組觸發溫度報警條件的值，如:
[0103]當任一時間點，Tmax>E時，啟動第三級危險報警。
[0104]當A S時間內，A T>D2時，啟動第二級危險報警。
[0105]當A S時間內，Dl≤ΔT≤D2時，啟動第一級危險報警。
[0106]D=溫度差值；
[0107]接下來，舉例來對上述公式進行解釋:
[0108]如首先設定A S=15s, D1=2°C，D2=5°C，E=160°C為報警的觸發條件。
[0109]也就是說在15s的時間范圍內，紅外熱成像儀探測到的兩幅畫面相比，
[0110]在測溫區域測到的溫度差值小于5°C，也就是說在15s內，測溫區域的溫度升高
了，但升高的溫度范圍在2°C和5°C之間，則此時定量計算與判斷模塊觸發第一級危險報
m
目O
[0111]在測溫區域測到的溫度差值大于5°C，也就是說在15s內，測溫區域的溫度升高大于5°C，則此時此時定量計算與判斷模塊觸發第二級危險報警。
[0112]如果在任一時間點中，測到畫面中任一測溫區域內的溫度最高值Tmax大于160°C，認為出現了意外的異常，定量計算與判斷模塊不再進行溫度變化的計算，直接觸發第三級危險報警。
[0113]針對上述溫度變化三種情況，報警單元具有三級報警功能模塊，結果溫度探測模塊探測到溫度滿足【TmaX>160°C】的條件時，則定量計算與判斷模塊直接直接啟動第三級危險報警，此時屏幕顯示報警信息、緊急報警聲光報警器啟動、屏幕動態顯示危險范圍；如果定量計算與判斷模塊對溫度變化的計算滿足【A S〈15秒時，A T>±5°C】的條件時，三級報警功能模塊啟動第二級危險報警，此時屏幕顯示報警信息、警示報警聲光報警器啟動、屏幕動態危險范圍；如果定量計算與判斷模塊對溫度變化的計算結果滿足【A S〈15秒時，±2°C<A T ( ±5°C】的條件時，三級報警功能模塊啟動第一級危險報警，此時屏幕顯示報
自
目I R尼、o
[0114]以上的舉例僅為解釋之目的，實際上本領域技術人員可以根據監控的需要設定式中的A S，Dl, D2，E的值，定義觸發各級報警的條件。
[0115]同樣，溫度探測模塊可以在一幅完整的畫面內自由分隔出最多64個獨立監控區域，對每個獨立的監控區域的紅外圖像的溫度進行探測與分析，定量計算與判斷模塊對每個獨立監控區域的分析結果進行計算，判斷報警等級觸發相應的各級報警。這樣對待測目標的監控準確，能夠發現溫度升高發生的具體位置，便于及時處理，對待測目標的監控有效并且細致。
[0116]上述的對待測目標中氣體圖形面積變化的計算與判斷與溫度變化的計算與判斷可以結合使用，當判斷到待測目標中紅外圖像的氣體面積或者溫度中的任一滿足報警條件時，則觸發報警。
[0117]也就是說，以上述所舉實例為例，如果溫度探測結果滿足【TmaX>160°C】的條件或者當定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化判斷為滿足【瞬時泄漏】的條件時，三級報警功能模塊直接啟動第三級危險報警；如果定量計算與判斷模塊對溫度變化的計算滿足【Λ S〈15秒時，Λ T>±5°C】的條件或定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化判斷為滿足【持續泄漏】的條件時，三級報警功能模塊啟動第二級危險報警；如果定量計算與判斷模塊對溫度變化的計算判斷為滿足【Λ S〈15秒時，±2°C≤Λ T ( ±5°C】的條件或定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化判斷為滿足【微小泄漏】的條件時，三級報警功能模塊啟動第一級危險報警。
[0118]本實施例中的報警單元包括三級報警功能模塊，分別為第一級報警，第二級報警，第三級危險報警。在報警單元中還包括顯示裝置，顯示發生烯烴氣體泄漏的位置、烯烴氣體擴散的范圍和溫度異常發 生的位置，便于及時處理。
[0119]本實施例中，在能夠對確定有烯烴氣體泄漏的情況下，采用定量計算與判斷模塊，對泄漏的狀態進行分析與計算，判別為不同的泄漏的狀態，采用三級報警的模式對應不同的泄漏狀態啟動不同的報警模式，可以針對不同的情況進行不同的處理，對生產的監控更加有效和細致，對于生產效率的提高和安全保障的加強起到了重要作用。
[0120]實施例五:
[0121]本實施例公開了另一種烯烴泄漏的監控系統。與實施例三相比，本實施例公開的監控系統在分析單元中還包括輔助識別模塊，輔助識別模塊功能是將被監控目標的基本信息、環境動態信息以及使用可見光手段對同一目標監控的信息引入到系統中，為定量分析和計算提供更多數據基礎。輔助識別模塊主要處理被監控目標的設備信息、工況信息、環境Ih息、可見光攝像機/[目息。
[0122]設備信息:向系統提供被攝目標設備的詳細技術參數，必要時可建立設備的3D模型。在分析烯烴氣體泄漏時可通過觀察泄漏點位置是否與設備相關而輔助判斷該泄漏是否為烯烴氣體泄漏。
[0123]工況信息:向系統提供被監控目標物料的動態、詳細的技術參數。在探測到烯烴氣體泄漏時可據此進行定量計算與判斷。
[0124]環境信息:通過安裝在被監控目標附近的氣象觀測儀器向系統提供實時的包括風速、風向、溫度在內的環境信息。在探測到烯烴氣體泄漏時可據此進行定量計算與判斷。
[0125]可見光攝像機信息:可以將紅外熱成像儀設計成與可見光攝像機并行的系統或將監控同一目標的可見光攝像機連入本系統。綜合對比紅外熱圖像和可見光圖像有助于提高烯烴氣體泄漏探測的準確性。
[0126]在圖像定性分析模塊確定是否為烯烴氣體泄漏時，以及定量分析和計算模塊判斷為哪級泄漏時引入輔助識別模塊能夠提高識別判斷的速度和準確性。[0127]實施例六:
[0128]本實施例公開了另一種烯烴泄漏的監控系統。該監控系統包括探測單元，該探測單元包括紅外熱成像儀，所述紅外熱成像儀與實施例一中的紅外熱成像儀的結構相同，包括鏡頭，鏡頭接口，烯烴氣體識別器，紅外探測器和處理電路，編碼電機。在正常狀態下，空窗6-1正對紅外探測器3，此時烯烴氣體識別器沒有啟動，也就是烯烴氣體識別器的帶通濾波片不在成像的光路上，探測目標(此處的目標以化工場所的生產現場為例，但本實用新型不限于此)獲得紅外圖像，這樣做的優點是使鏡頭組匯集到的紅外熱輻射能量盡量多的被收集，不至于一開始就被帶通濾波片所阻擋，這些紅外熱輻射能量被紅外探測器也就是焦平面陣列轉化為電信號，經過成像電路在顯示器上顯示出清晰的紅外圖像，更加有利于對生產現場安全的監控。
[0129]當后續的圖像預分析模塊在不啟動烯烴氣體識別器的情況下發現探測到的圖像具有氣體特征時，會給控制單元中的驅動電路發出指令，在電路板收到指令時，編碼器電機5啟動烯烴氣體識別器，依次轉動帶通濾波片，對所通過的氣體進行濾波，以對氣體的種類進行判斷。
[0130]本實施例中紅外探測器3采用的焦平面陣列是3-5微米的中波焦平面陣列，則相應采用的烯烴氣體識別器為中波烯烴氣體識別器，由1-2片特定透過譜帶的中波帶通濾波片組成。烯烴氣體識別器的俯視結構示意圖如圖8所示，在烯烴氣體識別器的轉盤上同樣具有空窗6-1，黑體6-2，只是與具有實施例一相比，只具有兩片帶通濾波片6-6和6-7。本領域技術人員可以習知的，圖8僅是一種示意圖，實際上在烯烴氣體識別器轉盤上帶通濾波片的位置和互相之間的間隔可以變動。
[0131]在化工場所的在線監控系統中，需要準確地判斷泄漏的氣體是否為烯烴氣體，如果僅是一些無害的氣體，如水蒸氣等的出現，在判斷不準確的情況下，將這些無害的氣體誤確定為烯烴氣體而報警的話，造成成生產的停頓，會帶來很大的經濟損失，在本實施例中為了避免上述情況的出現，更精確地確定是烯烴氣體，采用2片的帶通濾波片，所述2片帶通濾波片的中心波長位置分別為3.24±0.02微米和3.31 ±0.02微米。在另一種可選的方式中，也可以采用一片中心波長位置為3.24±0.02微米或3.31 ±0.02微米的帶通濾波片。
[0132]由于探測單元在該監控系統中被設置在監控現場，該監控現場為化工生產場所，在整個探測單元的外部必須具有防爆護罩，并且具有與探測單元相連的防爆單元與供電單元，以保證探測單元的安全運行。
[0133]該監控系統還包括分析單元，對探測單元探測到的圖像進行分析，所述探測單元包括圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊，圖像分析預模塊中包括圖形分析軟件對所述探測單元所探測的圖像進行分析，判斷是否為氣體。
[0134]該監控系統還包括控制與驅動單元，所述控制與驅動單元連接所述探測單元與分析單元，當分析單元中的圖像預分析模塊判斷探測目標的紅外圖像具有為氣體特征時，該控制與驅動單元通過驅動電路啟動編碼器電機，編碼器電機轉動烯烴氣體識別器轉盤，也就是啟動烯烴氣體識別器，使帶通濾波片正對紅外探測器3，在啟動烯烴氣體識別器之后，探測單元對探測目標進行成像，所述分析單元中的圖像定性分析模塊嵌入圖形分析軟件，具有烯烴氣體識別功能，對啟動烯烴氣體識別器之后的圖像進行分析。如前所述，在編碼器電機轉動帶通濾波片時，帶通濾波片在探測器表面要停留一段時間，保證軟件能夠在帶通濾波片下接收至少3張完整的圖像，圖像定性分析模塊中的烯烴氣體分析軟件對這些圖像進行分析，分析待測氣體是否通過所述烯烴氣體識別器的帶通濾光片。如在本實施例中如果編碼器電機5啟動，首先轉動帶通濾波片6-6，使帶通濾波片6-6正對紅外探測器3上，在紅外成像的光路上，待測氣體所成的紅外圖像被圖像定性分析模塊中的圖形分析軟件進行分析，如果認為待測氣體通過帶通濾波片，則控制單元中的驅動電路下指令，編碼器電機5啟動，轉動帶通濾波片6-7，如果圖像定性分析模塊認為待測氣體沒有通過帶通濾波片6-6，則認為該氣體不是烯烴氣體，停止對氣體的定性分析，編碼器電機5使空窗6-1正對紅外探測器3，回復到正常的監控狀態。
[0135]如果待測氣體能夠全部通過上述的二片帶通濾波片，則確定是為烯烴氣體。
[0136]該監控系統還包括報警單元，當分析單元中的圖像定性分析模塊確定是烯烴氣體時進行報警處理。
[0137]在一種優選的方式中，分析單元中還包括定量計算與判斷模塊，在圖像定性分析模塊利用圖形分析軟件對圖像進行分析之后最終確定為烯烴氣體時，該定量計算與判斷模塊對烯烴氣體泄漏的情況進行定量計算與判斷，決定報警等級并給出動態的擴散范圍和危險范圍等信息。
[0138]紅外熱成像儀提供測溫功能，在對待測目標形成的紅外圖像上有溫度顯示。在另一種優選的方式中，該分析單元中還包括溫度探測模塊，對待測區域中的紅外圖像所顯示的溫度進行探測，監控和分析，如果發現溫度升高，則采用定量計算與判斷模塊對該溫度的變化進行計算和判斷，啟動相應不同的報警模式。
[0139]本實施例中的報警單元包括三級報警功能模塊，分別為微小泄漏報警，持續泄漏報警，瞬時泄漏報警。
[0140]在本實施例所提供的監控系統中，包括用于對待測現場進行紅外成像的探測單元，用于對成像結果進行分析和監控的圖像預分析模塊，用于對泄漏的氣體進行定性分析的圖像定性分析模塊，以及根據圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊的分析結果對紅外成像儀中烯烴氣體識別器進行控制的控制與驅動單元，用于對泄漏的狀態進行分析與計算，判別為不同的泄漏的狀態的定量計算與判斷模塊，以及具有三級報警模式的報警單元。該監控系統的各組成部分有機結合，對待測現場進行準確有效的監控，既能發現烯烴氣體泄漏迅速報警，并且能夠對應不同的泄漏狀態啟動不同的報警模式，可以針對不同的情況進行不同的處理，對生產的監控更加有效和細致，保證生產的安全，又防止誤報警帶來的損失。同時在優選的方式中，圖像預分析模塊中的溫度探測模塊對待測現場的溫度進行實時監控，在有意外升溫情況時迅速報警，防止意外升溫引起的安全事故，保證生產的高度安全。
[0141]實施例七:
[0142]接下來詳細描述采用實施例六中的監控系統對烯烴泄漏的監控方法。首先，紅外熱像儀不啟動烯烴氣體識別器首先，紅外熱像儀不啟動烯烴氣體識別器，也就是烯烴氣體識別器的帶通濾波片不在成像的光路上，烯烴氣體識別器的轉盤的空窗6-1正對紅外探測器3，探測目標(此處的目標以化工場所的生產現場為例，但本實用新型不限于此)獲得紅外圖像，這樣做的優點是使鏡頭組匯集到的紅外熱輻射能量盡量多的被收集，不至于一開始就被帶通濾波片所阻擋，這些紅外熱輻射能量被焦平面陣列轉化為電信號，經過成像電路在顯示器上顯示出清晰的紅外圖像，更加有利于對生產現場安全的監控。
[0143]接著采用圖像預分析模塊中的圖形分析軟件分析所探測到紅外圖像分析是否具有氣體特征，如果不具有氣體特征，紅外熱像儀繼續保持不觸發烯烴氣體識別器的狀態，繼續探測目標，也就是繼續對生產現場進行正常的監控，如果圖形分析軟件分析出所探測到的紅外圖像具有氣體特征，則采用控制和驅動單元中的驅動電路啟動編碼器電機，轉動烯烴氣體識別器轉盤上的帶通濾波片，使帶通濾波片正對紅外探測器3，采用圖像定性分析模塊判斷此時獲得的紅外圖像是否符合烯烴氣體的特征。
[0144]判斷的方法是首先控制和驅動單元中的驅動電路啟動編碼器電機，轉動使帶通濾波片6-6，使帶通濾波片6-6正對紅外探測器3，探測出紅外圖像，所述圖像定性分析模塊對啟動中心波長為3.24±0.02微米的帶通濾波片6-6之后探測單元所探測到的圖像進行分析和識別，分析待測氣體是否通過了帶通濾波片6-6，如果不通過，證明該氣體不是烯烴氣體，可能為水蒸氣等其他氣體，則控制和驅動單元中的驅動電路通過編碼器電機轉動烯烴識別器轉盤使帶通濾波片6-6歸位，空窗6-1正對紅外探測器3，整個監控系統又回復到正常監控狀態。如果烯烴氣體分析軟件認為待測氣體通過了帶通濾波片6-6，則控制和驅動單元中的通過編碼器電機，轉動烯烴識別器轉盤，使帶通濾波片6-7正對紅外探測器3，也就是啟動中心波長為3.31±0.02微米的帶通濾波片6-7，紅外成像儀探測出紅外圖像，所述分析單元中的圖像定性分析模塊對啟動帶通濾波片6-4之后探測單元所探測到的圖像進行分析和識別，分析待測氣體是否通過了帶通濾波片6-7，如果不通過，證明該氣體不是烯烴氣體，可能為水蒸氣，二氧化碳等其他氣體，則控制和驅動單元中的驅動電路通過編碼器電機轉動烯烴識別器轉盤使帶通濾波片6-7歸位，空窗6-1正對紅外探測器3，整個監控系統又回復到正常監控狀態。如果烯烴氣體分析軟件認為待測氣體通過了帶通濾波片6-7，認為待測氣體具有烯烴氣體的特征，確定紅外圖形中所呈現的氣體特征為烯烴氣體的氣體特征，判斷為烯烴氣體泄漏。當然，本領域技術人員也可以選擇一片中波帶通濾波片，只要能夠實現對烯烴氣體的識別即可。
[0145]本實施例中，本實施例中，在圖像定性分析模塊利用圖形分析軟件對圖像進行分析之后最終確定為烯烴氣體時，再采用定量計算與判斷模塊對烯烴氣體泄漏的情況進行定量計算與判斷，決定報警等級并給出動態的擴散范圍和危險范圍等信息。
[0146]所述定量計算與判斷模塊可以利用系統輸入的啟動烯烴氣體識別器之后得到的紅外圖像對待測區域的氣體圖形面積動態變化進行計算，計算的方式如下:
[0147]首先設定:
[0148]Pn=畫面中任一監控區域內任一時間點N的氣體圖形面積；
[0149]Pm=同一監控區域內延后的一個時間點M的氣體圖形面積=Z ；
[0150]Fx=鏡頭組焦距；
[0151]Jx=鏡頭組視像角；
[0152]Lx=鏡頭組至被監控目標的間距；
[0153]Px=完整監控畫面面積；
[0154]A S=時間變量=M-N ；
[0155]A P=面積變量=Pm/Pn
[0156]在一套監控系統確定的情況下，Fx，Jx，Lx，Px都為固定的值，在一定的時間變化范圍內計算氣體圖形面積的變量，并且預先設定一組觸發條件的值，如:
[0157]當Λ S〈X秒，ΛΡ〈Υ1，Pm<Zl時，定義為微小泄漏:
[0158]當Λ S〈X秒，Υ1< Δ P〈Y2，Zl〈Pm〈Z2時，定義為持續泄漏:
[0159]當Λ S〈X秒，ΛΡ>Υ2，Pm>Z2時，定義為瞬時泄漏。
[0160]接下來，舉例來對上述公式進行解釋:
[0161]如首先設定X=5，Yl=I，Y2=2, Zl=整個監控畫面面積的20%，Ζ2=整個監控畫面面積的60%。
[0162]也就是說在5s的時間范圍內，紅外熱成像儀探測到的兩幅畫面相比，同一監控區域內延后的一個時間點M的氣體圖形面積Pm除以畫面中任一監控區域內任一時間點N的氣體圖形面積Pn的值小于I,也就是后一個時間點M的氣體圖形面積比前一個時間點的圖像面積還要小，并且后一個時間點M的氣體圖形面積小于整個監控畫面面積的20%，證明氣體泄漏的量非常小，隨時間的變化氣體的有逐漸消散的趨勢，并且氣體圖形面積還不到整個監控畫面面積的20%，則認為該泄漏為微小泄漏，后續采用的報警模式為第一級危險報警，提醒生產監控人員注意即可。
[0163]如果在所設定的5s的時間范圍內，紅外熱成像儀探測到的兩幅畫面相比，同一監控區域內延后的一個時間點M的氣體圖形面積Pm除以畫面中任一監控區域內任一時間點N的氣體圖形面積Pn的值為1.5，在I和2 之間，就是在5s的時間范圍內，氣體圖形面積相對前一個時間點擴大了 50%，并且后一個時間點M的氣體圖形面積占整個監控畫面面積的20%-60%之間，證明氣體泄漏的量比較大，則認為該泄漏為持續泄漏，后續采用的報警模式為第二級危險報警，生產監控人員必須立即處理。
[0164]如果在所設定的5s的時間范圍內，紅外熱成像儀探測到的兩幅畫面相比，同一監控區域內延后的一個時間點M的氣體圖形面積Pm除以畫面中任一監控區域內任一時間點N的氣體圖形面積Pn的值為3，就是在5s的時間范圍內，氣體圖形面積相對前一個時間點擴大了 2倍，并且后一個時間點M的氣體圖形面積大于整個監控畫面面積的60%，證明氣體泄漏的量非常大，則認為該泄漏為瞬時泄漏，后續采用的報警模式為第三級危險報警，提醒生產監控人員緊急處理。
[0165]針對上述三種情況，報警單元具有三級報警功能模塊，當定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化判斷為滿足【瞬時泄漏】的條件時，三級報警功能模塊直接啟動第三級危險報警，此時屏幕顯示報警信息、緊急報警聲光報警器啟動、屏幕動態顯示氣體擴散范圍和危險范圍；如果當定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化滿足【持續泄漏)】的條件時，三級報警功能模塊啟動第二級危險報警，此時屏幕顯示報警信息、警示報警聲光報警器啟動、屏幕動態顯示氣體擴散范圍和危險范圍；如果當定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化滿足【微小泄漏】的條件時，三級報警功能模塊啟動第一級危險報警，此時屏幕顯示報警信息。
[0166]以上的舉例僅為解釋之目的，實際上本領域技術人員可以根據監控的需要設定式中的X，Yl, Y2，Zl, Z2的值，定義各種泄漏的范圍。
[0167]圖形分析軟件可以在一幅完整的畫面內自由分隔出最多64個獨立監控區域，對每個獨立的監控區域的紅外圖像分析，定量計算與判斷模塊對每個獨立監控區域的紅外圖像進行定量計算與判斷，判斷氣體泄漏的等級，進而觸發相應的各級報警。這樣對待測目標的監控準確，及時并且細致。
[0168]除了上述定量計算與判斷模塊對紅外圖像中氣體圖像面積的變化進行的定量計算與判斷外，在該報警裝置中還包括對待測目標溫度的監控與分析。
[0169]紅外熱成像儀提供測溫功能，在對待測目標形成的紅外圖像上有溫度顯示。圖像分析模塊中除了包括上述的圖形分析軟件之外，還包括溫度探測模塊對該溫度的變化進行探測與分析。
[0170]由于在化工場所，有機化合物在氣化時因大量吸熱會引起局部溫度迅速變化，以及在大流量泄漏時因靜電而引發火災，從而導致局部溫度急劇上升。因此該溫度探測模塊采用溫度探測軟件對待測目標的紅外圖像進行探測與分析，將探測與分析的結果傳送到定量計算與判斷模塊，定量計算與判斷模塊發現達到報警條件時，即觸發報警單元中的報警模塊進行報警。
[0171]所述定量計算與判斷模塊利用溫度探測模塊的探測結果對待測區域的溫度動態變化進行計算，所述溫度變化為間隔一定時間前后，溫度的升高量，計算的方式如下:
[0172]首先設定:
[0173]Tmax=畫面中任一測溫區域內的溫度最高值；
[0174]Tn=畫面中任一測溫區域內任一時間點N的平均溫度值；
[0175]Tm=同一測溫區域內延后的一個時間點M的平均溫度值；
[0176]A S=時間變量=M-N,在測溫軟件中取X秒以內的任一值；
[0177]A T=溫度變量=Tm-Tn ；
[0178]設定一組觸發溫度報警條件的值，如:
[0179]當任一時間點，Tmax>E時，啟動第三級危險報警。
[0180]當A S時間內，A T>D2時，啟動第二級危險報警。
[0181]當A S時間內，Dl≤AT≤D2時，啟動第一級危險報警。
[0182]D=溫度差值；
[0183]接下來，舉例來對上述公式進行解釋:
[0184]如首先設定A S=15s, D1=2°C，D2=5°C，E=160°C為報警的觸發條件。
[0185]也就是說在15s的時間范圍內，紅外熱成像儀探測到的兩幅畫面相比，
[0186]在測溫區域測到的溫度差值小于5°C，也就是說在15s內，測溫區域的溫度升高
了，但升高的溫度范圍在2°C和5°C之間，則此時定量計算與判斷模塊觸發第一級危險報
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目O
[0187]在測溫區域測到的溫度差值大于5°C，也就是說在15s內，測溫區域的溫度升高大于5°C，則此時此時定量計算與判斷模塊觸發第二級危險報警。
[0188]如果在任一時間點中，測到畫面中任一測溫區域內的溫度最高值Tmax大于160°C，認為出現了意外的異常，定量計算與判斷模塊不再進行溫度變化的計算，直接觸發第三級危險報警。
[0189]針對上述溫度變化三種情況，報警單元具有三級報警功能模塊，結果溫度探測模塊探測到溫度滿足【TmaX>160°C】的條件時，則定量計算與判斷模塊直接直接啟動第三級危險報警，此時屏幕顯示報警信息、緊急報警聲光報警器啟動、屏幕動態顯示危險范圍；如果定量計算與判斷模塊對溫度變化的計算滿足【A S〈15秒時，A T>±5°C】的條件時，三級報警功能模塊啟動第二級危險報警，此時屏幕顯示報警信息、警示報警聲光報警器啟動、屏幕動態危險范圍；如果定量計算與判斷模塊對溫度變化的計算結果滿足【Λ S〈15秒時，±2°C<A T (≤±5°C】的條件時，三級報警功能模塊啟動第一級危險報警，此時屏幕顯示報警信息 ο
[0190]以上的舉例僅為解釋之目的，實際上本領域技術人員可以根據監控的需要設定式中的Λ S，Dl, D2，E的值，定義觸發各級報警的條件。
[0191]同樣，溫度探測模塊可以在一幅完整的畫面內自由分隔出最多64個獨立監控區域，對每個獨立的監控區域的紅外圖像的溫度進行探測與分析，定量計算與判斷模塊對每個獨立監控區域的分析結果進行計算，判斷報警等級觸發相應的各級報警。這樣對待測目標的監控準確，及時并且細致。
[0192]上述的對待測目標中氣體圖形面積變化的計算與判斷與溫度變化的計算與判斷可以結合使用，當判斷到待測目標中紅外圖像的氣體面積或者溫度中的任一滿足報警條件時，則觸發報警。
[0193]也就是說，以上述所舉實例為例，如果溫度探測結果滿足【TmaX>160°C】的條件或者當定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化判斷為滿足【瞬時泄漏】的條件時，三級報警功能模塊直接啟動第三級危險報警；如果定量計算與判斷模塊對溫度變化的計算滿足【Λ S〈15秒時，Λ T>±5°C】的條件或定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化判斷為滿足【持續泄漏】的條件時，三級報警功能模塊啟動第二級危險報警；如果定量計算與判斷模塊對溫度變化的計算判斷為滿足【Λ S〈15秒時，±2°C≤Λ T ( ±5°C】的條件或定量計算與判斷模塊通過氣體圖像面積的變化判斷為滿足【微小泄漏】的條件時，三級報警功能模塊啟動第一級危險報警。
[0194] 本實施例中的報警單元包括三級報警功能模塊，分別為第一級報警，第二級報警，第三級危險報警。在報警單元中還包括顯示裝置，顯示發生烯烴氣體泄漏的位置、烯烴氣體擴散的范圍和溫度異常發生的位置，便于及時處理。
[0195]本實施例中，在能夠對確定有烯烴氣體泄漏的情況下，采用定量計算與判斷模塊，對泄漏的狀態進行分析與計算，判別為不同的泄漏的狀態，采用三級報警的模式對應不同的泄漏狀態啟動不同的報警模式，可以針對不同的情況進行不同的處理，對生產的監控更加有效和細致，對于生產效率的提高和安全保障的加強起到了重要作用。
[0196]在本說明書中分析單元由具有數據處理能力，能夠運行軟件的計算機系統實施。所述圖像預分析模塊、圖像定性分析模塊、定量計算與判斷模塊、溫度探測模塊、輔助識別模塊、報警功能模塊可以是集成到該計算機系統中的固件，也可以是可以與計算機系統相分離的軟件。
[0197]注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本實用新型不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本實用新型的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本實用新型進行了較為詳細的說明，但是本實用新型不僅僅限于以上實施例，在不脫離本實用新型構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的范圍由所附的權利要求范圍決定。
【權利要求】
1.一種烯烴氣體泄漏的監控系統，包括: 探測單元，包括紅外熱成像儀，所述紅外熱成像儀中包含烯烴氣體識別器和紅外探測器，所述烯烴氣體識別器包括帶通濾波片和空窗，在啟動烯烴氣體識別器之前，所述空窗與所述紅外探測器正對，在所述啟動烯烴氣體識別器之后，所述帶通濾波片與所述紅外探測器正對，所述探測單元用于對待測區域進行探測和成像； 分析單元，包括圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊，圖像預分析模塊對啟動烯烴氣體識別器之前所述探測單元所探測的圖像進行分析，判斷是否為氣體，圖像定性分析模塊對烯烴氣體識別器啟動之后所述探測單元所探測的圖像進行識別和分析，判斷是否為烯烴氣體； 控制與驅動單元，連接所述探測單元和分析單元，根據分析單元的分析結果控制和驅動探測單元中的烯烴氣體識別器； 報警單元，連接所述分析單元，根據所述分析單元的分析結果進行報警；其中所述圖像預分析模塊和圖像定性分析模塊是集成到計算機系統中的固件。
2.如權利要求1所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，所述分析單元中還包括定量計算與判斷模塊，定量計算與判斷模塊中包括預設的觸發各級報警的條件，在圖像定性分析模塊進行定性分析之后，對待測區域的紅外圖像氣體面積的變化進行計算與判斷，啟動不同類型的報警，所述氣體圖形面積變化的計算為間隔一定時間前后，氣體圖像面積變化的比率，其中所述定量計算與判斷模塊是集成到計算機系統中的固件。
3.如權利要求1所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，圖像定性分析模塊分析待測氣體是否通過所述烯烴氣體識別器的帶通濾光片，當判斷待測氣體通過帶通濾波片時，確定待測氣體為烯烴氣體。
4.如權利要求1所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，所述分析單元中還包括溫度探測模塊，所述溫度探測模塊對待測區域的紅外圖像的溫度進行探測和分析，其中所述溫度探測模塊是集成到計算機系統中的固件。
5.如權利要求4所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，所述分析單元中還包括定量計算與判斷模塊，定量計算與判斷模塊中包括預設的觸發各級報警的條件，在監控過程中，對待測區域的紅外圖像顯示的溫度變化進行計算與判斷，啟動不同類型的報警。
6.如權利要求1-5中任一所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，所述烯烴氣體識別器包括轉盤，所述帶通濾波片和空窗設置在所述轉盤上。
7.如權利要求6所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，所述烯烴氣體識別器中包括3-5片長波帶通濾光片或2片中波帶通濾波片。
8.如權利要求6所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，所述烯烴氣體識別器中包括3片長波帶通濾光片，其中心波長分別為10.1±0.02,10.399±0.02,12.28±0.02微米；或者所述烯烴氣體識別器中包括5片長波帶通濾光片，其中心波長分別為10.1±0.02、10.37±0.02 ,10.399±0.02,11.24±0.02,12.28±0.02 微米；或者所述烯烴氣體識別器中包括2片中波帶通濾光片，其中心波長分別3.24±0.02、3.31±0.02微米。
9.如權利要求2或5所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，所述報警單元中包括三級報警功能模 塊，其中所述報警功能模塊是集成到計算機系統中的固件。
10.如權利要求1-5中任一所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，該分析單元還包括輔助識別模塊，該輔助識別模塊處理的信息有待測區域的設備信息、工況信息、環境信息、可見光攝相機信息中的一種或幾種，其中所述輔助識別模塊是集成到計算機系統中的固件。
11.如權利要求1-5中任一所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，所述報警單元中還包括顯示裝置，以顯示烯烴氣體泄漏或溫度異常發生的位置。
12.如權利要求1-5 中任一所述的烯烴氣體泄漏的監控系統，其中，還包括與探測單元相連的防爆與供電單元。
【文檔編號】G08B21/12GK203537498SQ201320217002
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年4月25日 優先權日:2013年4月25日
【發明者】黃曉家, 張力, 陳祥初, 孟思齊, 王明會, 王軍 申請人:北京格寶應用技術有限公司