气体泄漏光谱成像模拟测试装置及方法与流程

本发明涉及气体泄漏监测，特别涉及一种气体泄漏光谱成像模拟测试装置及方法。

背景技术：

1、目前，传统的气体泄漏监测方法属于定点监测，操作安全性低，要实现大范围的动态监测耗时耗力，结果准确性差，且需要进行定期的调试和校准。气体泄漏光谱成像技术由于其大范围、远距离等优势成为气体泄漏监测的有效手段。

2、现有技术中的针对气体泄漏光谱成像系统，缺乏全面的测试评价装置与方法。气体泄漏光谱成像系统的性能表征不是与某一个参数一对一的单调关联，而是受多种参数互相关联影响。而现有的测试评价均未考虑不同测试距离，气体种类、浓度、流量，背景温度、背景反射率，风速、风向、湿度等参数的影响。

3、中国专利申请cn103344388a公开了一种气体泄漏红外成像检测系统的性能评价装置，包括带有红外窗口的气室、面型差分黑体辐射源、气体浓度传感器、温度传感器、压力传感器以及准直光学系统。该系统通过不断增大气室内待测气体的浓度，结合气体红外吸收特性，能够综合评价系统的温度分辨力和空间分辨力。该装置侧重于评价气体泄漏红外成像检测系统对目标分辨能力的测试，不涉及距离、气体种类、流量、风速、背景温度等多种关键因子可控的气体泄漏红外成像系统数据采集、性能测试方法。

4、中国专利申请cn106323901a公开了一种基于mdtd的气体泄漏红外成像检测系统性能评价方法，考虑气体吸收和气体云团大小等因素，得到最小可探测气体浓度，表征红外成像系统对泄漏气体的探测能力。该发明利用红外成像系统普遍的评价指标mdtd和测试环境参数，理论计算得到系统最小可分辨气体浓度，同样不涉及距离、气体种类、流量、风速、背景温度等多种关键因子可控的气体泄漏红外成像系统数据采集、性能测试方法。

5、因此，亟需一种结合复杂多变的工业环境，建立科学标准的气体泄漏光谱成像检测技术测试评价方案，可以模拟不同测试距离，气体种类、浓度、流量，背景温度、背景反射率，风速、风向、湿度等多种场景下的气体泄漏。实现多变量下的光谱成像数据采集，构建样本特征数据库，理清关键因子对气体泄漏光谱成像系统的影响规律，为气体泄漏监测提供有效的数据支撑。这对气体泄漏光谱成像技术发展、泄漏智能化监测预警具有重要意义。

6、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种气体泄漏光谱成像模拟测试装置及方法，可以模拟多种场景下的气体泄漏，可实现多变量下的光谱成像数据采集，为构建样本特征数据库并理清关键因子对气体泄漏光谱成像系统的影响规律奠定数据基础。

2、为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种气体泄漏光谱成像模拟测试装置，包括：供气单元，其提供多路种类、浓度以及流量可调节的目标气体；背景板，其为板状结构，作为目标气体的输出背景；背景控制单元，其与背景板紧密接合，用于调节背景板的温度以及背景反射率；气象控制单元，其设置在背景板附近，用于模拟室外场景不同的风速、风向以及湿度条件；光谱成像单元，其正对背景板处所述目标气体形成的输出气团，对输出气团进行监测识别。

3、进一步，上述技术方案中，供气单元可包括：气瓶，其数量为多个，提供不同种类的气源；配气子单元，其与多个气瓶连通，用于将氮气分别与气源以不同体积浓度进行混合，获取不同浓度的目标气体后输送至背景板的正前方。

4、进一步，上述技术方案中，多个气瓶与配气子单元之间均设有第一流量计和减压阀。

5、进一步，上述技术方案中，目标气体通过多路输出管路输送至背景板的正前方，输出管路通过底座板上的固定槽进行固定；当输出管路为相同尺径的管道时，每个管路的气体流量通过第二流量计进行调节，当输出管路为不同尺径的管道时，每个管路的气体流量通过管径自行调节。

6、进一步，上述技术方案中，当输出管路为不同尺径的管道时，管道通过夹具固定在固定槽中。

7、进一步，上述技术方案中，背景控制单元可包括：温控板，其为中空结构，通过充入的循环液体进行温度调节；该温控板与背景板的尺寸相适配并紧密接合；加热制冷循环器，其通过进水管路和出水管路与温控板连接，通过内置循环泵驱动所述循环液体进、出温控板。

8、进一步，上述技术方案中，背景板可以采用不锈钢板、塑料白板、喷漆板或抛光金属板，通过不同材质背景板的替换获取不同的背景反射率。

9、进一步，上述技术方案中，气象控制单元可包括：风扇，其通过可调节的风力档位和方位角模拟不同的风力和风向；湿度控制子单元，其包括加湿器和除湿器，用于模拟不同的湿度条件。

10、进一步，上述技术方案中，光谱成像单元可包括：光谱成像仪，其通过三脚架、面包板和/或光学平台进行固定；测距仪，用于测量并控制光谱成像仪的测试距离。

11、进一步，上述技术方案中，光谱成像仪可采用制冷型和/或非制冷型光谱成像仪。

12、根据本发明的第二方面，本发明提供了一种气体泄漏光谱成像模拟测试方法，包括如下步骤：提供多路种类、浓度以及流量可调节的目标气体并建立目标气体的输出背景；根据测试需要调节输出背景的温度以及背景反射率；根据测试需要模拟室外场景不同的风速、风向以及湿度条件；在输出背景处形成目标气体的输出气团，对输出气团进行光谱成像监测识别。

13、进一步，上述技术方案中，该方法还可包括对模拟测试进行评价的步骤，用于判断光谱成像监测是否为有效监测。

14、进一步，上述技术方案中，对模拟测试进行评价可具体采用如下评价模型：

15、

16、其中，d为光谱成像模拟测试装置的综合指数；d(n)为气体种类、浓度、流量，背景温度、背景反射率，风速、风向以及湿度参数，wn为每种参数的权值。

17、进一步，上述技术方案中，当综合指数d值超过阈值时，判断装置具备监测气体泄漏的能力；当综合指数d值低于阈值时，判断装置无法监测气体泄漏。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、1)本发明可有效模拟实际工业应用场景并对装置进行性能测试。充分结合考虑了测试距离，气体种类、浓度、流量，背景温度、背景反射率，风速、风向、湿度等多种可控因子，便于实现多变量下的光谱成像数据采集，构建样本特征数据库，为后续进行实际的气体泄漏监测提供有效的数据支撑；

20、2)发明人通过研究发现气体泄漏光谱成像的性能表征是由多种参数互相关联影响，本发明提出了科学标准的气体泄漏光谱成像检测技术测试评价方案，为气体泄漏的测试、评价、优化，探究多种参数间的相互关联对系统性能的影响规律，建立了测试环境；

21、3)本发明的供气单元采用多路气路可同时输出、同时对比监测。利用配气子单元及流量控制，控制输出同种气体不同浓度、不同流量，同种浓度、同种流量的不同气体等，构成对比条件，可同时进行监测对比，测试光谱成像单元的性能效果。

22、上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。