[发明专利]一种气体泄漏红外成像探测极限的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体泄漏红外成像探测极限的计算方法，属于气体泄漏探测领域。 

背景技术

根据我国罐箱/槽罐车运输行业的统计，到目前为止，我国已运输过的危险化学品有130余种，其中有毒有害、易燃易爆气体的运输是重中之重。例如，除液化石油气外，仅氯气我国的年产量已经超过600万吨，当每立方米空气中0.1毫克的氯气就足以对环境和人员造成伤害。按照国家《氯气安全规程GB 11984-89》规定，生产、使用氯气的车间(作业场所)，空气中氯气含量最高允许浓度1mg/m³。在危险化学品的运输过程中，有毒有害、易燃易爆气体一旦发生泄漏会对道路沿线周围的居民、生态环境造成极大危害。在泄漏事故发生后，某些气体无色无味，不容易被发现，而且气体在空气中极容易迅速扩散，及时确定气体泄漏源、气体空间分布对采取有效事故处理措施显得尤为重要。 

传统的气体检测方法是将气体传感器放在容易发生泄漏的罐体阀门处，通过浓度的测量，进行气体泄漏检测与报警，检测耗时费力。而被动式气体泄漏红外成像技术是使用中波或长波热像仪可视化气体分子对3～14μm波段的红外辐射吸收，使肉眼不能观察到的泄漏气体在红外视频上清晰可见，通过可视化的图像为检测人员提供一种快速识别泄漏源及气体空间分布的技术，同时采用图像处理技术改善图像质量，便于人眼观察和判断。该技术在许多领域有很好的应用前景，比如化学、电力、工业领域气体泄漏的检测，军事和公共安全领域生化毒剂气体的探测等。与其它的气体探测技术相比，气体泄漏红外成像技术具有便携、快速、大范围遥测等诸多优点。 

被动式气体泄漏红外成像技术以比尔-朗伯特吸收定律(Beer-LaEbert Absorption Law)为基本原理：I₁＝I₀exp[-τ(λ，c，L)]，式中I₀表示进入气体云团前的背景辐射，I₁表示穿过气体云团后剩余的辐射，τ(λ，c，L)表示气体的透过率，λ是波长，c是气体的浓度，L是光学路径。I₀和I₁之差反映了气体所吸收的红外辐射的多少，同时也是在热像仪上形成气体图像的关键，I₀和I₁差异越大，气体与背景之间的图像对比度越高，越容易被人眼观察到。根据以上公式看出有四个因素影响气体成像：气体浓度、背景辐射的大小、光学路径、气体透过率。另外，用来接收红外辐射的光学系统和红外探测器的性能也会影响最终的成像效果。 

虽然气体泄漏红外成像技术具有便携、快速、大范围遥测等诸多优点，但是目前的被动 式气体泄漏红外成像技术属于一种快速的人眼观察为主的定性探测技术，无法实现定量的微量气体浓度检测。当气体泄漏流量很小时，造成气体云团浓度很低，从而I₀和I₁差异很小，气体云团就不能成像，由于被动式气体泄漏红外成像技术无法实现气体浓度定量检测，进而对气体成像系统设计及系统的性能评估带来不便。 

发明内容

针对被动式气体泄漏红外成像技术的应用需要，根据红外成像系统性能参数NETD的定义和红外成像系统探测所需条件，本发明提供了一种气体泄漏成像探测极限的计算方法，能够在一定背景环境条件下，使用一定性能的红外探测器阵列所能成像探测的泄漏气体的最小流量。 

本发明通过如下技术方案实现： 

一种气体泄漏红外成像探测极限的计算方法，具体包括如下步骤： 

第一步：计算无气体泄漏时的背景辐射出射度，并将之作为成像探测背景辐射出射度E_b； 

第二步：由成像探测背景辐射出射度E_b计算成像探测背景等效黑体温度T_bb； 

第三步：气体泄漏时，根据成像探测背景辐射出射度中的气体参数计算背景辐射经气体吸收后的辐射出射度，即为成像探测目标辐射出射度E_p； 

第四步：由成像探测目标辐射出射度E_p计算成像探测目标等效黑体温度T_t； 

第五步：将第二步和第四步计算出的成像探测背景与目标等效黑体温度之差的绝对值定义为气体等效黑体温差GEBTD； 

第六步：比较气体等效黑体温差GEBTD与红外探测器和光学系统的综合性能参数-噪声等效温差NETD，确定气体泄漏探测极限值，即泄漏气体的最小流量。