[发明专利]一种空中飞行人工嗅觉气体早期泄漏监测定位系统及方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及气体检测监测技术领域，特别涉及一种空中飞行人工嗅觉气体早期泄漏监测定位系统。

【背景技术】

化工容器管道是工业流程当中的重要组成部分，而容器管道泄漏不仅会造成生产过程损失，同时载运介质的泄漏会带来潜在巨大的危害。由于泄漏引起的危险气体扩散甚至爆炸，是目前造成重大伤亡事故的主要原因之一。所以，对管道容器泄漏进行监测特别是早期泄漏进行监测识别，并进行准确定位，有助于降低或避免由于泄漏带来的风险，减少由于泄漏带来的危害。

目前在化工容器管道上已经使用的几种主要的泄漏监测方法主要有：

(1)传感电缆、光纤检漏：利用检测电缆和光纤特性，根据泄漏介质对传感电缆电学特性和光纤光学特性的改变，从而进行准确的响应，根据相关算法还可以得到泄漏发生位置，主要应用在长输管线泄漏监测。传感电缆和光纤检漏技术虽然可以比较准确的探测到泄漏信号，但是其主要的问题在于需要沿管线埋入线缆或光纤，施工比较复杂，成本比较高，而且对容器类泄漏监测无法适用。

(2)漏磁、超声波、声发射技术：通过对容器材料缺陷与磁场信号、声波信号之间的相关关系，可以探测容器壁缺陷，特别是裂纹缺陷。目前这几种方法主要应用在压力容器泄漏监测当中，但是这几种方法适合于对材料局部缺陷，而且通常只能在设备停车之后检修，很难实现在线监测，所以对于大范围的泄漏监测比较困难。

(3)红外成像技术：利用泄漏区域温度场与周边区域温度场的差异，通过图像处理算法得到泄漏区域的红外传感图像，从而判断泄漏发生。该技术可以在较大空间范围内对监测区域进行泄漏监测，但是最大的缺点是只有在发生非常明显的泄漏后才能得到比较可靠的红外图像，泄漏预警十分滞后。

(4)泄漏气体介质单点监测预警：目前所用的泄漏气体监测，都是借助于基于光学、电化学等原理的单点传感器，这些传感器虽然可以探测到发生明显泄漏后的浓度信号，进行报警，但是由于早期泄漏产生气体比较微量，很容易受到干扰，而这些传统检测手段由于具有检测范围受限、单物性选择传感器抗干扰能力差、预警滞后等缺点，对于早期泄漏微量痕迹气体很难准确探测到。

而对于泄漏源定位，目前的相关技术主要是在长输管线方面应用，主要有检测电缆、光纤，还有基于压力梯度时间序列分析的管道泄漏检测定位方法、故障模型滤波器的方法、卡尔曼滤波器方法、基于动态质量平衡的气体和液体管道的统计方法、基于负压波的管道泄漏检测与定位方法、基于管内声波检测的管道泄漏检测与定位方法、非线性观测器残差定位、振荡流激励信号频率响应方法、基于统计分析的管道泄漏检测方法等。而对于容器储罐区域的定位目前大部分采用的手段都是借助检漏仪器人工定位，效率和风险较高。

综上所述，由于目前容器管道泄漏监测及定位方法尚存在一些不足，在泄漏早期微量痕迹气体识别及大空间范围内监测定位方面还有进一步研究开发的空间。

【发明内容】

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种空中飞行人工嗅觉气体早期泄漏监测定位系统，可以有效地实现在大范围空间内，危险源气体早期泄漏的自动监测识别及快速定位。

为达到上述目的，本发明采用的技术手段是：

一种空中飞行人工嗅觉气体早期泄漏监测定位系统，包括：无人飞行控制计算中心、人工嗅觉系统模块、大气环境监测模块、泄漏源定位模块和姿态控制及GPS定位模块；

所述无人飞行控制计算中心用于收到启动信号，开始起飞执行泄漏监测任务，并收集计算来自其它模块的信息；

所述人工嗅觉模块用于采集监测目标气体泄漏伴随痕迹挥发性组分浓度数据，并传递给无人飞行控制计算中心；

所述大气环境监测模块用于采集环境监测数据并传递给无人飞行控制计算中心；

所述的姿态控制及GPS定位模块用于对系统装置飞行姿态调整，使其按照系统装置要求轨迹飞行，并确定其空间位置；

所述泄漏源定位模块根据无人飞行计算控制中心得到的浓度数据、环境监测数据，控制系统装置的姿态和位置变化，控制姿态控制及GPS定位模块，调整系统装置空间飞行位置，进行泄漏源定位。

进一步，所述人工嗅觉模块包括取样浓缩装置和模式识别模块，取样浓缩装置内部为富集气室，富集气室的端口上设置有过滤膜，富集气室的底部设置有气敏传感器阵列；

人工嗅觉模块自动采集监测区域气体样品，将气体通过取样浓缩装置富集后，气敏传感器阵列对特定气体组分信号响应，并输入无人飞行计算控制中心；