一种气体泄漏监测装置及监测方法与流程

1.本发明属于气体泄漏监测领域，具体地说，涉及一种气体泄漏监测装置及监测方法。


背景技术：

2.二氧化氮等有毒有害气体作为工业常用气体，一旦发生泄漏后，极易造成设备及人身财产危害。目前，大部分工作场所运用单一气体传感器实现气体浓度的获取，但往往因为气体传感器发生故障或自身性能变化造成漏报或误报，给操作人员的生命安全及设备安全造成威胁。比如，目前常见的二氧化氮气体传感器多为电化学型气体传感器，随着工作时间的推移，电化学型二氧化氮气体传感器会出现不同程度的检测灵敏度下降、零点漂移等固有特性，长时间在线工作且未进行校准，可能会造成误报警或漏报警情况。
3.有鉴于此特提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种气体泄漏监测装置及监测方法，采用多个传感器信息融合技术实现气体浓度采集，提高气体泄漏监测数据的准确性。
5.为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
6.本发明的第一方面，提供一种气体泄漏监测装置，包括：气体检测模块、信号转换模块、信号处理模块和报警单元。
7.进一步地，所述气体检测模块对气体进行浓度检测，输出至少两组在同一时刻监测的信号；
8.所述信号转换模块接收气体检测模块传输的信号，并将接收到的信号进行转换，将转换后的信号传输至信号处理模块；
9.所述信号处理模块接收转换后的至少两组信号，并对其进行比较，取其中较大的值与报警阈值进行比较，取较大值的增量值与报警阈值进行比较，并将比较结果传输至与所述信号处理模块连接的所述报警单元。
10.进一步地，所述气体检测模块包括至少两组气体传感器，所述至少两组气体传感器同时检测气体浓度，并将气体浓度值一一对应转换为至少两组相对应的电流信号。
11.具体地，气体传感器获取检测环境中需要检测的气体的浓度，然后通过物理或化学反应，将气体的浓度值转化为电流信号，并经过计算后，将电流信号输出。
12.进一步地，所述信号转换模块包括：信号转换电路和模/数转换器；
13.所述信号转换电路，将接收到的气体传感器传输的电流信号转换成电压信号，并输出至模/数转换器；
14.所述模/数转换器，将接收到的电压信号转换为模拟或数字信号，并输出至信号处理模块。
15.进一步地，所述气体泄漏监测装置还包括：显示单元，所述显示单元接收信号处理模块传输的信号，并对接收到的信号进行显示。
16.有利地，通过显示单元的显示，可以清楚地知道当前超标的气体的浓度值，便于后续的调节。
17.进一步地，所述气体泄漏监测装置还包括：电源模块和壳体；
18.所述气体检测模块、所述信号转换模块、所述信号处理模块、所述报警单元和所述显示单元均与电源模块电性连接；
19.所述气体检测模块、所述信号转换模块、所述信号处理模块、所述报警单元、所述显示单元和电源模块安装于所述壳体内。
20.本发明的另一方面，提供一种应用上述气体泄漏监测装置监测方法，包括：
21.s1、气体检测模块检测气体浓度，并输出至少两组同时检测的信号；
22.s2、信号转换模块将接收到的至少两组信号转换成数字信号，得到第一数字量ds1和第二数字量ds2；
23.s3、信号处理模块接收信号转换模块传输的第一数字量ds1和第二数字量ds2，并对信号进行表决；
24.s4、若ds1≥ds2，则信号处理模块将ds1与报警阈值c进行比较，并将信号传输至显示单元进行显示；
25.s5、若ds1≥c，则比较ds1的增量值δds1与报警阈值c；
26.s6、若δds1≥c，则信号处理模块将信号传输至报警单元进行报警；
27.s7、本次检测结束，进行下次检测，重复步骤s1～s6。
28.可选的，所述s5中，若ds1＜c，则此次检测结束，进行第二次检测，重复步骤s1～s4。
29.可选的，所述s6中，若δds1＜c，则此次检测结束，进行第二次检测，重复步骤s1～s5。
30.可选的，所述s2中，对信号进行转换的具体步骤包括：
31.s21、信号转换电路接收气体传感器传输的至少两组电流信号，并将电流信号一一对应的转换为至少两组电压信号；
32.s22、模/数转换器接收信号转换电路输出的至少两组电压信号，并将电压信号一一对应的转换成至少两组数字信号。
33.可选的，所述s3中，信号处理模块对接收到的信号进行软件滤波算法，去除异常孤立信号，然后对经过滤波算法之后的信号进行表决。
34.采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果，在单一浓度值比较的基础上，采用两个传感器获取信号，并取其中较大的检测值作为检测浓度信号，避免由于随着工作时间的推移，电化学气体传感器检测性能下降带来泄漏监测漏报的安全风险；在浓度值比较的基础上，补充监测浓度值增量的比较，可减少电化学气体传感器零点漂移导致的误报警，保证检测结果准确。
35.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
36.附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
37.图1是本发明气体泄漏监测装置示意图；
38.图2是本发明使用监测装置进行监测的方法流程示意图；
39.图3是本发明气体泄漏装置具体监测及监测流程示意图。
40.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.本发明第一方面，提供了一种气体泄漏监测装置，如图1所示，包括气体检测模块、信号转换模块、信号处理模块和报警单元。
45.进一步地，气体检测模块对要检测的气体进行浓度检测，输出至少两组在同一时刻检测的信号，并将信号传输至信号转换模块；信号转换模块接收到气体检测模块传输的信号，并将信号进行转换，然后将转换后的信号传输至信号处理模块；信号处理模块接收转换后的至少两组信号，并对其进行比较，取其中较大的值与报警阈值进行比较，取较大值的增量值与报警阈值进行比较，并将比较结果传输至与信号处理模块连接的报警单元。
46.进一步地，气体检测模块包括至少两组气体传感器，至少两组气体传感器同时获取气体浓度，并将气体浓度值一一对应转换为至少两组相对应的电流信号。
47.具体地，气体传感器作为一种用于监测静止环境中气体的存在或水平的设备，待测气体通过传感器多孔膜背面进入到传感器的工作电极，气体传感器经过物理或化学的反应，将监测到的气体的浓度转化为电流信号，然后将其输出。
48.具体地，气体进入传感器的工作电极，在工作电极处气体会被氧化或者还原，这种电化学反应会产生电流，电流流经外部线路，这样，就将监测到的气体浓度值通过物理或化学反应转换为了电流值，并将电流值信号进行传输。
49.更具体地，本实施例中，设置至少两个气体传感器，在开始监测时，至少两个气体
传感器同时工作，对气体的浓度进行采集，然后将采集到的浓度值一一对应的转化为至少两组电流信号。
50.进一步地，信号转换模块包括信号转换电路和模/数转换器(adc)；信号转换电路将接收到的气体传感器传输的电流信号转化为电压信号，传输至模/数转换器(adc)；模/数转换器(adc)接收到电压信号后，将其转换为模拟或数字信号，并将其传输至信号处理模块。
51.具体地，气体检测模块中的至少两组气体传感器将采集的至少两组气体的浓度值一一对应的转换为至少两组na级的电流信号，并将电流信号传输至信号转换电路。为配合转换至少两组电流信号，本实施例中设置至少两组信号转换电路，信号转换电路采用电流电压转换电路，通过串联电阻，将电流信号转换为电压信号，并将转换的信号输出至模/数转换器(adc)。
52.具体地，模/数转换器(adc)作为一个将模拟信号转换成数字信号的电子元件，将接收到的信号转换电路传输的电压信号转换成数字信号，并将转换完后的信号传输至信号处理模块。
53.具体地，信号处理模块会接收到至少两组数字量信号值，对接收到的数字量信号值分别进行分析处理。首先，采用软件滤波算法去除其中各自包含的异常信号，然后对至少两组值进行比较，并将两组值中较大的值进行输出；其次，取两组值中较大的值与报警阈值进行比较，若大于报警阈值，则计算较大值的增量值，并将增量值与报警阈值进行比较，若增量仍大于报警阈值，则将结果传输至报警单元。
54.进一步地，气体泄漏监测装置还包括显示单元，显示单元接收信号处理模块传输的信号并进行显示。
55.具体地，信号处理模块对接收到的至少两组信号值进行比较，将其中较大值的信号传输至显示单元进行显示。
56.有利地，可以方便用户清晰明了的知道本次检测的气体的浓度。
57.进一步地，气体泄漏监测装置还包括电源模块和壳体。
58.具体地，电源模块为气体检测模块、信号转换模块、信号处理模块、报警单元和显示单元供电，保证所有模块正常通电工作。
59.具体地，气体检测模块、信号转换模块、信号处理模块、报警单元、显示单元和电源模块安装于壳体内，壳体对上述所有模块起到一定的保护作用。
60.本发明的第二方面，提供一种使用上述气体泄漏监测装置的监测方法，包括步骤s1～s6。
61.在步骤s1中，气体检测模块检测气体浓度，并输出至少两组同时检测的信号。
62.具体地，气体检测模块包括至少两组气体传感器，两组气体传感器同时采集待监测区域内的气体，待监测区域内的气体通过气体传感器多孔膜背面进入到传感器的工作电极，在工作电机经过物理或化学的反应转换成电流信号，获取的至少两组气体浓度值经过一一对应转换后，形成至少两组电流信号，并传输至信号转换模块。
63.在步骤s2中，信号转换模块将接收到的至少两组信号转换成数字信号，得到第一数字量ds1和第二数字量ds2。
64.可选的，对信号进行转换的步骤具体执行s21～s22。
65.在步骤s21中，信号转换电路接收气体传感器传输的至少两组电流信号，并将至少两组电流信号一一对应的转换为至少两组电压信号。
66.具体地，为对应气体检测模块中的至少两组气体传感器，信号转换模块中至少包含两组信号转换电路。两组信号转换电路分别接收对应的气体传感器传输的电流信号，然后通过电流电压转换的原理，将电流信号一一对应的转换成电压信号，并将其传输至模/数转换器(adc)。
67.在步骤s22中，模/数转换器接收信号转换电路输出的至少两组电压信号，并将电压信号一一对应的转换成至少两组数字信号。
68.具体地，模/数转换器(adc)接收到信号转换电路输出的电压信号，调用模/数转换原理，将电压信号转换成数字信号，得到第一数字量ds1和第二数字量ds2，并将两组数字量传输至信号处理模块。
69.在步骤s3中，信号处理模块接收信号转换模块传输的第一数字量ds1和第二数字量ds2，并对信号进行表决。
70.可选的，信号处理模块对接收到的至少两组信号进行软件滤波算法，去除异常孤立信号，然后对经过滤波算法之后的信号进行表决。
71.具体地，在本实施例中，信号处理模块采用的是微控制器，微控制器接收模/数转换器输出的数字信号，首先通过软件数字滤波算法去除各自的异常信号，然后对收集到的两组信号进行表决，并将表决后的结果通过显示单元和报警单元进行输出。
72.在步骤s4中，若ds1≥ds2，则信号处理模块将ds1的值与报警阈值c进行比较，并将信号传输至显示单元进行显示。
73.具体地，微控制器首先比较ds1、ds2两组数字量的大小，若ds1≥ds2，则将第一数字量ds1的代表的浓度值在显示单元进行显示；然后继续比较ds1与报警阈值c，并根据比较结果进行下一步操作。
74.可选的，比较ds1、ds2两组数字量的大小，得出ds1＜ds2，则将ds2的浓度值在显示单元进行显示，然后继续比较ds2与报警阈值c，并根据比较结果进行下一步操作。
75.在步骤s5中，若ds1≥c，则比较ds1的增量值δds1与报警阈值c。
76.具体地，根据s4中比较结果，得出ds1的值比ds2的值大，因此将ds1的值与报警阈值c进行比较，若ds1≥c，则比较ds1的增量值δds1与报警阈值c。
77.可选的，若ds1＜c，则此次检测结束，进行第二次检测，重复步骤s1～s4。
78.可选的，若在s4中，经过比较得出的结果是ds2的值更大，则后续比较ds2的值与报警阈值c，同样的，若ds2≥c，则比较ds2的增量值δds2与报警阈值c，否则此次检测结束，进行第二次检测，重复步骤s1～s4。
79.在步骤s6中，若δds1≥c，则信号处理模块将信号传输至报警单元进行报警。
80.具体地，若经过比较得出δds1≥c，则信号处理模块将比较的结果转换成相应的信号传输至与信号处理模块连接的报警单元，报警单元接到信号后，进行报警处理。
81.在本实施例中，报警单元采用的是声光报警单元，既可以提供声音的报警处理还可以提供指示灯亮的报警，双重报警保险，可以保证用户能够及时的接收。
82.可选的，若δds1＜c，则此次检测结束，进行第二次检测，重复步骤s1～s5。
83.可选的，若经过s1～s5得出的结果是比较δds2与报警阈值c的比较，则在步骤s6
的增量值δds2与报警阈值c，否则结束本次检测过程，进行下次检测；最后，通过比较ds2的增量值δds2与报警阈值c，若得出δds2≥c，则微控制器发送信号给声光报警单元，进行声光报警，提醒用户浓度值超标，否则，结束本次检测过程，进行下次检测。
97.需要说明的是，对于固定装置而言，气体浓度的增量值在第一次检测时，为检测值相对于初始值的增量值，在后续检测过程中，均为当前检测值相对于上次检测值的增量值；对于手持移动检测装置而言，每次开机上电后，气体浓度的增量值均是本次检测值相对于初始值的增量值，后续检测过程中为当前检测值相对于上次检测值的增量值。
98.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案也可以进一步组合或者替换，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

技术特征：
1.一种气体泄漏监测装置，其特征在于，包括：气体检测模块、信号转换模块、信号处理模块和报警单元；所述气体监测模块对气体进行浓度检测，输出至少两组在同一时刻检测的信号；所述信号转换模块接收气体检测模块传输的信号，并将接收到的信号进行转换；所述信号处理模块接收转换后的至少两组信号，并对其进行比较，取其中较大的值与报警阈值进行比较，取较大值的增量值与报警阈值进行比较，并将比较结果传输至与所述信号处理模块连接的所述报警单元。2.根据权利要求1所述的气体泄漏监测装置，其特征在于，所述气体检测模块包括至少两组气体传感器，所述至少两组气体传感器同时检测气体浓度，并将气体浓度值一一对应转换为至少两组相对应的电流信号。3.根据权利要求1所述的气体泄漏监测装置，其特征在于，所述信号转换模块包括：信号转换电路和模/数转换器；所述信号转换电路，将接收到的气体传感器传输的电流信号转换成电压信号，并输出至模/数转换器；所述模/数转换器，将接收到的电压信号转换为模拟或数字信号，并输出至信号处理模块。4.根据权利要求1所述的气体泄漏监测装置，其特征在于，还包括：显示单元，所述显示单元接收信号处理模块传输的信号，并对信号进行显示。5.根据权利要求4所述的气体泄漏监测装置，其特征在于，还包括：电源模块和壳体；所述气体检测模块、所述信号转换模块、所述信号处理模块、所述报警单元和所述显示单元均与电源模块电性连接；所述气体检测模块、所述信号转换模块、所述信号处理模块、所述报警单元、所述显示单元和电源模块安装于所述壳体内。6.一种如权利要求1-5任一所述气体泄漏监测装置的监测方法，其特征在于，包括：s1、气体检测模块检测气体浓度，并输出至少两组同时检测的信号；s2、信号转换模块将接收到的至少两组信号转换成数字信号，得到第一数字量ds1和第二数字量ds2；s3、信号处理模块接收信号转换模块传输的第一数字量ds1和第二数字量ds2，并对信号进行表决；s4、若ds1≥ds2，则信号处理模块将ds1与报警阈值c进行比较，并将信号传输至显示单元进行显示；s5、若ds1≥c，则比较ds1的增量值δds1与报警阈值c；s6、若δds1≥c，则信号处理模块将信号传输至报警单元进行报警；s7、本次检测结束，进行下次检测，重复步骤s1～s6。7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述s5中，若ds1＜c，则此次检测结束，进行第二次检测，重复步骤s1～s4。8.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述s6中，若δds1＜c，则此次检测结束，进行第二次检测，重复步骤s1～s5。
9.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述s2中，s21、信号转换电路接收气体传感器传输的至少两组电流信号，并将至少两组电流信号一一对应的转换为至少两组电压信号；s22、模/数转换器接收信号转换电路输出的至少两组电压信号，并将电压信号一一对应的转换成至少两组数字信号。10.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述s3中，信号处理模块对接收到的至少两组信号进行软件滤波算法，去除异常孤立信号，然后对经过滤波算法之后的信号进行表决。

技术总结
本发明公开了一种气体泄漏监测装置，包括：气体检测模块，对气体进行浓度检测，输出至少两组在同一时刻检测的信号；信号转换模块，接收气体检测模块传输的信号，并将接收的信号进行转换；信号处理模块和报警单元，信号处理模块接收转换后的至少两组信号，并对其进行比较，取其中较大的值与报警阈值进行比较，取较大值的增量值与报警阈值进行比较，并将比较结果传输至与信号处理模块连接的所述报警单元。本发明还公开了一种应用上述气体泄漏监测装置的监测方法。采用两组信号进行检测，避免随着工作时间的推移，出现泄漏监测漏报的安全风险；增加浓度值增量的比较，可减少误报警，保证检测结果准确。检测结果准确。检测结果准确。


技术研发人员：赵全 胡家伟 郝龙 徐光 金朝旭 陈新林 孙鹤 张瑜 刘恩凡 郑雪玲 方涛 柴栋栋 王成刚
受保护的技术使用者：北京航天凯恩新材料有限公司 空军装备部驻北京地区军事代表局驻北京地区第二军事代表室
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/15