[发明专利]基于红外成像和超声信号的蒸汽管路在线监测系统

说明书

本发明公开了一种基于红外成像和超声信号的蒸汽管路在线监测系统，该监测系统包括红外成像在线监测模块、超声波传感器阵列模块、数据采集处理模块、电源和监控后台；超声波传感器阵列模块实时检测各方位传来的与高压气体泄露相关的宽频超声信号并通过千兆网传递给数据采集处理模块，数据采集处理模块并通过频谱幅值的比较，初步确定泄露发生的方位角，红外成像在线监测模块根据数据采集处理模块提供的方位角进行成像搜索和目标跟踪，通过图像处理技术确定泄漏发生的准确方位角并向监控后台报警。本发明通过对红外成像信息与超声信息对蒸汽管路的工作状态进行在线监控，实现快速地搜索、识别和定位蒸汽管路的多种异常泄漏点。

技术领域

本发明涉及舰船蒸汽舱室内部蒸汽管路的状态监测系统，用于对蒸汽管路的工作状态进行在线监控，同时将蒸汽管路泄漏信息进行故障实时报警并提供故障处方位引导信息。

背景技术

舰船蒸汽管路长期处于高温、高压的蒸汽环境中工作，难免出现内漏或外漏问题，且由于舱室空间狭小、层叠布置，难以对管路进行有效排查或检修。一旦发生泄漏，将引起管道加速腐蚀、周边设备受损，继而可能导致系统无法正常工作，甚至危及人员及设备的安全。因此，对泄漏现象的及时发现和处理非常重要。早期泄露现象的发现依赖于对其声、热等特征的有效监测。

目前常见的泄漏检测仪往往依赖于压强、超声等某一种特征的监测，且大多为手持式，无法实现蒸汽管路工作状态的实时监控与自动报警，对于高温、高压的舰船蒸汽管路，甚至危及工作人员的安全，迫切需要一种同时具备自动化、实时性和准确性等特点的远程监控装置，以实现舰船蒸汽管路泄漏的远程监控、自动报警和准确定位。

高压气体容器(或管道)存在较大的内外压差，一旦出现泄漏，气体将沿漏孔高速喷出。描述流体流动的重要系数是雷诺数(Reynolds number，Re＝ρvD/μ，式中ρ为气体密度，v为流速，D为漏孔平均力学直径，μ为气体动态粘滞系数)。高压气体泄露时，因为流速较高，雷诺数较大，将形成湍流。湍流中存在大量的不稳定涡旋，可激发特定频率范围的宽频噪声。研究表明，激发的噪声频率与漏孔尺寸相关。当漏孔较大时，噪声频率较低，可被人耳听到；当漏孔微小且压力很高，泄露产生的噪声频率将超过20kHz，甚至达到100kHz，超出人的可听声范围(20Hz-20kHz)，但可被超声传感器测得。由于空气对超声的衰减，以及声波随距离的扩散效应，该超声的声强随距离的增加而快速衰减，因此监测距离有限。背景噪声主要存在于低频，也包括机械振动所引起的少量高频窄带谐波；而泄露特征声则分布在更宽的频率范围，具有特定的频谱特征，因此可通过匹配泄漏频谱特征，以在恶劣环境下对气体泄漏进行有效监测。

同时，由于蒸汽自带有的温度特性，蒸汽泄露还会对周围环境带来相应温度的变化。红外热像通过吸收红外辐射，检测设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热分布情况，因此即使在暗黑环境下亦能生成相应的图像，用于辨识物体场景。被动式红外热像在完全暗黑环境下亦能生成精确定量的温度场分布图像，不仅能够清晰的辨识现场物体场景，且通过对蒸汽泄漏处热线云雾特征加以甄别，即可显示泄漏故障所在具体位置及大致温度场分布情况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于红外成像和超声信号的蒸汽管路在线监测系统，系统通过对红外成像信息与超声信息对蒸汽管路的工作状态进行在线监控，实现了快速地搜索、识别和定位蒸汽管路的多种异常泄漏点。

一种基于红外成像和超声信号的蒸汽管路在线监测系统，该监测系统包括红外成像在线监测模块、超声波传感器阵列模块、数据采集处理模块、电源和监控后台；

所述超声波传感器阵列模块实时检测各方位传来的与高压气体泄露相关的宽频超声信号并通过千兆网传递给数据采集处理模块，数据采集处理模块并通过频谱幅值的比较，初步确定泄露发生的方位角，红外成像在线监测模块根据数据采集处理模块提供的方位角进行成像搜索和目标跟踪，通过图像处理技术确定泄漏发生的准确方位角并向监控后台报警。