昆明理工大学 机电工程学院, 云南 昆明 650500
氨气是重要的基础工业原材料，实现其非接触探测对于及时发现氨气泄漏，避免重大安全事故发生具有重要意义。针对常规氨气泄漏检测装置需等到氨气扩散到一定范围并与传感器接触时才能响应的不足，提出一种混洗自注意力网络(SSANet)模型实现氨气泄漏红外非接触检测。因红外热像仪获取的氨气泄漏图像含噪高、对比度低，故通过非局部均值去噪、限制对比度的自适应直方图均衡化预处理建立氨气泄漏红外检测数据集。SSANet模型在YOLOv5s基础上通过K-means算法聚类分析出适用于氨气泄漏红外检测的候选框以预置模型参数；采用轻量级ShuffleNetv2网络，将其Shuffle Block中的3×3的深度可分离卷积核替换为5×5，采用含有新卷积模块的SK5 Block对特征提取网络进行重构，使模型大小、计算量和参数量实现轻量化的同时提高检测精度；采用Transformer模块代替原网络瓶颈模块中的C3模块实现泄漏区域多头注意力自底向上融合，实现检测精度的再次提升。实验结果表明，SSANet模型较YOLOv5s基础模型大小和参数量分别减少76.40%、78.30%，降为3.40 M、1.53 M；单张图像平均检测速度提升1.10%，达到3.20 ms；平均检测精度提升3.50%，达到96.30%。本文为开发氨气泄漏非接触探测装置以保障涉氨企业的安全生产和稳定运行提供了一种有效的检测算法。
氨气泄漏检测 红外图像 聚类分析 轻量化结构 Transformer模块 ammonia leak detection infrared image cluster analysis lightweight structure transformer module
安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230601
密封药瓶内的药物在储存过程中, 时常会因为保存方式不当, 产品质量不合格等问题导致其气密闭性变差, 极易与空气中的各种气体发生化学反应引起药品变质, 影响其正常使用。 因此, 可以通过药瓶内部各种气体浓度的测量及时反映出药品的储存状态。 其中水汽(H2O)是空气中的常见气体且极易与药品产生反应, 药瓶中H2O浓度的测量是判断瓶内药物是否变质的重要依据之一。 实际检测药瓶内水汽浓度的传统方法或通常需要直接接触到样品才能做出判断, 很难做到无损检测, 样品处理过程较为繁琐, 耗时耗力, 难以实现对大量药瓶的实时无损测量, 所以需要一个实时快速非接触式检测容器密封性的方法。 为了高效检测并实时监控密封药品存储容器(药瓶)内的水汽浓度, 提出了一种可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)的数字正交锁相解调算法, 并对该算法的可行性及有效性进行了实验验证。 药瓶采用长12 cm宽9 cm高64 cm的可透光聚乙烯(PE)材质; 中心波长为1 391 nm的分布式反馈(DFB)激光器作为光源, 搭建了基于数字正交锁相解调算法的TDLAS药品检漏测量系统, 以数字锁相解调代替了传统的锁相解调并且研究了不同的调制深度、 采样率对解调出的二次谐波信号(WMS-2f)幅值的影响。 在系统各项参数最优的情况下考察了不同光功率下WMS-2f信号稳定性, 并通过拟合结果推演出其他未知水汽浓度的WMS-2f信号。 研究结果表明: 与常规锁相放大器解调算法相比, 数字锁相解调可编译性强, 系统结构更为紧凑, 成本更为低廉。 Allan方差分析显示在160 s内的状态下, 水汽检出限为18 ppm, 验证了该方法的稳定性与可靠性。
数字锁相解调 水汽浓度检测 药瓶检漏 Digital phase-locked demodulation TDLAS TDLAS Water vapor concentration detection Medicine bottle leak detection
1 北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
2 北京智慧共享技术服务有限公司, 北京 100125
3 中国石油集团安全环保技术研究院有限公司, 北京 102206
基于热成像的气体泄漏检测技术以其检测效率高、直观可视等优点,已成为石油天然气泄漏检测的重要手段,但常规的气体泄漏热成像检测方法需要检测人员从视频图像中主观地判断泄漏气体痕迹,容易发生漏检、误检。研究了一种基于尺度不变特征变换(SIFT)和支持向量机(SVM)的泄漏气体云团热成像检测算法,采用帧间差分法从红外图像序列中筛选目标区域;分别提取泄漏气体和干扰物的SIFT特征;使用SVM对候选区域进行目标判别,提取泄漏气体云团目标。针对真实复杂场景中包含乙烯、甲烷等的气体泄漏图像和运动人员、漂动树木、野草等干扰图像,建立了1000个典型目标图像数据库,通过图像检测仿真,可得所提算法对距10~150 m处的泄漏气体云团的分类准确率可达92.5%。结果表明,采用该检测方法可自动排除其他运动物体的干扰,有效检测出泄漏气体云团。
成像系统 热成像 气体泄漏检测 气体云团 尺度不变特征变换 支持向量机
上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240
基于丙丁烷在3.37μm处的基频吸收峰, 使用相应中心波长的连续带间级联激光器和长光程吸收池, 研制了基于波长调制技术的丙丁烷气体检测系统。为自动确定波长调制过程中的锯齿波中心值参数, 基于电流与输出光频率的线性关系, 通过均匀增加激光器驱动电流获得直接吸收光谱。使用基于洛伦兹线型的拟合算法确定吸收峰值对应电流, 使锯齿波输出光以其为中心覆盖吸收峰。实验证明, 以拟合结果31.94mA为中心值的锯齿波, 在叠加频率为20000Hz、幅值为0.03V的高频正弦调制波后, 系统二次谐波峰值超过100mV。算法全过程不依赖标气和F-P标准具等精密光学器件, 可适应实际生产条件下的系统自动定参。
带间级联激光器 可调谐半导体激光吸收光谱 气雾剂检漏 中红外吸收峰 洛伦兹光谱线型 interband cascade lasers tunable diode laser absorption spectroscopy aerosol leak detection system mid-infrared absorption peak Lorentz profile
1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
2 北京交通大学理学院发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京 100044
气体泄漏红外成像探测具有高效率、远距离等显著优势。为了进一步增强观察人员对气体泄漏红外图像的细节感知, 等效提高系统探测极限, 提出一种基于双边滤波的气体泄漏红外图像动态压缩及增强方法, 以气体泄漏红外图像特点为依据, 对双边滤波和压缩合并过程进行控制, 实现了气体泄漏红外图像细节的有效增强。实验表明, 在实现从高位宽原始数据到低位宽输出显示数据压缩的同时, 气体泄漏痕迹信息得到显著增强, 且整幅图像具有较好的对比度, “光晕”现象得到有效抑制。
成像系统 红外成像 气体泄漏探测 图像压缩与增强 双边滤波
1 承德石油高等专科学校 河北省仪器仪表工程技术研究中心, 河北 承德 067000
2 天津大学 测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300350
论述了国内利用Sagnac干涉仪系统、Mach-Zehnder干涉仪系统、Φ-OTDR系统等分布式光纤振动传感系统在输运流体管道检测中的发展历程与应用现状。分析了不同测试系统在输油气、输水管道等应用领域的监测原理、应用特点, 阐述了分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的发展趋势。通过对当今国外该技术领域发展状况的分析, 得出了在Sagnac干涉仪系统、Mach-Zehnder干涉仪系统技术领域方面国内具有一定的技术优势, 而在最前沿的Φ-OTDR系统的研究上国内外不相伯仲的现状。
Sagnac干涉仪 Mach-Zehnder干涉仪 管道流体泄漏检测 Sagnac interferometer Mach-Zehnder interferometer Φ-OTDR Φ-OTDR pipeline liquid leak detection
1 重庆邮电大学工业物联网与网络化控制教育部重点实验室, 重庆 400065
2 重庆邮电大学光纤通信技术重点实验室, 重庆 400065
提出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感网络的输油管道泄漏检测方法。以悬臂梁结构为基础, 设计了具有温度自补偿功能的FBG传感检测探头; 为解决传感探头的安放局限性, 设计了特殊的感应层与应力传导方式, 并结合FBG传感信息实现对泄漏点的检测与定位。通过理论分析可知, 该检测方法具有一定的可行性, 对解决在役输油管道的泄漏检测与定位问题提供了一种可靠的方案。
光纤光学 泄漏检测 光纤布拉格光栅 输油管道 温度补偿 fiber optics leak detection fiber Bragg grating (FBG) oil pipeline temperature compensation
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
设计与开发了一种基于红外图像的SF6 气体检漏定位系统。本系统利用TMS320C6416 高速图像处理能力及其灵活可配置的视频端口, 结合S3C6410 强大的控制能力, 对可能发生SF6 泄漏的现场进行红外视频图像的实时采集, 利用帧间差分和局部熵差相结合的算法对泄漏点进行检测和定位。仿真及实验结果表明,该算法不仅克服了帧间差分法检测位置不够精确和局部熵差法计算量大的缺点, 同时还有效的降低了诊断过程中被测对象的外形、表面缺陷和背景环境的噪声等影响, 能够高效、准确地实现SF6 泄漏点的检测和定位。
检漏定位 红外图像 帧间差分 局部熵差 SF6 气体 leak detection and location infrared image frame difference local entropy SF6 gas
1 北京工业大学 激光工程研究院,北京 100124
2 .北京玻璃研究院,北京 100111
3 北京玻璃研究院,北京 100111
为了实时进行管道泄漏检测与定位,采用了能够长距离、动态检测泄漏信号的干涉式分布式光纤传感技术。分析了该干涉仪的泄漏检测原理、泄漏源定位方法,并通过实验研究了载波对传感器性能的影响。由实验结果可知,当1阶贝塞尔函数达到极值时,传感器性能最佳;而贝塞尔函数远离极值点时,无法实现信号检测。结果表明,选取较佳的载波参量,该传感器能够准确地确定泄漏源位置,且定位误差为0.99%。
光纤光学 Sagnac干涉仪 泄漏检测 载波 fiber optics Sagnac interferometer leak detection carrier
