1 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院，安徽 合肥 230601
2 上海西派埃智能化系统有限公司，上海 200233
针对在工厂内设备结构复杂、杂物种类众多、地面磨损严重的现场环境下进行漏液检测时，传统图像处理方法准确率低的问题，本文提出一种基于CNN的漏液检测算法。通过对漏液检测问题进行分析，制作数据集，建立VGG16模型并结合早停算法训练样本，避免过拟合状态，实现了对复杂管道的漏液快速自动检测。在工业现场，该方法可以准确识别漏液并减小噪声干扰的影响。最终通过与多种图像处理方法作对比验证了本文算法的优越性。结果表明，该算法测试准确率可以达到99.44%，预测准确率达到97.0%，高于传统图像处理算法的准确率，且单张图片预测时间约0.2 s，满足工业现场的检测需求。
漏液检测 传统图像处理 VGG16模型 早停法 liquid leakage detection traditional image processing VGG16 model early stopping
1 吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林省红外气体传感技术工程研究中心, 吉林 长春 130012
为了实现大气甲烷(CH4)浓度的高灵敏、实时检测,研制了一种基于开放光路的高稳定性笼式结构光学谐振腔,并结合离轴积分腔输出光谱技术研制了一种大气CH4浓度传感系统。采用中心波长为1653 nm的可调谐半导体激光器作为光源,将反射率为99.92%的高反射镜置于距离光源35 cm处构建光学谐振腔。实验测得高反射镜的实际反射率为99.93%,谐振腔的有效光程可达516 m。Allan方差结果表明,当积分时间为4 s时,基于离轴积分腔的CH4检测系统的最低检测下限为8×10 -9。利用开放光路的优势,开展了CH4泄漏模拟实验,实验证明该系统具有快速检测CH4泄漏的能力,为进一步研制应用于现场、且能快速响应的甲烷泄漏检测仪提供了依据。
传感器 离轴积分腔输出光谱 开放光路 天然气泄漏检测 中国激光
2021, 48(16): 1610002
法尔胜泓昇集团有限公司, 江苏 无锡 214433
分布式光纤温度传感系统(distributed temperature sensing, DTS)是基于拉曼光谱对温度敏感的效应, 可以实现长距离分布式温度监测, 特别适用于火灾报警、 高温液体泄漏和低温气体泄漏等应用场景。 但对于常温介质, 如化工管道中输送的强腐蚀性溶液, 因管道腐蚀发生渗漏时, 渗漏介质温度与周围环境温度没有太大差别, 此时采用DTS测温技术很难识别渗漏事件的发生。 为解决常温下强酸溶液管道或储罐渗漏检测的问题, 提出了一种基于光纤传感的酸溶液介质渗漏监测技术。 设计了一种新颖的酸溶液自感知特种光缆结构, 与泄漏电缆相比, 不需要消耗电能, 不容易发生误报, 精准定位、 敷设简单, 可实现管道全线多点泄漏检测。 光缆外护套材质采用耐碱不耐酸的特殊材料, 由尼龙、 氢氧化镁、 氢氧化铝和少量色母粒组成, 能够被一定质量分数的酸溶液迅速溶解, 与泄漏点处的酸溶液发生化学中和反应并放热, 从而引发感测光纤中后向散射的拉曼光谱发生变化, 使感测光缆的温度能够升高5 ℃以上。 传感光缆连接DTS系统, 系统采用基于反斯托克斯光和斯托克斯光双路解调方法, 能够精确计算出传感光纤中各个位置处的温度值。 因此, 当特种光缆与管道同沟敷设后, 某一位置若发生酸溶液渗漏, 引起该位置上的光缆温度升高, 根据色散补偿和温度校准后的反斯托克斯光和斯托克斯光的比值变化就可以判断出是否发生酸液渗漏事件。 该技术不仅能解决酸溶液运输和存储过程中渗漏监测报警的工程化应用问题, 而且不受弱酸或碱溶液的误报干扰, 节能环保, 能够精准检测出强腐蚀性酸溶液渗漏事件, 提升危化品的数字智能化安全监测水平。
渗漏检测 光纤传感 危化品 应急管理 Leakage detection Optical fiber sensing Hazardous chemicals production Emergency management 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3425
1 深圳供电局有限公司,广东 深圳 518000
2 河南省日立信股份有限公司,郑州 450001
采用量子级联激光器的可调谐半导体激光吸收光谱技术及可移动开放式光路系统在线检测泄露区域的SF6气体.光路系统位于高压组合电器间隔周围,与传感系统通过非接触组合.中红外激光器的工作温度在10℃且注入电流为680 mA时发射频率范围可覆盖SF6气体的选择波长.通过对大区域实验舱的内环境进行多次抽取分离,得到二次谐波吸收的精确背景吸收,利用10.55 μm的可调谐激光传感系统对泄露扩散平衡后的SF6气体进行测量,扣减背景吸收后得到泄露SF6气体的二次谐波吸收光谱.研究结果表明：14.3 m的开放式光路下,气相色谱-热导率检测器溯源校准数据与可调谐半导体激光吸收光谱技术检测一致性良好,最大偏差为2.26%,二次谐波最大信号幅值与测量浓度具有较高拟合度,拟合系数为0.998,SF6体积浓度的检测下限为1.8×10－6.该研究可为SF6气体泄露提供一种全新的检测方法,从而实现高压组合电器大区域环境下SF6气体实时在线监测.
吸收光谱 SF6泄露检测 可调谐半导体激光吸收光谱 量子级联激光器 气体绝缘封闭开关设备 开放式光路 Absorption spectrum SF6 leakage detection Tunable diode laser absorption spectroscopy Quantum cascade laser Gas insulated switchgear Open optical path 光子学报
2019, 48(10): 1010001
1 成都新欣神风电子科技有限公司, 成都 611731
2 中国电子科技网络信息安全有限公司, 成都 610041
在网络作战体系中, 电磁泄漏探测是敌对双方都十分重视的领域。电磁泄漏探测分为主动探测和被动探测两种, 其中主动探测由发射源对外发射信号, 通过检测具体位置处的信号特征, 得到被测设备、系统或网络的泄漏信息或其它特征信息。针对一种主动传导电磁泄漏发射源进行分析, 结合其工作机理和具体的试验现象, 提出了对应的等效模型。该等效模型按工作频率的高低, 分为高频等效天线模型和低频等效电路模型两类, 通过理论分析了该模型的准确性, 通过电路仿真验证了等效模型的正确性。通过该模型研究, 可以为后续电磁泄漏探测的数据分析提供有力的分析手段。
电磁泄漏探测 电磁泄漏安全 等效模型 电磁信息 电磁安全 electromagnetic leakage detection electromagnetic leak safety equivalent model electromagnetic information electromagnetic safety 强激光与粒子束
2019, 31(10): 103218
1 上海交通大学电子工程系区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
2 朴牛(上海)科技有限公司, 上海 200240
提出一种基于高保真分布式光纤声波传感器的油气管线泄漏在线监测技术,介绍了该型光纤声波传感器的测量原理和技术优势,利用该传感器在模拟的管道泄漏实验场中实现了对输气管道泄漏的精确监测和定位。针对现场环境复杂、背景噪声强等问题,采用小波降噪算法进一步提升了泄漏事件的检测灵敏度,实现对加压0.05 MPa气体泄漏的准确检测。实验结果表明,本系统在油气管道安全监测领域具有优越的性能和良好的发展前景。
光纤光学 分布式声波传感 泄漏检测 小波降噪 光学学报
2019, 39(10): 1006005
1 中国计量大学质量与安全工程学院, 浙江 杭州 310018
2 浙江省特种设备检验研究院, 浙江 杭州 310018
3 浙江省特种设备安全检测技术研究重点实验室, 浙江 杭州 310018
基于拉曼散射和光时域反射技术的结合,利用分布式光纤对自来水管道进行泄漏检测和定位模拟实验,分别在自来水管无泄漏和有微小泄漏的情况下,通过分布式光纤传感器获取温度检测信号。实验时,利用绝对距离法对温度检测信号进行聚类分析,识别聚乙烯(PE)自来水管有无泄漏发生,再对无泄漏信号利用选择性平均阈值法确定阈值信号,并通过检测信号和阈值信号的差值信号识别PE自来水管泄漏点位置。结果表明,该系统运行稳定,且能够准确识别自来水管泄漏情况,使用选择性平均阈值法能够准确定位泄漏点。
光纤光学 分布式光纤测温 聚乙烯自来水管道 泄漏检测 绝对距离法 选择性平均阈值 激光与光电子学进展
2019, 56(3): 030602
1 上海理工大学能源与动力工程学院, 上海 200093
2 上海笙港光学科技有限公司, 上海 200093
冻干制品灌装过程极易使西林瓶出现裂纹, 裂纹及塞子与瓶口装配不紧等都会导致空气进入西林瓶内, 使瓶内的药品变质或变性。基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术建立了西林瓶检漏测量系统, 该系统可对西林瓶的密封性实现快速无干扰检测。通过分析参考光路与探测光路中水蒸气的物质的量分数差Δx与参考光路中水蒸气的物质的量分数xr之间的关系, 得到了不同湿度环境下的检测阈值。首先对该系统的测量精度进行了验证, 结果表明测量标准误差小于0.007%；然后在xr分别为1.29%、1.33%、1.89%、2.20%时, 对10个西林瓶进行检测, 4号和8号西林瓶在不同xr下的Δx均大于对应的阈值, 判定为泄漏瓶, 与实际泄漏情况相吻合。
光谱学 可调谐半导体激光吸收光谱 水蒸气 浓度 西林瓶 检漏 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 083004
1 火箭军工程大学, 信息工程系, 陕西 西安 710025
2 96618部队, 北京 100085
为了检测石化工业生产过程中微小气体的泄漏, 提出了一种应用红外成像技术的单帧红外小目标检测方法。研究了低秩稀疏分解理论和稀疏表示理论, 并提出了一种新的基于张量低秩分解和稀疏表示的小目标检测方法。该方法基于张量分解的形式充分发掘背景矩阵所包含的信息; 利用先验知识构造微小气体泄漏的目标字典; 同时利用背景的低秩约束和小目标的稀疏表示约束分解出微小气体的泄漏目标。最后基于非精确增广拉格朗日乘子法(IALM), 对本文算法进行最优化求解, 并通过实验分析比较了本文方法和已有方法的优缺点。结果表明: 本文方法的检测效果优于其他已有方法, 并且具有较好的ROC(受试者工作特征)曲线, 可以满足工业生产中对微小气体泄漏检测的要求。
计算机视觉 红外检测 泄漏检测 张量低秩分解 稀疏表示 红外成像 computer vision infrared detection leakage detection tensor low-rank decomposition sparse representation infrared imaging 光学 精密工程
2016, 24(11): 2855
