CN113176042B - 一种气体泄漏检测装置及检测方法 - Google Patents

一种气体泄漏检测装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气体泄漏检测装置，包括光源、光学劈尖、图像处理单元、用于遮挡外部干扰光的暗室和用于密封待检测部的密闭腔；所述密闭腔对应待检测部开设有检测孔；所述光学劈尖置于暗室内，并覆盖于所述检测孔上；所述光学劈尖中填充有弹性材料，所述弹性材料能够在气体泄漏时发生形变；所述光学劈尖能够使光源发射的光信号发生等厚干涉，并将等厚干涉图像反射至图像处理单元，所述图像处理单元能够根据所接收的等厚干涉图像判断气体泄漏情况。本发明还提供了一种气体泄漏检测装置的检测方法。本气体泄漏检测装置及检测方法基于等厚干涉，能检测出来的形变是光波长数量级，所以微小的泄漏造成的形变也能精确的检测出来。

Description

一种气体泄漏检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种检测装置及检测方法，尤其涉及一种气体泄漏检测装置及检测方法。
背景技术
高压输气管道在阀门连接处容易出现漏气风险，即使是微小的漏气也可能造成巨大的人身及经济损失。目前采用的大多数方法都有一定的局限性，传统的光纤检测方法是通过泄漏气体时温度的变化来检测，当温度变化较小时，对温度测量的灵敏度就要求很高，而且光纤大都铺设在管道底部，但泄漏通常发生在管道顶部，对泄漏报警的准确性有很大影响。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种气体泄漏检测装置及检测方法，通过光学的等厚干涉原理来检测高压输气管道在阀门连接处是否存在微小的气体泄漏。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
一方面，本发明提供一种气体泄漏检测装置，包括光源、光学劈尖、图像处理单元、用于遮挡外部干扰光的暗室和用于密封待检测部的密闭腔；
所述密闭腔对应待检测部开设有检测孔；所述光学劈尖置于暗室内，并覆盖于所述检测孔上；所述光学劈尖中填充有弹性材料，所述弹性材料能够在气体泄漏时发生形变；
所述光学劈尖能够使光源发射的光信号发生等厚干涉，并将等厚干涉图像反射至图像处理单元，所述图像处理单元能够根据所接收的等厚干涉图像判断气体泄漏情况。
进一步地，所述密闭腔采用刚性材料。
进一步地，所述光源包括激光器，所述暗室上设有扩束镜，所述激光器发出的激光能够经过扩束镜照射至所述光学劈尖。
进一步地，所述暗室内设有分光板，用于将光学劈尖反射的等厚干涉图像反射至图像处理单元。
进一步地，所述暗室上设有观察窗，所述图像处理单元包括成像单元，所述分光板能够将光学劈尖反射的等厚干涉图像经观察窗传送至成像单元成像。
进一步地，所述光学劈尖包括罩设于弹性材料外部的楔形玻璃罩壳。
另一方面，本发明还提供了一种气体泄漏检测装置的检测方法，包括如下步骤：
采集光学劈尖经光源照射反射的等厚干涉图像；
将所采集等厚干涉图像与预存储的参考等厚干涉图像进行对比：若等厚干涉图像发生形变，则表明存在气体泄漏；否则，表明气体未泄漏；
其中，所述参考等厚干涉图像是指：在气体未泄漏状态下，由光学劈尖经光源照射反射的等厚干涉图像。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明采用光的等厚干涉原理来进行气体泄漏检测，等厚干涉能检测出来的形变是光波长数量级，所以微小的泄漏造成的形变也能精确的检测出来；其次光的抗电磁干扰优势也使得这种技术十分适合在易燃易爆的环境下使用；有较好的使用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中一种气体泄漏检测装置的示意图；
图2是本发明实施例中光学劈尖没有发生形变时的示意图；
图3是本发明实施例中光学劈尖发生形变时的示意图；
图4是本发明实施例中没有漏气时观察到的条纹图像示意图；
图5是本发明实施例中漏气时观察到的弯曲的条纹图像示意图；
图中：1、光源；2、光学劈尖；3、图像处理单元；4、暗室；5、待检测部；6、密闭腔；7、扩束镜；8、分光板；9、观察窗；10、成像单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
本发明实施例提供了一种气体泄漏检测装置，参见图1，包括光源1、光学劈尖2和图像处理单元3，其中光学劈尖2能够使光源1发射的光信号发生等厚干涉，并将等厚干涉图像反射至图像处理单元3，所述图像处理单元3能够根据所接收的等厚干涉图像判断气体泄漏情况。
为了防止外部气体干扰，本发明实施例中设置有用于密封待检测部5的密闭腔6，所述密闭腔6对应待检测部5开设有检测孔，密闭腔6上方水平设置有光学劈尖2，所述光学劈尖2覆盖于所述检测孔上，光学劈尖2中填充有弹性材料，弹性材料能够在气体泄漏时发生形变。
检测时，参见图2，当待检测部5没有气体泄漏时，光学劈尖2的底部是平坦的，光学劈尖2不会产生形变；而当待检测部5确实存在气体泄漏时，如图4所示，光学劈尖2由于外部的气压影响底部会向上弹起，产生形变。
由于光学劈尖2采用弹性材料，其内部容易因为外界气压变化而发生形变，所以本发明实施例中密闭腔6的腔壁选用刚性材料制造，防止外部环境影响了检测结果，来提高检测结果的准确性。
在本发明实施例中，所述光源1包括用于为检测装置提供稳定单色相干光源的激光器，所述激光器下方设置有扩束镜7，所述扩束镜7可以改变激光光束直径和发散角，在检测过程中，激光器产生发散激光经过下方的扩束镜7时，扩束镜7准直其为垂直平行光束，所述激光器发出的激光经过扩束镜7照射至所述光学劈尖2。
在本发明实施例中，所述光学劈尖2包括罩设于弹性材料外部的楔形玻璃罩壳，光学劈尖2内部由于外界气压影响产生形变，其外部的玻璃罩壳可以在其上显示出等厚干涉的图像。
具体地，检测时，激光器发射的光束经过扩束镜7准直其为垂直平行光束之后照射向光学劈尖2，在激光器的照射下光学劈尖2可以产生等厚干涉，并在玻璃罩壳上显示出等厚干涉的图像。
参见图1，本发明实施例还包括用于遮挡外部干扰光的暗室4，暗室4置于密闭腔6上，其内设置有光学劈尖2，所述暗室4上方设置有扩束镜7，用于将激光器发射的激光准直为垂直平行的光束照射在光学劈尖2上；所述暗室4内还设有分光板8，用于将光学劈尖2反射的等厚干涉图像反射至图像处理单元3。
本发明实施例中，所述暗室4上还设有观察窗9，所述图像处理单元3在观察窗上，所述图像处理单元3包括成像单元10，所述成像单元10用来采集等厚干涉图像，而图像处理单元3对图像进行分析处理。
所述分光板8倾斜设置于光学劈尖2上方，检测时，其将光学劈尖2反射的等厚干涉图像经观察窗9传送至成像单元10成像，再由图像处理单元3进行分析处理。
如图2所示，当待检测部5没有气体泄漏时，光学劈尖2的底部是平坦的，根据等厚干涉的原理，在光学劈尖2上表面观察到的图像如图3所示为明暗相接的条纹图像。
相邻明条纹的间距为：
Figure BDA0003001279310000061
式中，λ为光源1发射光波长，θ为光学劈尖2倾角。
如图4所示，当待检测部5有漏气发生，光学劈尖2内部由于气压的变化，弹性材料受到向上的压力，从而产生形变，形变使光学劈尖2底部不再平坦，光学劈尖2的倾角也会发生变化，导致入射光与反射光的光程差变化，此时在光学劈尖2上表面观察到的图像如图5所示，在劈尖上表面观测到的条纹也发生弯曲。
检测时，成像单元10采集到了来自光学劈尖2上产生的条纹图像，图像处理单元3再进行图像的分析对比，当图像为明暗相接的条纹图像，则判定为光学劈尖2没有变形，待检测部5处没有产生漏气；当图像为弯曲的条纹图像时，则判定为光学劈尖2产生了变形，待检测部5存在漏气现象。
本发明实施例采用了基于等厚干涉的检测装置来检测出待检测部5处是否存在着微小的漏气，测定的精度很高，甚至几分之一波长那么小的***都可以从条纹的弯曲上检测出来，该装置结构设计简单，易于操作，容易实现装置性能提高的相关改进。
实施例二：
本发明实施例提供了一种气体泄漏检测装置的检测方法，包括如下步骤：
采集光学劈尖3经光源7照射反射的等厚干涉图像；
将所采集等厚干涉图像与预存储的参考等厚干涉图像进行对比：若等厚干涉图像发生形变，则表明存在气体泄漏；否则，表明气体未泄漏；
其中，所述参考等厚干涉图像是指：在气体未泄漏状态下，由光学劈尖2经光源1照射反射的等厚干涉图像。
具体地，检测时，光源1选用激光器产生发散激光，经过一个扩束镜7准直后变成垂直平行光照射到暗室4内的光学劈尖2上，其中光学劈尖2能够使光源1发射的光信号发生等厚干涉，并在光学劈尖2上的玻璃罩上产生等厚干涉图像；
由光学劈尖2反射回来的光经过分光板8反射到暗室4的观察窗9上，形成的图像进入成像单元10，图像处理单元3观察图像变化，进行分析处理；
在此情形下，当观察到的图像为明暗相间的条纹图像时，图像处理单元3进行比对，判定待检测部5没有气体泄漏；
当观察到的图像为弯曲的条纹图像时，图像处理单元3进行比对，判定待检测部5有漏气发生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种气体泄漏检测装置，其特征在于，包括光源（1）、光学劈尖（2）、图像处理单元（3）、用于遮挡外部干扰光的暗室（4）和用于密封待检测部（5）的密闭腔（6）；
所述密闭腔（6）对应待检测部（5）开设有检测孔；所述光学劈尖（2）置于暗室（4）内，并覆盖于所述检测孔上；所述光学劈尖（2）中填充有弹性材料，所述弹性材料能够在气体泄漏时发生形变；
所述光学劈尖（2）能够使光源（1）发射的光信号发生等厚干涉，并将等厚干涉图像反射至图像处理单元（3），所述图像处理单元（3）能够根据所接收的等厚干涉图像判断气体泄漏情况。
2.根据权利要求1所述的气体泄漏检测装置，其特征在于，所述密闭腔（6）采用刚性材料。
3.根据权利要求1所述的气体泄漏检测装置，其特征在于，所述光源（1）包括激光器，所述暗室（4）上设有扩束镜（7），所述激光器发出的激光能够经过扩束镜（7）照射至所述光学劈尖（2）。
4.根据权利要求1所述的气体泄漏检测装置，其特征在于，所述暗室（4）内设有分光板（8），用于将光学劈尖（2）反射的等厚干涉图像反射至图像处理单元（3）。
5.根据权利要求4所述的气体泄漏检测装置，其特征在于，所述暗室（4）上设有观察窗（9），所述图像处理单元（3）包括成像单元（10），所述分光板（8）能够将光学劈尖（2）反射的等厚干涉图像经观察窗（9）传送至成像单元（10）成像。
6.根据权利要求1所述的气体泄漏检测装置，其特征在于，所述光学劈尖（2）包括罩设于弹性材料外部的楔形玻璃罩壳。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的气体泄漏检测装置的检测方法，所述方法包括如下步骤：
采集光学劈尖（2）经光源（1）照射反射的等厚干涉图像；
将所采集等厚干涉图像与预存储的参考等厚干涉图像进行对比：若等厚干涉图像发生形变，则表明存在气体泄漏；否则，表明气体未泄漏；
其中，所述参考等厚干涉图像是指：在气体未泄漏状态下，由光学劈尖（2）经光源（1）照射反射的等厚干涉图像。
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