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原文传递一种典型毒害气体红外多通道探测预警系统及预警方法

专利名称：	一种典型毒害气体红外多通道探测预警系统及预警方法
摘要：	本发明公开了一种典型毒害气体红外多通道探测预警系统及预警方法，涉及煤化工区含尘大气环境中典型毒害气体的测定技术领域。其预警方法包括：分别建立粉尘粒子和典型气体基础光学特性数据库，编写调试形成红外信号反演处理模块，最后集成模块到红外光学探测系统装置中并进行含尘大气环境毒害气体的识别探测，根据探测结果启动相应的预警机制。本发明综合考虑了厂区待监测大气环境中粉尘粒子的光学衰减作用和气体的光学吸收作用，通过红外多通道信号采用随机微粒群算法反演评估毒害气体的泄漏污染情况，为煤化工厂区含尘大气环境中毒害气体泄露的探测预警提供了路径方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	中国石油化工股份有限公司
发明人：	王廷春;王文正;吴德松;李千登;张国之
专利状态：	有效
申请日期：	2018-02-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201810120017.9
公开号：	CN110118734A
代理机构：	青岛智地领创专利代理有限公司
代理人：	张红凤
分类号：	G01N21/27(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	266071 山东省青岛市市南区延安三路218号
主权项：	1.一种典型毒害气体红外多通道探测预警系统，其包括信号探测单元、信号处理平台、粉尘粒子基础光学特性数据库、典型毒害气体基础光学特性数据库及响应单元，其特征在于：所述信号探测单元包括红外探测光源、红外信号接收器和光电信号传感器，所述红外探测光源将毒害气体中的信号传输至所述红外信号接收器，并由所述红外信号接收器传送至所述光电信号传输器，所述光电信号传输器将监测所得信号传输至所述信号处理平台；所述信号处理平台包括红外信号反演处理模块和毒害气体探测结果分析模块，所述红外信号反演处理模块包括正演仿真计算子模块和反演计算子模块，所述正演仿真计算子模块用于根据假定的含尘毒害大气的空间分布情况，再结合所述粉尘粒子基础光学特性数据库、典型毒害气体基础光学特性数据库，并采用Mie散射模型、窄谱带模型和离散坐标法来获得正演仿真含尘大气红外光学信号；所述反演计算子模块用于与所述光电信号传输器所得信号对比分析后，并采用随机微粒群算法求解目标函数，来实现含尘大气环境中毒害气体泄漏水平的红外光学评估；所述响应单元是根据所述毒害气体探测结果分析模块所得结果而开展的相关预警。 2.根据权利要求1所述的一种典型毒害气体红外多通道探测预警系统，其特征在于：所述目标函数如式(1)：其中，τ和分别是测量和模拟计算获得的透过光谱，N是探测波段的数量。 3.根据权利要求1所述的一种典型毒害气体红外多通道探测预警系统，其特征在于：所述红外探测光源将毒害气体的红外透射光谱传输至所述红外信号接收器。 4.一种典型毒害气体红外多通道探测预警方法，其特征在于，依次包括以下步骤： a建立基础光学数据库的步骤：包括粉尘粒子基础光学特性数据库和典型毒害气体基础光学特性数据库； b构建红外信号反演处理程序模块，包括以下子步骤： b1毒害气体中粉尘粒子的红外衰减作用结合粉尘粒子基础光学特性数据库，采用Mie散射理论计算毒害气体中粉尘粒子的光学散射特性； b2典型毒害气体基础光学特性数据库结合目标气体和常规大气的空间分布情况，采用窄谱带计算模型计算获得毒害气体的光学吸收作用； b3综合考虑毒害气体中粉尘粒子的光学散射特性和毒害气体的光学吸收作用，采用离散坐标法求解辐射传输方程，从而获得含尘大气红外辐射光谱正演仿真结果； b4利用红外探测设备获得含尘大气红外辐射光谱测试结果，并将上述步骤获得的含尘大气红外辐射光谱正演仿真结果与含尘大气红外辐射光谱测试结果进行比较处理，提出以下目标函数并求解：其中，τ和分别是测量和模拟计算获得的透过光谱,N是探测波段的数量； c毒害气体监测应急响应：上述求解计算获得探测空间目标气体的泄漏浓度水平c，并进行分级响应。 5.根据权利要求4所述的一种典型毒害气体红外多通道探测预警方法，其特征在于：步骤a中，对探测环境中存在的粉尘粒子进行采样处理并开展FT-IR测试，获得粉尘粒子的透过光谱，从而获得粉尘粒子基础光学特性数据库。 6.根据权利要求4所述的一种典型毒害气体红外多通道探测预警方法，其特征在于：采用随机微粒群算法开展反演计算求解所述目标函数。 7.根据权利要求6所述的一种典型毒害气体红外多通道探测预警方法，其特征在于：所述随机微粒群算法为：步骤一、对微粒群的随机位置和速度进行初始设定；步骤二、计算每个微粒的适应值；步骤三、对于每个微粒，将其适应值与所经历过的最好位置的适应值进行比较，若较好，则将其作为当前的最好位置；步骤四、对于每个微粒，将其适应值与全局所经历的最好位置的适应值进行比较，若较好，则将其作为当前的全局最好位置；步骤五、对微粒的速度和位置进行进化；步骤六、如未达到结束条件或达到一个预设的最大迭代次数，则返回步骤二。 8.根据权利要求4所述的一种典型毒害气体红外多通道探测预警方法，其特征在于：所述分级响应分为一级预警响应、二级预警响应、三级预警响应和四级预警响应。 9.根据权利要求5所述的一种典型毒害气体红外多通道探测预警方法，其特征在于：采用随机微粒群算法开展反演计算来求解所述目标函数。 10.根据权利要求6所述的一种典型毒害气体红外多通道探测预警方法，其特征在于：所述分级响应分为一级预警响应、二级预警响应、三级预警响应和四级预警响应。
所属类别：	发明专利