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
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
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
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 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 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
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
