Главная / Библиотека / Визуализация утечки газа с помощью тепловизионной камеры

Визуализация утечки газа с помощью тепловизионной камеры

Теги тепловизионная камера утечка газа
Визуализация утечки газа с помощью тепловизионной камеры

Способность разработанной камеры отображать утечки газа проверяется с использованием метана. Используются два типовых полосовых интерференционных фильтра: 3,2-3,4 мкм и 7,5-8,0 мкм. Они были выбраны потому, что их полосы пропускания совпадают с двумя наиболее выраженными полосами инфракрасного поглощения метана, как показано на рисунках 1 и 2. Представленные спектры поглощения основаны на данных библиотеки Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

╤А╨╕╤Б 7

Рисунок 1. Спектр поглощения метана и спектр пропускания полосового фильтра Spectrogon BP-3317-215 нм (3,2-3,4 мкм)

╤А╨╕╤Б 8

Рисунок 2. Спектр поглощения метана и спектр пропускания полосового фильтра Spectrogon BP-7720-480 нм (7,5-8,0 мкм)

Чтобы проверить влияние фильтра на возможности ОГВ камеры, утечка метана изображается на неоднородном фоне со средней температурой 50 °C. Сначала тестируется конфигурация без какого-либо фильтра, затем с добавлением фильтра 7,5-8,0 мкм при температуре окружающей среды 23 °С и относительной влажности 45%. В ходе проведения эксперимента не применялись методы обработки изображений для улучшения видимости утечки газа.

Качественное изображение было получено без какого-либо фильтра (рис. 3а), но утечка остается невидимой, так как газ поглощает слишком мало энергии для обеспечения видимого контраста. Добавление фильтра (рис. 3б) значительно снижает количество энергии, достигающей МФП, что приводит к зашумленному изображению. Однако утечку можно обнаружить, поскольку газ вызывает ослабление фонового инфракрасного излучения и становится достаточно сильным, чтобы быть видимым на участках без газа.

╤А╨╕╤Б 9

Рисунок 3. Утечка метана, полученная на зашумленном фоне при средней температуре 50 °С: а) без фильтра, б) с фильтром 7,5-8,0 мкм

Затем, применяя черное тело в качестве фона и используя камеру для визуализации, фиксируется утечка метана с фильтром 7,5-8,0 мкм, сопровождаемая постепенным снижением температуры Tbb от 100 °C до температуры окружающей среды. Предел достигается примерно при 28 °C (рис. 4а), что на 5 °C выше температуры окружающей среды и ниже этого значения из-за шума камеры (количественно определяемого с помощью параметра РТЭШСК) обнаружить утечку без предварительного знания о ее существовании достаточно трудно.

╤А╨╕╤Б 10

Рисунок 4. Утечка метана, зарегистрированная с помощью фильтра 7,5-8,0 мкм при температуре фона: а) 30 °С и б) 60 °С

Наконец, снова используя черное тело в качестве фона, утечка метана изображается для Tbb = 100 °С и Tbb = 200 °С с использованием обоих фильтров. Результаты показаны на рисунках 5 и 6.

Если сравнить спектры поглощения метана, показанные на рисунках 1 и 2, можно увидеть, что пик поглощения ИКСВД вдвое превышает пик поглощения ИКДВД. Однако, если рассчитать среднее поглощение метана для обеих полос, ограниченных фильтром, результаты будут сопоставимы (5,46E-5 мд-1м-1 для полосы 3,2-3,4 мкм и 4,61E-5 мд-1м-1 для полосы 7,5-8,0 мкм). Таким образом, можно предположить, что метан будет одинаково ослаблять инфракрасное излучение в обоих диапазонах, и поэтому параметры камеры будут решающими при выборе рабочего диапазона для обнаружения утечек метана. 

╤А╨╕╤Б 11

Рисунок 5. Утечка метана, зарегистрированная с фильтром 7,5-8,0 мкм, при температуре фона: а) 100 °С и б) 200 °С

╤А╨╕╤Б 12

Рисунок 6. Утечка метана, зарегистрированная фильтром 3,2-3,4 мкм, при температуре фона: а) 100 °С; б) 200 °С

Если изображения утечки газа, показанные на рисунках 4, 5 и 6, сравнить с рассчитанными значениями РТЭШСК, представленными в статье, то можно проследить четкую корреляцию: чем меньше значение РТЭШСК, тем лучше видимость утечки.

Проблема поперечной чувствительности окружающей среды

В типичном промышленном сценарии, когда необходимо выявить возможные утечки газа известного состава, исходящие из вентиля, фланца, двери печи коксовой батареи и т. д., утечка обычно локализуется и обнаруживается с некоторого расстояния. Таким образом, длина оптического пути через газ будет намного короче, чем длина оптического пути через окружающий воздух, что эффективно усиливает влияние воздуха. Поэтому возможное влияние окружающей среды следует всегда учитывать при выборе спектральной полосы для работы системы камер ОГВ.

Проблема поперечной чувствительности ОГВ возникает в случаях, когда спектры поглощения газа и атмосферы перекрываются. Хорошим примером является бутан. Его спектр поглощения, с наложенным на него спектром поглощения окружающей среды, показан на рисунке 7. Спектр поглощения получен из базы данных HITRAN.

╤А╨╕╤Б 13

Рисунок 7. Перекрывающиеся спектры поглощения бутана и окружающей среды

Бутан имеет две доминирующие полосы поглощения: полосу 3,2-3,6 мкм и полосу 6,6-7,5 мкм. Последняя почти полностью совпадает с самой сильной полосой поглощения атмосферы, которая обусловлена ​​наличием влаги в воздухе. Таким образом, если необходимо визуализировать утечки бутана, диапазон ИКСВД будет предпочтительным вариантом, особенно если система ОГВ должна работать на больших расстояниях. В случае метана, рассматриваемого в данной статье, аналогичное сравнение показывают две доминирующие полосы поглощения: 2,5–2,8 мкм и 5,5–7,5 мкм для паров воды и 3,1-3,4 мкм и 7,2-8,2 мкм для метана. Очевидно, что при отображении утечек метана диапазон ИКСВД можно использовать без ограничений, тогда как в диапазоне ИКДВД полосы поглощения метана и водяного пара перекрываются, что ограничивает ИКДВ-фильтр метана длинами волн выше 7,5 мкм.

Если влага, содержащаяся в воздухе, может влиять на ОГВ, это означает, что для ее обнаружения можно использовать термографическую камеру в режиме реального времени с кадровой частотой камеры. Для проверки этого предположения на камеру устанавливается фильтр Spectrogon BP-6200-1200 (5,6-6,8 мкм), хорошо согласующийся с полосой поглощения паров воды на 5-7 мкм. Эту полосу обычно избегают в конструкции термографических камер именно для того, чтобы влага не оказывала сильного влияния на термографические измерения. Температура черного тела Tbb устанавливается сначала на 40 °C, а затем на 60 °C. Холодный несмачивающий поток влаги создается с помощью ингалятора и визуализируется. Результаты представлены на рисунке 8. Как видно, с помощью термографической камеры можно получить изображение водяного пара так же, как и любого другого газа, поглощающего инфракрасное излучение.

╤А╨╕╤Б 14

Рисунок 8. Поток водяного пара, полученный с помощью фильтра 5,6-6,8 мкм при фоновой температуре: а) 40 °С и б) 60 °С.

Измерение пределов обнаружения утечки газа камерой

Для оценки пределов обнаружения утечек газа камерой при различной фоновой температуре сконструирована измерительная установка, состоящая из двух цилиндрических газовых ячеек длиной 33 см, закрытых окнами пропускания ИК-излучения, одна из которых содержит азот (эталонная кювета), а другая – регулируемую смесь метана и азота (измерительная ячейка). Камера используется для получения изображения поверхности абсолютно черного тела через обе газовые ячейки, постепенно снижая содержание метана в смеси до тех пор, пока не будет видна разница между изображениями. Концентрацию метана измеряют на выходе из измерительной ячейки с помощью метаномера LAT MZMD-5/5. Температура окружающей среды во время измерений 27 °С. Схема измерения представлена на рисунке 9, а результаты измерений на рисунке 10.

╤А╨╕╤Б 15

Рисунок 9. Настройка измерения порога обнаружения утечки газа камерой

╤А╨╕╤Б 16

Рисунок 10. Пример термограммы, полученной при измерении предела обнаружения утечки газа камерой (температура абсолютно черного тела 50°C, концентрация метана 666 мд × м)

Как и предсказывалось ранее на основании измерений параметров РТЭШСК, представленных в предыдущем разделе, конфигурация камеры с фильтром 3,2-3,4 мкм не может использоваться для визуализации газа при низкой фоновой температуре. Для конфигурации с фильтром 7,5-8,0 мкм и фоновой температурой 30 °C наблюдается предел обнаружения 3333 мд × м, что ниже 0,1 НКП × м для метана (НКП – нижний концентрационный предел). Также, как и ожидалось, исходя из измерений РТЭШСК, повышение фоновой температуры приводит к значительному увеличению чувствительности системы ОГВ. Например, в случае конфигурации фильтра 7,5-8,0 мкм изменение температуры абсолютно черного тела с 30 °С до 50 °С приводит к уменьшению значения предела обнаружения примерно в 6 раз, с 3333 мд × м до 550 мд × м.

 

 

© Spectrogon

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по поставке лабораторного и научного оборудования производства Spectrogon на территории РФ

Online заявка

 

Теги тепловизионная камера утечка газа
Новые статьи
sCMOS–камера TRC411 с усилением для визуализации излучения Черенкова дозы лучевой терапии.

Команда младшего научного сотрудника Цзя Мэнъюй из Школы точных приборов и оптоэлектронной инженерии Тяньцзиньского университета осуществила визуализацию излучения Черенкова дозы лучевой терапии с помощью научной sCMOS–камеры с усилением, разработанной компанией CISS

Фиксирование эволюции морфологии лазерно-индуцированной плазменной люминесценции с использованием sCMOS-камеры TRC411
Процесс эволюции лазерно-индуцированной плазмы (ЛИП) заключается в следующем: мощный импульсный лазер облучает образец, и на поверхности образца происходит процесс испарение → ионизация → расширение → излучение → рекомбинация за очень короткое время.
КМОП-камера TRC411: Лазерное измерение расстояния и тестирование технологии огне- и дымопроницаемой разветки

Ли Цзыцин, младший научный сотрудник Тяньцзиньского института пожарных исследований Министерства по чрезвычайным ситуациям, недавно опубликовал в журнале "Fire Science and Technology" статью под названием «Технология обнаружения огня и дыма на основе лазерного дальномера», в которой использовалась научная SCMOS-камера TRC411 с усилением, разработанная компанией CISS.

Применение цифрового генератора задержки STC810 для синхронного запуска лазера и динамической съемки пламени

В науке о горении важно иметь глубокое понимание динамики вихрей пламени, а также параметров образования и распределения загрязняющих веществ, таких как сажа.

 

 

 

Цифровой генератор задержки сигналов STC810: управления системой синхронизации для исследования плазмы

Прибор синхронизирует время работы каждого модуля, обеспечивая единый тактовый сигнал и устанавливая точные временные задержки в соответствии с логикой работы каждого модуля в системе, гарантируя, что они выполнят нужные операции в нужный момент.

 

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б

г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3