一种基于时频域分析的液化气泄漏监测方法和装置与流程

1.本发明属于液化气泄漏监测技术领域，具体涉及一种基于时频域分析的液化气泄漏监测方法和装置。


背景技术：

2.随着液化气这一新型清洁能源的快速发展，其应用得到了国家的普遍重视，液化气用户的数量也在不断增长。在液化气为人们的生活带来便捷的同时，液化气的泄漏问题所存在的潜在危险也无法忽视。液化气属于易燃易爆物品，其爆炸威力非常大，但由于缺乏行之有效的液化气泄漏监测手段，燃爆事故频繁发生。因此，对于液化气使用过程的安全监测对于保障人们生产生活具有重要意义。
3.现有技术中，对于液化气泄漏的监测方法通常采用气体浓度监测方法，该方法要求密闭空间中达到一定浓度后才会进行异常报警，且该方法对于空间点位的选取较为敏感，如果监测点距离泄漏处较远，则泄漏量会较大且泄漏时间会较长，这对用户安全带来了较大隐患。同时，气体浓度监测传感器的价格较高，若要覆盖所有的监测点，需要较高的成本，用户体验较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是一种基于时频域分析的液化气泄漏监测方法和装置，用于解决现有技术中存在的至少一个技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.第一方面，本发明提供一种基于时频域分析的液化气泄漏监测方法，包括：
7.基于预设的采样频率，在液化气罐解压阀的出口处采集若干秒的声音数据的时域信号；
8.对所述时域信号进行傅里叶快速变换，得到与所述时域信号对应的频域信号；
9.对所述频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组；其中，所述固有特征频率组为与解压阀漏气相关的多个特征频率构成的频率组；
10.根据所述声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件。
11.在一种可能的设计中，在对所述时域信号进行傅里叶快速变换，得到与所述时域信号对应的频域信号之前，所述方法还包括：
12.对所述时域信号进行高通滤波，以滤除截止频率以下的低频信号。
13.在一种可能的设计中，对所述频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组，包括：
14.对所述频域信号进行包络检波，得到所述频域信号的上包络线；
15.对所有频率数据点进行遍历查找，以在所述上包络线中定位得到全部声音强度峰值点；
16.从全部声音强度峰值点中确定所述固有特征频率组所对应的声音强度峰值组。
17.在一种可能的设计中，根据所述声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件，包括：
18.判断所述声音强度峰值组中是否存在超过漏气阈值t0的声音强度峰值，若无则判定无液化气泄漏事件发生，否则进一步判断所述声音强度峰值组中是否存在超过使用阈值t1的声音强度峰值；
19.若所述声音强度峰值组中不存在超过所述使用阈值t1的声音强度阈值，则判定发生液化气泄漏事件，否则判定液化气罐处于正常使用状态。
20.在一种可能的设计中，所述方法还包括：
21.采集液化气罐的液化气管中的气体流量数据，并根据所述气体流量数据判断液化气罐当前具体使用状态。
22.在一种可能的设计中，所述声音数据的时域信号通过麦克风模块采集得到，所述麦克风模块设置在所述减压阀的出口处。
23.在一种可能的设计中，所述气体流量数据通过气体流量器采集得到，所述气体流量器设置在所述液化气管上。
24.第二方面，本发明提供一种基于时频域分析的液化气泄漏监测装置，包括：
25.信号采集模块，用于基于预设的采样频率，在液化气罐解压阀的出口处采集若干秒的声音数据的时域信号；
26.信号转换模块，用于对所述时域信号进行傅里叶快速变换，得到与所述时域信号对应的频域信号；
27.信号处理模块，用于对所述频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组；其中，所述固有特征频率组为与解压阀漏气相关的多个特征频率构成的频率组；
28.事件判断模块，根据所述声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件。
29.在一种可能的设计中，所述装置还包括：
30.滤波模块，用于对所述时域信号进行高通滤波，以滤除截止频率以下的低频信号。
31.在一种可能的设计中，在对所述频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组，所述信号处理模块具体用于：
32.对所述频域信号进行包络检波，得到所述频域信号的上包络线；
33.对所有频率数据点进行遍历查找，以在所述上包络线中定位得到全部声音强度峰值点；
34.从全部声音强度峰值点中确定所述固有特征频率组所对应的声音强度峰值组。
35.在一种可能的设计中，在根据所述声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件时，所述事件判断模块具体用于：
36.判断所述声音强度峰值组中是否存在超过漏气阈值t0的声音强度峰值，若无则判定无液化气泄漏事件发生，否则进一步判断所述声音强度峰值组中是否存在超过使用阈值t1的声音强度峰值；
37.若所述声音强度峰值组中不存在超过所述使用阈值t1的声音强度阈值，则判定发
生液化气泄漏事件，否则判定液化气罐处于正常使用状态。
38.在一种可能的设计中，所述装置还包括：
39.状态判断模块，用于采集液化气罐的液化气管中的气体流量数据，并根据所述气体流量数据判断液化气罐当前具体使用状态。
40.第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于时频域分析的液化气泄漏监测方法。
41.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于时频域分析的液化气泄漏监测方法。
42.第五方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于时频域分析的液化气泄漏监测方法。
43.有益效果：
44.本发明基于预设的采样频率，在液化气罐解压阀的出口处采集若干秒的声音数据的时域信号；通过对时域信号进行傅里叶快速变换，得到与时域信号对应的频域信号；通过对频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组；根据声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件。本发明利用液化气流经过解压阀时产生的固定频率的声音信号的特征，通过实时采集该声音信号并进行分析处理，即使液化气罐仅发生了微量的液化气泄漏，也能通过本发明进行有效判断，提升了液化气泄漏监测的灵敏度和实时性。
附图说明
45.图1为本实施例中的基于时频域分析的液化气泄漏监测方法的流程图；
46.图2(a)、图2(b)和图2(c)分别为背景含有不同白噪声干扰时，解压阀出口处的声音数据的时域信号和频域信号；
47.图3(a)、图3(b)和图3(c)分别为背景含有不同人为噪声干扰时，解压阀出口处的声音数据的时域信号和频域信号；
48.图4为本实施例中的基于时频域分析的液化气泄漏监测方法所应用的信号采集装置的结构示意图；
49.图5为本实施例中的基于时频域分析的液化气泄漏监测装置的结构框图。
50.其中，1-液化气罐；2-液化气管；3-减压阀；4-声音信号采集模块；5-流量传感器；6-控制模块。
具体实施方式
51.为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普
通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.实施例
53.如图1所示，第一方面，本实施例提供一种基于时频域分析的液化气泄漏监测方法，包括但不限于由步骤s101～s104实现：
54.步骤s101.基于预设的采样频率，在液化气罐解压阀的出口处采集若干秒的声音数据的时域信号；
55.其中，需要说明的是，在步骤s101中，由于解压阀出口处气体泄漏时，产生的声音信号的特征频率大约在5khz～25khz，因此，所述预设的采样频率可以是大于5khz的采样频率，优选的，本实施例采用8.82khz的采样频率。此外，可以根据数据分析的需求连续采集若干秒的数据量，优选的，可以采集5秒的声音数据，以满足后续对信号进行时频域分析的需求。
56.步骤s102.对所述时域信号进行傅里叶快速变换，得到与所述时域信号对应的频域信号；
57.其中，在步骤s102一种可选的设计中，在对所述时域信号进行傅里叶快速变换时，可对所述时域信号进行变换长度为n的傅里叶快速变换，其中，n为自然数，优选的，n＝525824，从而得到所述频域信号的特征分布。
58.其中，在一种可能的设计中，在步骤s102之前，所述方法还包括：
59.对所述时域信号进行高通滤波，以滤除截止频率以下的低频信号。
60.其中，优选的，所述截止频率可设置为5khz，以保证解压阀出口处气体泄漏的声音信号均能够被保留。
61.其中，如图2(a)、2(b)和2(c)以及图3(a)、图3(a)和图3(c)所示，如不对所述时域信号进行高通滤波，在截止频率以下的低频信号会被背景噪声所干扰，在将时域信号转换成频域信号后，在截止频率以下的低频信号的特征分布会呈现较大异常。但由于本实施例仅需要对截止频率以上的高频信号进行特征分析，因此对时域信号进行高通滤波仅为一种可选的实施方式，此处不做限定。
62.步骤s103.对所述频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组；其中，所述固有特征频率组为与解压阀漏气相关的多个特征频率构成的频率组；
63.其中，在步骤s103一种可选的实施方式中，对所述频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组，具体包括：
64.步骤s1031.对所述频域信号进行包络检波，得到所述频域信号的上包络线；
65.具体的，在对所述频域信号进行包络检波时，可通过在每m个频率数据点的局部最大值上利用样条插值法实现包络检波，具体的插值算法原理采用现有的算法原理，此处不再赘述。优选的，可以在每200个频率数据点的局部最大值上利用样条插值法实现包络检波。
66.步骤s1032.对所有频率数据点进行遍历查找，以在所述上包络线中定位得到全部声音强度峰值点；
67.步骤s1033.从全部声音强度峰值点中确定所述固有特征频率组所对应的声音强
度峰值组。
68.步骤s104.根据所述声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件。
69.其中，在步骤s104一种可能的设计中，根据所述声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件，包括：
70.步骤s1041.判断所述声音强度峰值组中是否存在超过漏气阈值t0的声音强度峰值，若无则判定无液化气泄漏事件发生，否则进一步判断所述声音强度峰值组中是否存在超过使用阈值t1的声音强度峰值；
71.其中，需要说明的是，所述漏气阈值t0是指解压阀在漏气状态下的声音频域中固有特征频率所对应的声音强度，可通过前期标定获得；同理，所述使用阈值t1是指解压阀在正常使用状态下的声音频域中固有特征频率所对应的声音强度，可通过前期标定获得。
72.步骤s1042.若所述声音强度峰值组中不存在超过所述使用阈值t1的声音强度阈值，则判定发生液化气泄漏事件，否则判定液化气罐处于正常使用状态。
73.其中，需要说明的是，所述正常使用状态包括小火状态、中火状态和大火状态。
74.在一种可能的设计中，为了判断所述液化气罐具体的使用状态，所述方法还包括：
75.步骤s105.采集液化气罐的液化气管中的气体流量数据，并根据所述气体流量数据判断液化气罐当前具体使用状态。
76.在一种可能的设计中，所述声音数据的时域信号通过麦克风模块采集得到，所述麦克风模块设置在所述减压阀的出口处。
77.在一种可能的设计中，所述气体流量数据通过气体流量器采集得到，所述气体流量器设置在所述液化气管上。
78.如图4所示，其中，本实施例所采用的信号采集装置可以包括液化气罐1，所述液化气罐1的出气口连接有液化气管2，所述液化气管2上设置有减压阀3，所述减压阀3的出口处设有声音信号采集模块4，所述声音信号采集模块4用于实时采集所述减压阀3出口处的声音信号；所述液化气管2上还设有流量传感器5，所述流量传感器5用于实时检测所述液化气管2中的气体流量；所述声音信号采集模块4和所述流量传感器5分别与控制模块6电连接，优选的，所述控制模块6为单片机，所述控制模块6还与无线通信模块电连接，所述无线通信模块还与云端服务器通信连接，所述云端服务器还与用户终端通信连接。
79.其中，需要说明的是，由于液化气在使用过程中，所述减压阀3出口处存在气体流动，此时气体会发出声音，通过在出口处设置声音信号采集模块4，优选的该声音信号采集模块4为麦克风模块，则可以采集到声音信号的变化，其中，声音信号采集模块4采集到的值为电信号，需要将该电信号进行模数转换后传输至所述控制模块6，以供控制模块6进行识别和分析处理。
80.其中，需要说明的是，通过在液化气管2上设置流量传感器5，可以检测得到当前液化气的使用场景是否存在异常，其中，使用场景包括小火、中火和大火，其中，气体流量采集的气体流量信号是电信号，需要将该电信号进行模数转换后传输至所述控制模块6，以供控制模块6进行识别和分析处理。
81.其中，需要说明的是，所述控制模块6中嵌设有实现本实例所述的基于时频域分析的液化气泄漏监测方法的计算机程序，该计算机的执行流程如上所述，此处不再赘述。
82.基于上述公开的内容，本实施例基于预设的采样频率，在液化气罐解压阀的出口处采集若干秒的声音数据的时域信号；通过对时域信号进行傅里叶快速变换，得到与时域信号对应的频域信号；通过对频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组；根据声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件。本发明利用液化气流经过解压阀时产生的固定频率的声音信号的特征，通过实时采集该声音信号并进行分析处理，即使液化气罐仅发生了微量的液化气泄漏，也能通过本发明进行有效判断，提升了液化气泄漏监测的灵敏度和实时性。
83.第二方面，本发明提供一种基于时频域分析的液化气泄漏监测装置，包括：
84.信号采集模块，用于基于预设的采样频率，在液化气罐解压阀的出口处采集若干秒的声音数据的时域信号；
85.信号转换模块，用于对所述时域信号进行傅里叶快速变换，得到与所述时域信号对应的频域信号；
86.信号处理模块，用于对所述频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组；其中，所述固有特征频率组为与解压阀漏气相关的多个特征频率构成的频率组；
87.事件判断模块，根据所述声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件。
88.在一种可能的设计中，所述装置还包括：
89.滤波模块，用于对所述时域信号进行高通滤波，以滤除截止频率以下的低频信号。
90.在一种可能的设计中，在对所述频域信号进行特征分析和处理，得到固有特征频率组所对应的声音强度峰值组，所述信号处理模块具体用于：
91.对所述频域信号进行包络检波，得到所述频域信号的上包络线；
92.对所有频率数据点进行遍历查找，以在所述上包络线中定位得到全部声音强度峰值点；
93.从全部声音强度峰值点中确定所述固有特征频率组所对应的声音强度峰值组。
94.在一种可能的设计中，在根据所述声音强度峰值组与预设阈值的数值关系，判断是否发生液化气泄漏事件时，所述事件判断模块具体用于：
95.判断所述声音强度峰值组中是否存在超过漏气阈值t0的声音强度峰值，若无则判定无液化气泄漏事件发生，否则进一步判断所述声音强度峰值组中是否存在超过使用阈值t1的声音强度峰值；
96.若所述声音强度峰值组中不存在超过所述使用阈值t1的声音强度阈值，则判定发生液化气泄漏事件，否则判定液化气罐处于正常使用状态。
97.在一种可能的设计中，所述装置还包括：
98.状态判断模块，用于采集液化气罐的液化气管中的气体流量数据，并根据所述气体流量数据判断液化气罐当前具体使用状态。
99.第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于时频域分析的液化气泄漏监测方法。
100.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于时频域分析的液化气泄漏监测方法。
101.第五方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的基于时频域分析的液化气泄漏监测方法。
102.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。