本發明涉及壁掛爐，尤其涉及基于光學傳感器的壁掛爐用氣安全監測報警系統。

背景技術：

1、壁掛爐技術涉及家庭和商業供暖系統，主要用于通過燃燒天然氣、液化石油氣或其他類型的燃料來供暖和熱水供應，壁掛爐因其安裝便捷、占用空間小、效率高和易于操作的特點而受到青睞，設備通常安裝在室內墻面上，節省空間同時提供持續的熱能輸出，隨著技術的發展，更多的壁掛爐開始采用先進的安全監測和故障診斷功能，以提高使用的安全性和便捷性。

2、其中，光學傳感器的壁掛爐用氣安全監測報警系統涉及一個專為壁掛爐設計的安全系統，用途是通過光學傳感器來檢測燃燒過程中出現的氣體泄漏或其他危險狀況，光學傳感器能夠監測到氣體的組成和濃度變化，一旦檢測到異常狀態，系統將自動觸發報警，提醒用戶采取措施或自動切斷氣源，從而防止可能的火災或爆炸事故。

3、現有技術限于基礎的溫度或煙霧監測，缺乏對氣體成分和濃度變化的動態監控能力，減少了系統在早期階段識別和響應氣體泄漏的能力，特別是在監測多種氣體組成時，傳統傳感器的靈敏度和響應時間不足以有效分辨和警報低濃度的氣體泄漏，導致在緊急情況下延誤應對措施，現有系統缺少將光譜分析與實時數據處理相結合的能力，導致在發生泄漏時，系統無法迅速判定泄漏類型和具體位置，增加了潛在的安全風險，使得在關鍵時刻可能無法提供足夠的信息來采取有效的安全措施，從而導致事故發生。

技術實現思路

1、本發明的目的是解決現有技術中存在的缺點，而提出的基于光學傳感器的壁掛爐用氣安全監測報警系統。

2、為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：基于光學傳感器的壁掛爐用氣安全監測報警系統，所述系統包括：

3、光譜傳感器校準模塊基于光譜傳感器參數，調整探測器靈敏度范圍，匹配甲烷和一氧化碳的光譜吸收特性，通過校準光學元件，分析差異波長光譜的吸收特性，并捕捉多波長的吸收峰值，得到光譜響應特性；

4、氣體光譜分析模塊基于所述光譜響應特性，針對多波長的光譜數據進行吸收峰值提取，分析吸收峰值的時間序列分布，并根據光譜峰值與能量關系，對比差異時間序列的能量偏差，得到能量特征數據；

5、泄漏動態監測模塊基于所述能量特征數據，監測能量值的變化趨勢，判斷氣體濃度的異常變化，并設置濃度閾值進行實時監控，若檢測到超出正常范圍的數據，則評估泄漏概率，同時觸發警報，得到泄漏預警指標；

6、泄漏類型識別模塊基于所述泄漏預警指標，分析異常信號的時間分布，匹配差異類型的泄漏信號，并依據光譜數據中關鍵波長的分布特征，對信號進行分類，確定泄漏類型，得到泄漏種類識別結果。

7、本發明改進有，所述光譜響應特性的獲取步驟具體為：

8、基于光譜傳感器參數，調整探測器的靈敏度范圍，匹配甲烷和一氧化碳的光譜吸收特性，得到調整后的靈敏度參數；

9、基于所述調整后的靈敏度參數，通過校準光學元件，分析差異波長光譜的吸收特性，采用公式：

10、；

11、計算多波長的吸收峰值，得到光譜響應特性，其中，表示在波長下的光譜響應特性，是在波長下的光強度，是在波長下的吸收率，和分別表示光譜檢測的起始和結束波長。

12、本發明改進有，所述吸收峰值的時間序列分布的分析步驟具體為：

13、基于所述光譜響應特性，針對多波長的光譜數據進行吸收峰值提取，利用時間戳記錄每個峰值的發生時間，得到帶有時間標記的峰值數據集；

14、對所述帶有時間標記的峰值數據集進行統計處理，采用公式：

15、；

16、計算連續兩個吸收峰值之間的平均時間間隔，識別時間序列中的規律性和異常性，得到時間間隔的統計分析結果，其中，和分別代表連續兩個峰值的發生時間，是第個峰值的時間戳，是第個峰值的時間戳，是峰值總數；

17、基于所述時間間隔的統計分析結果，對時間序列數據進行平滑和分析，挖掘吸收峰值的長期趨勢和短期波動，得到時間序列分布信息。

18、本發明改進有，所述能量特征數據的獲取步驟具體為：

19、基于所述時間序列分布，根據光譜峰值與能量的關系，采用公式：

20、；

21、計算每個光譜峰值對應時間點的能量，得到能量計算結果，其中，表示在時間的能量，代表吸收系數，是在時間的光強度，代表監測周期；

22、基于所述能量計算結果，分析其與前后時間點能量的偏差，識別能量的關鍵特征，包括周期性波動、突增或突降，得到能量特征數據。

23、本發明改進有，所述判斷氣體濃度的異常變化的步驟具體為：

24、基于所述能量特征數據，實時監測每個檢測點的能量值，通過分析能量值的連續讀數，確定能量值的瞬時變化趨勢，得到能量趨勢數據；

25、基于所述能量趨勢數據，采用公式：

26、；

27、分析變化的速率和方向，得到能量變化的梯度，其中，表示能量的微分變化，表示時間的微分變化；

28、將所述能量變化的梯度與異常檢測標準進行對比，若連續數據點的能量梯度超過臨界值，則判定為氣體濃度的異常變化。

29、本發明改進有，所述泄漏預警指標的獲取步驟具體為：

30、基于所述氣體濃度的異常變化，設置濃度閾值進行實時監控，識別超出正常范圍的濃度變化，得到異常監控日志；

31、基于所述異常監控日志，計算超閾值事件的發生頻率，采用公式：

32、；

33、評估泄漏事件的嚴重性，得到泄漏風險指數，其中，是從異常事件中提取的能量梯度值，是根據事件發生頻率賦予的權重，是檢測到的異常事件總數；

34、基于所述泄漏風險指數，若超過閾值，則觸發預警，得到泄漏預警指標。

35、本發明改進有，所述差異類型的泄漏信號的匹配步驟具體為：

36、基于所述泄漏預警指標，提取異常信號及其對應時間戳，并進行時間戳分析，得到時間分布圖；

37、基于所述時間分布圖，對收集到的異常信號進行分類，采用公式：

38、；

39、與已知的泄漏信號類型進行比對，識別與目標泄漏類型相匹配的信號，其中，表示第種信號類型的得分，代表在第個時間點的信號權重，是第類信號在第時間點的特征值，代表從1到的所有時間點，用于計算第類信號在所有時間點的特征值總和，和是時間點索引，是目標時間點，是所有時間點，是時間點總數。

40、本發明改進有，所述泄漏種類識別結果的獲取步驟具體為：

41、依據所述光譜數據中關鍵波長的分布特征，包括波長的峰值、寬度和強度，初步確定潛在的泄漏類型，得到泄漏類型候選集；

42、對所述泄漏類型候選集進行信號分析，比較和分類差異泄漏類型的信號，確定泄漏類型，并優化泄漏識別效率，得到泄漏種類識別結果。

43、與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在于：

44、本發明中，通過精細調整光譜傳感器的靈敏度和優化光學元件的校準，提升了對甲烷和一氧化碳等關鍵氣體的檢測能力，能夠精確捕獲并分析多波長光譜數據中的吸收峰值，使系統在監測氣體濃度和組成上更為精確，通過分析吸收峰值的時間序列分布，并結合光譜峰值與能量的相關性，系統能有效識別出關鍵能量特征，進一步增強了監測的實時性和預警的準確性，系統對能量值變化趨勢的實時監控，配合閾值設置，確保在檢測到任何異常泄漏時迅速觸發警報，并能夠通過對異常信號的細致分類，精確識別泄漏的類型，從而提供更具針對性的響應措施。