基于紅外熱像儀的氣體遙測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣體遙測(cè)裝置，用于檢測(cè)待測(cè)氣體(5)中的目標(biāo)氣體，包括脈沖激光器(1)、白聚焦透鏡(2)、紅外熱像儀(6)和判定裝置(7)，其中，所述脈沖激光器(1)用于產(chǎn)生激光，該激光的波長鎖定在待測(cè)氣體(5)的一個(gè)吸收峰上；所述白聚焦透鏡(2)用于對(duì)脈沖激光器(1)所輸出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后的激光照射到所述待測(cè)氣體(5)；所述紅外熱像儀(6)用于采集所述待測(cè)氣體(5)的熱像圖；所述判定裝置(7)用于根據(jù)所述紅外熱像儀(6)采集的熱像圖判斷所述待測(cè)氣體(5)中是否含有目標(biāo)氣體。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)非接觸、實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)距離的檢測(cè)，并且可以確定目標(biāo)氣體位置。
【專利說明】基于紅外熱像儀的氣體遙測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣體傳感裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于紅外熱像儀的氣體遙測(cè)裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 氣體遙測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離或不易到達(dá)地點(diǎn)的氣體探測(cè)，尤其是有毒易燃?xì)?體的探測(cè)。通過遠(yuǎn)距離定位氣體泄漏的存在及泄漏地點(diǎn)，可以快速掃過大面積待測(cè)區(qū)域，無 須中斷生產(chǎn)，工作效率高。在一定安全距離內(nèi)檢測(cè)，避免直接接觸有毒易燃?xì)怏w。
[0003] 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TDLAS)技術(shù)是利用半導(dǎo)體激光的可調(diào)諧特性進(jìn)行 光譜檢測(cè)的一種吸收光譜技術(shù)，廣泛應(yīng)用于氣體檢測(cè)領(lǐng)域。現(xiàn)有技術(shù)之一[陳東等，基于可 調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜的瓦斯檢測(cè)方法研究，光學(xué)技術(shù)，第32卷，第4期，2006年7月] 提出一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TDLAS)技術(shù)的氣體檢測(cè)方案，采用紅外可調(diào)諧 分布反饋（DFB)半導(dǎo)體激光器作為光源，應(yīng)用了波長調(diào)制和二次諧波檢測(cè)技術(shù)，通過光纖 進(jìn)行信號(hào)傳輸。但該方案由于采用光電探測(cè)器檢測(cè)自聚焦透鏡收集的透射光，光電探測(cè)器 與信號(hào)處理單元連接，系統(tǒng)為閉式結(jié)構(gòu)，不能用于遠(yuǎn)距離探測(cè)，并且不能掃過大面積待測(cè)區(qū) 域。
[0004] 光聲光譜技術(shù)是基于光熱效應(yīng)和熱聲效應(yīng)的氣體檢測(cè)技術(shù)，其包含光、熱、聲、電 的能量轉(zhuǎn)換過程。現(xiàn)有技術(shù)之二[陳偉根等，基于分布反饋半導(dǎo)體激光器的C0氣體光聲光 譜檢測(cè)特性，中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，第32卷，第13期，2012年5月]提出一種基于光聲光譜檢 測(cè)原理的氣體檢測(cè)方案，分析了光聲信號(hào)與激光功率、氣體濃度的關(guān)系。待測(cè)氣體在光聲池 腔內(nèi)產(chǎn)生光聲效應(yīng)，不能用于開放空間的氣體遙測(cè)。
[0005] 紅外熱像儀接收待測(cè)物體的紅外輻射能量并將其分布圖形反映到紅外探測(cè)器的 光敏元件上，從而獲得與物體的熱分布場(chǎng)對(duì)應(yīng)的紅外熱像圖，熱像圖上不同顏色代表被測(cè) 物體不同的溫度。紅外熱像儀的探測(cè)距離高達(dá)2000米，適用于有毒易燃?xì)怏w檢測(cè)。目前， 紅外熱像儀被用于多種氣體的檢測(cè)，如苯、乙醇、甲烷等，但均利用被測(cè)物質(zhì)泄漏前后的溫 度差，該溫度差一般較小，溫度變化在紅外熱像儀分辨率以下時(shí)不能檢測(cè)出來，并且不能確 定氣體泄漏的具體位置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的解決現(xiàn)有的氣體遙測(cè)裝置探測(cè)距離短、應(yīng)用范圍受 限制或無法確定具體位置等缺點(diǎn)。
[0008](二）技術(shù)方案
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種氣體遙測(cè)裝置，用于檢測(cè)待測(cè)氣體中的目 標(biāo)氣體，包括脈沖激光器、自聚焦透鏡、紅外熱像儀和判定裝置，其中，所述脈沖激光器用于 產(chǎn)生激光，該激光的波長鎖定在待測(cè)氣體的一個(gè)吸收峰上；所述自聚焦透鏡用于對(duì)脈沖激 光器所輸出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后的激光照射到所述待測(cè)氣體；所述紅外熱像儀用于采 集所述待測(cè)氣體的熱像圖；所述判定裝置用于根據(jù)所述紅外熱像儀采集的熱像圖判斷所述 待測(cè)氣體中是否含有目標(biāo)氣體。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的脈沖激光器為窄線寬激光器。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述脈沖激光器的線寬遠(yuǎn)小于待測(cè)氣體的吸收峰寬 度，其產(chǎn)生的激光的波長鎖定在待測(cè)氣體的一個(gè)強(qiáng)吸收峰上。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述自聚焦透鏡的長度為所述待測(cè)氣體的所述吸收 峰波長相應(yīng)的四分之一截距。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述紅外熱像儀的適用波長與所述待測(cè)氣體的所述 吸收峰對(duì)應(yīng)波長相符。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述判定裝置在所述熱像圖顯示所述待測(cè)氣體溫度 高于背景圖像時(shí)，判定目標(biāo)氣體存在。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述判定裝置在判定存在目標(biāo)氣體時(shí)進(jìn)行報(bào)警。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述脈沖激光器由一個(gè)同步信號(hào)發(fā)生器提供觸發(fā)信 號(hào)，該觸發(fā)信號(hào)同時(shí)也輸入到所述判定裝置，所述判定裝置通過計(jì)算該觸發(fā)信號(hào)發(fā)出的時(shí) 間與測(cè)得溫度升高的熱像圖的時(shí)間的時(shí)間差，計(jì)算出所述目標(biāo)氣體距離該氣體遙測(cè)裝置的 距離。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述脈沖激光器、自聚焦透鏡和紅外熱像儀均固定 在一個(gè)基座上。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述目標(biāo)氣體為甲烷、二氧化碳、乙醇、乙炔、氨氣中 的一種。
[0019] (三）有益效果
[0020] 第一，本發(fā)明的氣體遙測(cè)裝置，應(yīng)用紅外熱像儀檢測(cè)光熱效應(yīng)產(chǎn)生的溫度差從而 確定目標(biāo)氣體的有無，可實(shí)現(xiàn)非接觸檢測(cè)。
[0021] 第二，本發(fā)明的氣體遙測(cè)裝置適用氣體種類多，可通過選擇相應(yīng)波長的脈沖激光 器和紅外熱像儀實(shí)現(xiàn)多種氣體的檢測(cè)。
[0022] 第三，本發(fā)明的氣體遙測(cè)裝置不需檢測(cè)透射光，光路簡單，不需反射物體，因此檢 測(cè)距離遠(yuǎn)，可達(dá)2000米，可確定目標(biāo)氣體位置；
[0023] 第四，本發(fā)明的氣體遙測(cè)裝置響應(yīng)時(shí)間短，可快速掃過大面積待測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)， 同時(shí)可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸和報(bào)警；
[0024] 第五，本發(fā)明的氣體遙測(cè)裝置檢測(cè)溫度的變化，不需使用光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn) 換，不需電信號(hào)處理單元，結(jié)構(gòu)簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中：
[0026] 圖1是光熱效應(yīng)原理圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明的氣體遙測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明的氣體遙測(cè)裝置中的自聚焦透鏡的光束準(zhǔn)直光路圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氣體遙測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明的氣體遙測(cè)裝置工作原理詳述如下。圖1是光熱效應(yīng)原理圖，如圖1所示， 待測(cè)氣體中含有目標(biāo)氣體成分時(shí)，根據(jù)比爾定律：

【權(quán)利要求】
1. 一種氣體遙測(cè)裝置，用于檢測(cè)待測(cè)氣體（5)中的目標(biāo)氣體，其特征在于，包括脈沖激 光器（1)、自聚焦透鏡（2)、紅外熱像儀（6)和判定裝置（7)，其中， 所述脈沖激光器（1)用于產(chǎn)生激光，該激光的波長鎖定在待測(cè)氣體（5)的一個(gè)吸收峰 上； 所述自聚焦透鏡（2)用于對(duì)脈沖激光器（1)所輸出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后的激光照 射到所述待測(cè)氣體（5); 所述紅外熱像儀（6)用于采集所述待測(cè)氣體（5)的熱像圖； 所述判定裝置（7)用于根據(jù)所述紅外熱像儀（6)采集的熱像圖判斷所述待測(cè)氣體（5) 中是否含有目標(biāo)氣體。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣體遙測(cè)裝置，其特征在于，所述的脈沖激光器⑴為窄線寬激 光器。
3. 如權(quán)利要求2所述的氣體遙測(cè)裝置，其特征在于，所述脈沖激光器⑴的線寬遠(yuǎn)小于 待測(cè)氣體（5)的吸收峰寬度，其產(chǎn)生的激光的波長鎖定在待測(cè)氣體（5)的一個(gè)強(qiáng)吸收峰上。
4. 如權(quán)利要求1所述的氣體遙測(cè)裝置，其特征在于，所述自聚焦透鏡（2)的長度為所述 待測(cè)氣體（5)的所述吸收峰波長相應(yīng)的四分之一截距。
5. 如權(quán)利要求1所述的氣體遙測(cè)裝置，其特征在于，所述紅外熱像儀（6)的適用波長與 所述待測(cè)氣體（5)的所述吸收峰對(duì)應(yīng)波長相符。
6. 如權(quán)利要求1所述的氣體遙測(cè)裝置，其特征在于，所述判定裝置（7)在所述熱像圖顯 示所述待測(cè)氣體（5)溫度高于背景圖像時(shí)，判定目標(biāo)氣體存在。
7. 如權(quán)利要求6所述的氣體遙測(cè)裝置，其特征在于，所述判定裝置（7)在判定存在目標(biāo) 氣體時(shí)進(jìn)行報(bào)警。
8. 如權(quán)利要求1所述的氣體遙測(cè)裝置，其特征在于，所述脈沖激光器（1)由一個(gè)同步 信號(hào)發(fā)生器（9)提供觸發(fā)信號(hào)，該觸發(fā)信號(hào)同時(shí)也輸入到所述判定裝置（7)，所述判定裝置 (7)通過計(jì)算該觸發(fā)信號(hào)發(fā)出的時(shí)間與測(cè)得溫度升高的熱像圖的時(shí)間的時(shí)間差，計(jì)算出所 述目標(biāo)氣體距離該氣體遙測(cè)裝置的距離。
9. 如權(quán)利要求1所述的氣體遙測(cè)裝置，其特征在于，所述脈沖激光器（1)、自聚焦透鏡 (2)和紅外熱像儀（6)均固定在一個(gè)基座（3)上。
10. 如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的氣體遙測(cè)裝置，其特征在于，所述目標(biāo)氣體為甲 烷、二氧化碳、乙醇、乙炔、氨氣中的一種。
【文檔編號(hào)】G01N21/00GK104458577SQ201410720820
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】謝亮, 龔萍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所