本發(fā)明屬于氣體分析檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及自動監(jiān)控技術(shù)。

背景技術(shù)：

在化工廠、核電站等設(shè)施中需要嚴(yán)格監(jiān)控氣體泄漏，氣體一旦泄露若處理不及時極有可能導(dǎo)致爆炸、毒氣大面積泄露等惡性事故，嚴(yán)重危及人民生命與財產(chǎn)安全。然而很多需要監(jiān)控的氣體是無色無味的；并且對氣體泄漏點(diǎn)需要進(jìn)行精確定位。目前使用的方法有超聲氣體泄漏檢測與定位方法與紅外成像定位方法。超聲定位方法容易受環(huán)境干擾和受安裝位置限制，定位精度有限；相比之下利用氣體在紅外波段下的吸收特性對其進(jìn)行成像更易于觀測定位同時使用靈活。尤其在中波紅外波段中覆蓋了諸多重要?dú)怏w的吸收峰，包括二氧化碳、烷烴類氣體、臭氧、氧化溴等諸多氣體；通過可覆蓋特定氣體的吸收峰的窄帶波段紅外成像方式可檢測氣體成分與氣體流向，從而定位氣體泄露點(diǎn)與泄露方向和泄露程度。目前市場上以基于窄帶濾色片與制冷型銻化銦探測器的中波紅外氣體成像裝置為主，其探測器波段僅覆蓋3.2μm～3.4μm，為了識別特定氣體需要采用濾鏡輪旋轉(zhuǎn)切換濾色片的方式。銻化銦探測器檢測波段較窄，價格昂貴，同時紅外氣體檢測裝置僅完成成像，無法滿足工廠設(shè)施中長時間無人自動監(jiān)控、無線傳輸?shù)燃毙钁?yīng)用需求。由于氣體對于紅外是吸收成像，并且由于氣體紅外吸收度較低導(dǎo)致成像中氣體形態(tài)與周邊環(huán)境的對比度低，自動檢測應(yīng)用中對于圖像中的氣體泄露模式識別方式與算法提出了高要求。另一方面，斯特林制冷紅外探測器中的斯特林制冷機(jī)的使用時長一般為一萬小時左右，無間斷使用模式下可使用一年半左右，在監(jiān)控領(lǐng)域在需要更長時間的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種對特定氣體紅外成像，并具有長期在線自動監(jiān)控功能與在線可移動實(shí)時檢測的成像式監(jiān)控裝置及方法。

本發(fā)明的一個技術(shù)方案是：一種自動無線氣體可移動部署監(jiān)控工作站，它包括紅外鏡頭、紅外濾色片、濾色片切換裝置、紅外探測器、電子處理系統(tǒng)以及無線通信模塊；

紅外鏡頭采用鍺材料，表面鍍增透膜，覆蓋波段不小于2.5μm～5.2μm的中波紅外波；

紅外濾色片依據(jù)需要監(jiān)測的氣體吸收峰值波段選取，共有兩個濾色片，其中一個濾色片為寬波段濾色片，另一個濾色片為窄帶濾色片，寬波段濾色片半波帶寬大于500nm，窄帶濾色片半波帶寬不大于200nm；

濾色片切換裝置用于切換紅外濾色片中的兩個濾色片；

紅外探測器采用寬波段碲鎘汞中波斯特林制冷紅外探測器，其探測器窗口與焦平面感光波段覆蓋范圍大于2.8μm～5.0μm；紅外探測器采用定時間點(diǎn)間歇工作模式；

電子處理系統(tǒng)包括：AD轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、ARM、數(shù)據(jù)存儲模塊以及RS485/422通信接口模塊；AD轉(zhuǎn)換模塊對紅外探測器采集到的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后發(fā)送給FPGA；FPGA對接收到的圖像進(jìn)行預(yù)處理、將預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲以及將預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)傳輸至ARM，并根據(jù)時序控制實(shí)現(xiàn)對濾色片切換裝置的驅(qū)動；ARM對接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行差分氣體成像識別并進(jìn)行氣體泄露濃度判斷，在氣體泄露濃度不超設(shè)定閾值的情況下，ARM將識別后的圖像送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲，數(shù)據(jù)存儲模塊定時通過RS485/422通信接口模塊或無線通信模塊向主控臺發(fā)送數(shù)據(jù)，在氣體泄露濃度超設(shè)定閾值的情況下，ARM將識別后的圖像送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲的同時啟動報警，數(shù)據(jù)存儲模塊即時通過RS485/422通信接口模塊或無線通信模塊向主控臺發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)；

紅外濾色片通過濾色片切換裝置固定于紅外鏡頭與紅外探測器之間，電子處理系統(tǒng)分別與紅外探測器、無線傳輸模塊、濾色片切換裝置連接。

本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是：一種自動無線氣體可移動部署的監(jiān)控方法，它使用上所述的自動無線氣體可移動部署監(jiān)控工作站，并包括以下步驟：

步驟一：自動無線氣體可移動部署監(jiān)控工作站上電，紅外探測器開始制冷，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度后，電子處理系統(tǒng)啟動時序控制；

步驟二：電子處理系統(tǒng)中的FPGA驅(qū)動濾色片切換裝置，設(shè)置濾色片切換到寬波段濾色片，紅外探測器輸出圖像經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊送至FPGA，F(xiàn)PGA進(jìn)行包含非均勻校正與盲元補(bǔ)償?shù)念A(yù)處理處理，并將預(yù)處理后的圖像送至數(shù)據(jù)存儲模塊緩存為圖像P_b；

步驟三：電子處理系統(tǒng)中的FPGA驅(qū)動濾色片切換裝置，設(shè)置濾色片切換到窄帶濾色片，紅外探測器輸出圖像經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊送至FPGA，F(xiàn)PGA進(jìn)行包含非均勻校正與盲元補(bǔ)償?shù)念A(yù)處理處理，并將預(yù)處理后的圖像送至數(shù)據(jù)存儲模塊緩存為圖像P_g；

步驟四：FPGA調(diào)取數(shù)據(jù)存儲模塊中圖像P_b與圖像P_g送至ARM模塊，ARM模塊對圖像P_b與圖像P_g進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)差分，得出特定氣體圖像P_d；特定氣體圖像P_d的公式為：

P_d(i，j)＝P_b(i，j)·k(P_b(i，j))-P_g(i，j)

式中：k表示加權(quán)系數(shù)，i，j表示圖像數(shù)據(jù)的行列號；特定氣體指待檢測的泄露氣體；

由此定性判斷氣體泄露點(diǎn)位置，并通過特定氣體圖像P_d像素灰度值間接定量判斷氣體泄露濃度；

步驟五：ARM將氣體泄露濃度與閾值比較：

在氣體泄露濃度不超閾值的情況下，ARM將特定氣體圖像P_d送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲，數(shù)據(jù)存儲模塊定時通過RS485/422通信接口模塊或無線通信模塊向主控臺發(fā)送特定氣體圖像P_d；

在氣體泄露濃度超閾值的情況下，ARM將特定氣體圖像P_d送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲的同時啟動報警，數(shù)據(jù)存儲模塊即時通過RS485/422通信接口模塊或無線通信模塊向主控臺發(fā)送特定氣體圖像P_d；

步驟六：自動無線氣體可移動部署監(jiān)控工作站斷電，紅外探測器停止制冷。

有益效果：本發(fā)明采用高靈敏度的寬波段碲鎘汞斯特林制冷型探測器，波段覆蓋不小于2.8μm～5.0μm，可檢測烷烴類氣體與其他特征吸收峰在此波段中的氣體，采用了雙波段紅外差分方法和斯特林紅外探測器制冷機(jī)間歇工作模式，提供了以高可靠、高靈敏度、長時間自動監(jiān)控特定氣體的解決方案，可應(yīng)用于全天候自動監(jiān)控氣體泄露隱患的領(lǐng)域；且本發(fā)明體積小巧利于移動，可根據(jù)泄漏點(diǎn)的不同位置隨時隨地移動部署，便于對泄漏氣體進(jìn)行排查。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，參見附圖,一種自動無線氣體可移動部署監(jiān)控工作站，它包括：紅外鏡頭1、紅外濾色片2、濾色片切換裝置3、紅外探測器4、電子處理系統(tǒng)5以及無線通信模塊6；

紅外鏡頭1采用鍺材料，表面鍍增透膜，覆蓋寬范圍中波紅外波段，不小于2.5μm～5.2μm；

紅外濾色片2依據(jù)需要監(jiān)測的氣體吸收峰值波段選取，共有兩個濾色片，其中一個濾色片為寬波段濾色片，另一個濾色片為窄帶濾色片，所述寬波段濾色片半波帶寬大于500nm，所述窄帶濾色片半波帶寬不大于200nm；

濾色片切換裝置3用于切換兩個紅外濾色片2；

紅外探測器4采用寬波段碲鎘汞中波斯特林制冷紅外探測器，其探測器窗口與焦平面感光波段覆蓋范圍大于2.8μm～5.0μm；紅外探測器4采用定時間點(diǎn)間歇工作模式；

電子處理系統(tǒng)5包括：AD轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、ARM、數(shù)據(jù)存儲模塊以及RS485/422通信接口模塊；AD轉(zhuǎn)換模塊對紅外探測器4采集到的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后發(fā)送給FPGA；FPGA根據(jù)時序控制實(shí)現(xiàn)對濾色片切換裝置3的驅(qū)動、對AD轉(zhuǎn)換后的紅外探測器4的信號進(jìn)行預(yù)處理得到圖像數(shù)據(jù)、將預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲以及將預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)傳輸至ARM，ARM對接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行差分氣體成像識別并進(jìn)行氣體泄露濃度判斷，在氣體泄露濃度不超閾值的情況下，ARM將識別后的圖像送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲，數(shù)據(jù)存儲模塊定時通過RS485/422通信接口模塊或無線通信模塊6向主控臺發(fā)送數(shù)據(jù)，在氣體泄露濃度超閾值的情況下，ARM將識別后的圖像送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲的同時啟動報警，數(shù)據(jù)存儲模塊即時通過RS485/422通信接口模塊或無線通信模塊6發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)；

紅外濾色片2固定于紅外鏡頭1與紅外探測器4之間，電子處理系統(tǒng)5分別與紅外探測器4、無線傳輸模塊6、濾色片切換裝置3連接。

進(jìn)一步的，自動無線氣體可移動部署監(jiān)控工作站還包括可見光采集模塊7，可見光采集模塊7用于采集覆蓋紅外采集視場的可見光圖像以利于確定物體位置，其分辨率不小于1920×1080，可見光采集模塊7與電子處理系統(tǒng)5連接，當(dāng)ARM判斷氣體泄露濃度超閾值的情況下，電子處理系統(tǒng)5中的FPGA啟動可見光采集模塊7，電子處理系統(tǒng)5對可見光采集模塊7采集到的圖像不進(jìn)行處理，直接傳送至主控臺。

實(shí)施例2，一種自動無線氣體監(jiān)控方法，它使用如實(shí)施例1的自動無線氣體可移動部署監(jiān)控工作站，包括以下步驟：

步驟一：自動無線氣體可移動部署監(jiān)控工作站上電，紅外探測器4開始制冷，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度后，電子處理系統(tǒng)5啟動時序控制；

步驟二：電子處理系統(tǒng)5中的FPGA驅(qū)動濾色片切換裝置3，設(shè)置濾色片切換到寬波段濾色片，紅外探測器4輸出圖像經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊送至FPGA，F(xiàn)PGA進(jìn)行包含非均勻校正與盲元補(bǔ)償?shù)念A(yù)處理處理，并將預(yù)處理后的圖像送至數(shù)據(jù)存儲模塊緩存為圖像P_b；

步驟三：電子處理系統(tǒng)5中的FPGA驅(qū)動濾色片切換裝置3，設(shè)置濾色片切換到窄帶濾色片，紅外探測器4輸出圖像經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊送至FPGA，F(xiàn)PGA進(jìn)行包含非均勻校正與盲元補(bǔ)償?shù)念A(yù)處理處理，并將預(yù)處理后的圖像送至數(shù)據(jù)存儲模塊緩存為圖像P_g；

步驟四：FPGA調(diào)取數(shù)據(jù)存儲模塊中圖像P_b與圖像P_g送至ARM模塊，ARM模塊對圖像P_b與圖像P_g進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)差分，得出特定氣體圖像P_d；特定氣體圖像P_d的公式為：

P_d(i，j)＝P_b(i，j)·k(P_b(i，j))-P_g(i，j)

式中：k表示加權(quán)系數(shù)，i，j表示圖像數(shù)據(jù)的行列號；

由此定性判斷氣體泄露點(diǎn)位置，并通過氣體圖像P_d像素灰度值間接定量判斷氣體泄露濃度；

步驟五：ARM將氣體泄露濃度與設(shè)定的閾值比較：

在氣體泄露濃度不超閾值的情況下，ARM將特定氣體圖像P_d送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲，數(shù)據(jù)存儲模塊定時通過RS485/422通信接口模塊或無線通信模塊6向主控臺發(fā)送特定氣體圖像P_d；

在氣體泄露濃度超閾值的情況下，ARM將特定氣體圖像P_d送至數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲的同時啟動報警，數(shù)據(jù)存儲模塊即時通過RS485/422通信接口模塊或無線通信模塊6向主控臺發(fā)送特定氣體圖像P_d；

步驟六：自動無線氣體可移動部署監(jiān)控工作站斷電，紅外探測器4停止制冷。