CN102854146B - 红外环境气体遥感方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种红外环境气体遥感方法及装置，属于环境气体监测方法及装置。装置的红外发射器和发射端红外气体传感器安装在旋转云台上；所述的红外接收器有2个红外接收窗口，分别为第一红外接收窗口和第二红外接收窗口，与第一红外接收窗口对应处连接第一光电接收管，与第二红外接收窗口对应处连接第二光电接收管，第一光电接收管和第二光电接收管的输出端均与信号处理器的输入端连接；接收端红外气体传感器连接在红外接收器上；旋转云台装有步进电机；检测方法包括：平均浓度检测和气体分布信息获取。优点：能够监测空间分布的环境气体，较好地解决环境粉尘、水分等干扰问题，适合安全环境、碳排放、环保等领域的气体监测。

Description

红外环境气体遥感方法及装置
技术领域
本发明涉及一种环境气体监测方法及装置，特别是一种红外环境气体遥感方法及装置。
技术背景
采用红外检测原理监测环境气体是一种具有较好前途的方法，目前红外遥感监测大气环境的方法一般有两种，一种是反射法，一种是直射法。第一种反射法是红外发射器和红外接收器在一端，反射镜在另一端，红外发射器对准反射镜发射红外光，红外接收器接收反射镜反射的红外光，再通过红外光的直射和反射路径上被气体吸收所造成的损耗，计算出环境中被测气体的浓度；第二种直射法是红外发射器在一端，红外接收器在另一端，红外发射器对准红外接收器发射红外光，红外接收器接收到发射器发射的红外光，通过红外光发射传播路径上被气体吸收造成的损耗，计算被测气体的浓度。这两种方法均存在两个严重的缺点，第一，由于环境中的粉尘和水分会吸收红外光，会影响气体监测的准确性；第二，通过红外光损耗计算的被测气体浓度，是假设红外发射端和红外接收（或反射端）之间的被测气体浓度相同的理想条件，不能正确反映被测气体在遥感空间的分布。
发明内容
本发明的目的是要提供一种红外环境气体遥感方法及装置，解决目前红外气体监测中的环境干扰问题。
本发明的目的是这样实现的：红外环境气体遥感包括方法及装置，装置包括：红外发射器、红外接收器、发射端红外气体传感器、接收端红外气体传感器和旋转云台；红外发射器和发射端红外气体传感器安装在旋转云台上；所述的红外接收器有2个红外接收窗口，分别为第一红外接收窗口和第二红外接收窗口，其中第一红外接收窗口上安装有普通透镜，第二红外接收窗口上安装有滤镜，与第一红外接收窗口对应处连接第一光电接收管，与第二红外接收窗口对应处连接第二光电接收管，第一光电接收管和第二光电接收管的输出端均与信号处理器的输入端连接；接收端红外气体传感器连接在红外接收器上；旋转云台装有步进电机，能够进行一定角度的旋转。
环境气体检测遥感检测方法包括：平均浓度检测和气体分布信息获取；
平均浓度检测方法：红外发射器发射被测气体吸收波长的红外光，相隔红外发射器一定距离的红外接收器接收到红外发射器发射的红外光，被测气体对红外光的吸收作用，使红外接收器接收的红外光信号有所衰减，根据红外光的衰减信号可以得到被测气体在红外发射器和红外接收器之间空间的平均浓度；
环境空间气体分布信息获取方法是：红外接收器能够获得红外发射器和红外接收器之间光路空间的被测气体平均浓度值，通过分别与红外接收器和红外发射器一起的发射端红外气体传感器和接收端红外气体传感器，获得发射端红外气体传感器和接收端红外气体传感器的信号，则可以获得遥感光路空间的被测气体线性分布信息；安装在旋转云台上的红外发射器在旋转过程中，远距离布置的若干红外接收器收到若干光路的信号，通过发射端红外气体传感器和接收端红外气体传感器的信号，可以获得不同光路的线性气体分布，由线到面，由此可以得到整个监测区域被测气体的二维分布信息。
有益效果，由于采用了上述方案，红外发射器能够发射被测气体吸收特征波长的红外光，安装在旋转云台上；所述的红外接收器有2个红外接收窗口，可以分别接收两组红外光，其中一个窗口是普通滤镜，另一个窗口是过滤被测气体吸收波长红外光的滤镜；发射端气体传感器是微型测量被测环境气体的传感器；旋转云台装有步进电机，能够控制红外发射器进行一定角度的旋转。
第一红外接收窗口有普通透镜，第二红外接收窗口有滤镜，能够过滤被测气体吸收波长的红外光；第一光电接收管接收第一红外接收窗口进入的红外光，第二光电接收管接收第二红外接收窗口进入的红外光，两个光电接收管输出的输入信号处理器进行差分处理，即可消除环境中干扰物质即粉尘和水对检测信号的干扰，解决了目前红外气体监测中的环境干扰问题，达到了本发明的目的。
优点：本发明的红外环境气体遥感方法及装置解决了目前红外监测气体的问题，具有两个显著优点。第一，能够监测环境气体在空间的分布；第二，能较好地解决环境粉尘、水分等干扰问题，获得准确的监测结果。该发明适合安全环境、碳排放、环保等领域的气体监测。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明红外发射器和红外接收器间的被测气体浓度与位置关系图。
图3是本发明区域气体浓度分布信息获取示意图。
图4是本发明红外接收器结构图。
图中，1、红外接收器；2、红外接收器，3、发射端红外气体传感器；4、接收端红外气体传感器；5、旋转云台；6、红外接收窗口；7、红外接收窗口；8、光电接收管；9、光电接收管；10、信号处理器。
具体实施方式
实施例1：红外环境气体遥感包括方法及装置，装置包括：红外发射器1、红外接收器2、发射端红外气体传感器3、接收端红外气体传感器4和旋转云台5；红外发射器1和发射端红外气体传感器3安装在旋转云台5上；所述的红外接收器2有2个红外接收窗口，分别为第一红外接收窗口6和第二红外接收窗口7，其中第一红外接收窗口6上安装有普通透镜，第二红外接收窗口7上安装有滤镜，与第一红外接收窗口6对应处连接第一光电接收管8，与第二红外接收窗口7对应处连接第二光电接收管9，第一光电接收管8和第二光电接收管9的输出端均与信号处理器10的输入端连接；接收端红外气体传感器4连接在红外接收器2上；旋转云台5装有步进电机，能够进行一定角度的旋转。
环境气体检测遥感检测方法包括：平均浓度检测和气体分布信息获取；
平均浓度检测方法：红外发射器1发射被测气体吸收波长的红外光，相隔红外发射器1一定距离的红外接收器2接收到红外发射器1发射的红外光，被测气体对红外光的吸收作用，使红外接收器2接收的红外光信号有所衰减，根据红外光的衰减信号可以得到被测气体在红外发射器1和红外接收器2之间空间的平均浓度；
环境空间气体分布信息获取方法是：红外接收器2能够获得红外发射器1和红外接收器2之间光路空间的被测气体平均浓度值，通过分别与红外接收器2和红外发射器1一起的发射端红外气体传感器3和接收端红外气体传感器4，获得发射端红外气体传感器3和接收端红外气体传感器4的信号，则可以获得遥感光路空间的被测气体线性分布信息；然后，安装在旋转云台5上的红外发射器1在旋转过程中，远距离布置的若干红外接收器2收到若干光路的信号，通过发射端红外气体传感器3和接收端红外气体传感器4的信号，可以获得不同光路的线性气体分布，由线到面，由此可以得到整个监测区域被测气体的二维分布信息。
图1为实现红外环境气体遥感的装置。红外发射器1发射被测气体吸收波长的红外光，相隔红外发射器1一定距离的红外接收器2接收到红外发射器1发射的红外光，由于被测气体对红外光的吸收作用，使红外接收器2接收的红外光信号有所衰减，根据红外光的衰减信号可以得到被测气体在红外发射器1和红外接收器2之间空间的平均浓度C。
分别与红外接收器2和红外发射器1安装一起的发射端红外气体传感器3和接收端红外气体传感器4，分别获得红外发射器1和红外接收器2所处位置的气体浓度C1和C2，则可以获得遥感光路空间的被测气体线性分布信息。平均浓度C、气体浓度C1和C2三者之间的关系有：
图2是根据红外发射器1、红外接收器2和发射端红外气体传感器3、接收端红外气体传感器4获得的遥感光路空间的被测气体线性关系。其中，坐标纵轴y表示气体浓度，横轴x表示距离红外发射器1的空间距离，原点为红外发射器1的位置，L是红外发射器1和红外接收器2之间的距离。
图3是区域气体浓度分布信息获取示意图。安装在旋转云台5上的红外发射器1，通过旋转使远距离布置的若干红外接收器2接收到红外信号，加上发射端红外气体传感器3和接收端红外气体传感器4的信号进行处理，可以分别得到红外发射器1与各个红外接收器2之间的被测气体线性分布信息，再经过线性分布的插值拟合，可以得到等浓度曲线，以实现获得整个区域被测气体的空间分布信息。
图4是红外接收器结构图，红外接收器2由红外接收窗口6、红外接收窗口7、光电接收管8、光电接收管9和信号处理器10构成。其中红外接收窗口6有普通透镜，红外接收窗口7有滤镜，能够过滤被测气体吸收波长的红外光；光电接收管8接收红外接收窗口6进入的红外光，光电接收管9接收红外接收窗口7进入的红外光，两个光电接收管输出接入信号处理器10的输入端，进行信号处理后输出被测气体的信号。  

Claims (2)

1.一种红外环境气体遥感装置，包括红外发射器、红外接收器、发射端红外气体传感器、接收端红外气体传感器和旋转云台；其特征是：所述红外发射器和发射端红外气体传感器安装在旋转云台上；所述的红外接收器有2个红外接收窗口，分别为第一红外接收窗口和第二红外接收窗口，其中第一红外接收窗口上安装有普通透镜，第二红外接收窗口上安装有滤镜，与第一红外接收窗口对应处连接第一光电接收管，与第二红外接收窗口对应处连接第二光电接收管，第一光电接收管和第二光电接收管的输出端均与信号处理器的输入端连接，进行信号处理后输出被测气体的信号；接收端红外气体传感器连接在红外接收器上；旋转云台装有步进电机，能够进行一定角度的旋转；安装在旋转云台上的红外发射器，通过旋转使远距离布置的若干红外接收器接收到红外信号，加上发射端红外气体传感器和接收端红外气体传感器的信号进行处理，分别得到红外发射器与各个红外接收器之间的被测气体线性分布信息，再经过线性分布的插值拟合，得到等浓度曲线，实现获得整个区域被测气体的空间分布信息。
2.一种使用权利要求1所述装置的红外环境气体遥感方法，其特征是：环境气体检测遥感检测方法包括：平均浓度检测和环境空间气体分布信息获取；
平均浓度检测方法：红外发射器发射被测气体吸收波长的红外光，相隔红外发射器接收距离内的红外接收器接收到红外发射器发射的红外光，被测气体对红外光的吸收作用，使红外接收器接收的红外光信号有所衰减，根据红外光的衰减信号得到被测气体在红外发射器和红外接收器之间空间的平均浓度；
环境空间气体分布信息获取方法是：红外接收器能够获得红外发射器和红外接收器之间光路空间的被测气体平均浓度值，通过分别与红外接收器和红外发射器一起的发射端红外气体传感器和接收端红外气体传感器，获得发射端红外气体传感器和接收端红外气体传感器的信号，从而获得遥感光路空间的被测气体线性分布信息；然后，安装在旋转云台上的红外发射器在旋转过程中，远距离布置的若干红外接收器收到若干光路的信号，通过发射端红外气体传感器和接收端红外气体传感器的信号，从而获得不同光路的线性气体分布，由线到面，由此得到整个监测区域被测气体的二维分布信息。
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