CN104122235A - 一种烯烃气体的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烯烃气体的检测装置及方法，该检测装置包括：红外光学镜头，用于将红外辐射信号聚焦；烯烃气体识别器，包括转盘和设置在转盘上的至少一个烯烃带通滤波片；红外探测器，用于将通过烯烃带通滤波片之后的红外辐射信号转换成电压信号，形成红外图像；监控与分析单元，用于对所述红外图像进行采集和分析，将所述分析结果输出，并根据所述分析结果控制所述烯烃气体识别器的转盘；显示器，连接所述监控与分析单元的输出端，用于显示其输出结果。与现有技术相比，本发明提供的烯烃气体检测装置及方法，基于红外成像技术，能够可视化地判断待测目标是否为烯烃气体，准确、快速。

Description

一种烯烃气体的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及气体的检测装置及方法，尤其涉及一种烯烃气体的检测装置及方法。

背景技术

烯烃类气体对环境所造成的危害已引起人们的高度重视。而在化工场所，烯烃类气体的泄漏更是会带来严重的危害，影响生产，还可能引发安全事故，直接威胁到人的安全，因此化工场所的烯烃气体的检测一直都受到人们广泛地重视。

传统的烯烃检测方法主要是荧光指示剂吸附法，该方法需要繁琐的样品采集及前处理程序，费时费力，不能实现在线分析，且检测灵敏度不够高。公开号为CN101551358A的中国专利公开了一种高灵敏检测烷烃、烯烃及卤代烷烃的方法，以大气压下的辉光放电作为离子迁移谱的电离源，形成大气压下辉光放电离子迁移谱，用于空气、氮气和氧气的混合气体以及含有一氧化氮气体的氦气、氖气、氩气和氪气作为放电气体，用于烯烃类物质的检测。但该方法工艺复杂，成本较高，并且检测结果不够准确。

目前红外成像技术是实现气体非接触成像检测的有效途径，不仅可探测多种化学气体的光谱，还能对场景成像。但现用的红外成像光谱辐射仪价格非常昂贵，成像速度慢，并且不能对烯烃气体做准确的检测。

在化工生产场所，烯烃气体的泄漏检测非常重要，如果存在烯烃气体泄漏没有检测报警，会产生安全事故，而对于一些疑似烯烃的气体如果不能准确检测，发生误报警会给生产带来损失。

因此目前市场上缺乏一种烯烃气体的检测装置能够准确并且快速地检测出烯烃气体。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明的目的是提出一种烯烃气体的检测装置及方法，能够低成本、可视化、快速并且准确地检测出烯烃气体。

为达此目的，本发明提出以下的技术方案：

一种烯烃气体的检测装置，包括：红外光学镜头，用于将待测目标发射的红外辐射信号聚焦；烯烃气体识别器，包括载体和设置在载体上的至少两片烯烃带通滤波片；红外探测器，用于将通过烯烃带通滤波片之后的红外辐射信号转换成电压信号，形成红外图像；监控与分析单元，用于对所述红外图像进行采集和分析，将所述分析结果输出，并根据所述分析结果控制所述烯烃气体识别器的载体；显示器，用于显示输出结果。

其中，所述载体为转盘，所述监控与分析单元包括图像分析模块，用于对采集到的红外图像进行分析；所述烯烃气体识别器的转盘连接有编码器电机和与编码器电机连接的驱动电路，所述驱动电路与所述监控与分析单元相连，所述监控与分析单元通过控制驱动电路驱动编码电机转动所述烯烃气体识别器的转盘。

本发明还提供了一种烯烃气体的检测装置，包括：红外光学镜头，用于将待测目标发射的红外辐射信号聚焦；烯烃气体识别器，包括载体和设置在载体上的空窗和至少两片烯烃带通滤波片；红外探测器，用于将通过烯烃气体识别器之后的红外辐射信号转换成电压信号，形成红外图像；监控与分析单元，用于对所述红外图像进行采集和分析，将所述分析结果输出，并根据所述分析结果控制所述烯烃气体识别器的载体；显示器，用于显示输出结果。

其中，所述载体为转盘，所述监控与分析单元包括图像分析模块，用于对采集到的红外图像进行分析；所述烯烃气体识别器的转盘连接有编码器电机和与编码器电机连接的驱动电路，所述驱动电路与所述监控与分析单元相连，所述监控与分析单元通过控制驱动电路驱动编码电机转动所述烯烃气体识别器的转盘。

如前任一所述的烯烃气体的检测装置，其中，所述长波滤波片的数目为3片，其中心波长的位置分别为10.1±0.02、10.99±0.02、12.28±0.02微米；或者所述长波滤波片的数目为5片，其中心波长的位置分别为10.1±0.02、10.37±0.02、10.99±0.02、11.24±0.02、12.28±0.02微米。

如前任一所述的烯烃气体的检测装置，其中，所述烯烃带通滤波片为中波滤波片，2片中波滤波片的中心波长的位置分别为3.24±0.02、3.31±0.02微米。

如前所述的烯烃气体的检测装置，其中所述红外探测器为长波焦平面阵列或中波焦平面阵列。

本发明还提供了一种烯烃气体泄漏的检测方法，包括以下步骤：采用红外光学镜头聚焦待探测目标发射的红外辐射信号；启动烯烃气体识别器的载体，使所烯烃气体识别器的载体上的烯烃带通滤波片与红外探测器对置；红外探测器将通过烯烃带通滤波片之后的红外辐射信号经转换为电信号，形成红外图像；监控与分析单元对探测到的红外图像进行分析，判断是否为烯烃气体，并且将判断结果输出到与之相连的显示器上进行显示。

其中，所述检测方法还包括在启动烯烃气体识别器的载体之前，使所烯烃气体识别器的载体上的空窗与红外探测器对置，红外探测器将通过空窗的红外辐射信号经转换为电信号，形成红外图像，经监控与分析单元分析该红外图像具有气体特征时，再启动烯烃气体识别器的载体。

其中，还包括在启动烯烃气体识别器的载体之前，利用烯烃气体识别器上的黑体窗对探测器进行校正。

其中，所述烯烃气体识别器的载体上具有至少两个烯烃带通滤波片，当红外辐射信号通过第一烯烃带通滤波片形成的红外图像经监控与分析单元分析具有烯烃气体特征时，再切换到下一带通滤波片，直到红外辐射信号通过所有的烯烃带通滤波片形成的红外图像经监控与分析单元分析具有烯烃特征，则判断为烯烃气体，所述烯烃带通滤波片的切换顺序为其中心波长由小至大的顺序。

其中，所述烯烃带通滤波片为长波滤波片，所述长波滤波片的数目为3-5片。

其中，所述长波滤波片的数目为3片，其中心波长的位置分别为10.1±0.02、10.99±0.02、12.28±0.02微米；或者所述长波滤波片的数目为5片，其中心波长的位置分别为10.1±0.02、10.37±0.02、10.99±0.02、11.24±0.02、12.28±0.02微米。

其中，所述烯烃带通滤波片为中波滤波片，2片中波滤波片的中心波长的位置分别为3.24±0.02、3.31±0.02微米。

其中，所述载体为转盘，所述监控与分析单元采用视频采集卡对红外图像进行采集，采用图像分析模块对采集到的图像进行分析，采用驱动电路于根据分析的结果驱动编码电机，采用编码器电机转动所述烯烃气体识别器的转盘，实现烯烃带通滤波片的切换。

与现有技术相比，本发明提供的烯烃气体检测装置及方法，基于红外成像技术，能够可视化地判断待测目标是否为烯烃气体，快速、准确并且成本低。

附图说明

图1为实施例一中烯烃气体检测装置的结构示意图。

图2为实施例一中烯烃气体识别器的结构示意图。

图3为实施例二中烯烃气体识别器的结构示意图。

图4为实施例三中烯烃气体识别器的结构示意图。

图5为实施例四中烯烃气体识别器的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、红外镜头；2、镜头接口；3、红外探测器；4、处理电路；5、编码电机；6、烯烃气体识别器；7、监控与分析单元；8、显示器；6-1、7-1、8-1、9-2黑体窗；6-2、7-2、8-2、9-3、第一烯烃带通滤波片；6-3、7-3、8-3、9-4、第二烯烃带通滤波片；6-4、7-4、9-5、第三烯烃带通滤波片；6-5、9-6、第四烯烃带通滤波片；6-6、9-7、第五烯烃带通滤波片；9-1、空窗；10、转盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一：

本实施例公开一种烯烃气体的检测装置及检测方法，图1为本实施例中烯烃气体的检测装置的结构示意图。如图1所示，该检测装置包括红外镜头1、镜头接口2、烯烃气体识别器6、红外探测器3、处理电路4、编码电机5、监控与分析单元7、显示器8。红外镜头1用于将待测环境中的气体和背景的红外辐射信号聚焦，烯烃气体识别器设置在红外镜头1和红外探测器3之间，烯烃气体识别器包括器转盘10和设置在转盘的烯烃带通滤波片和黑体窗。图2为烯烃气体识别器6的俯视结构示意图。

该烯烃气体识别器6的转盘10上设置有：黑体窗6-1，第一烯烃带通滤波片6-2，其中心波长为10.1±0.020微米，第二烯烃带通滤波片6-3，其中心波长为10.37±0.02微米，第三烯烃带通滤波片6-4，其中心波长为10.99±0.02微米，第四烯烃带通滤波片片6-5，其中心波长为11.24±0.02微米，第五烯烃带通滤波片6-6，其中心波长为12.28±0.02微米。5片烯烃带通滤波片的通带长度都为100±20nm。

以上5片烯烃带通滤波片的中心波长是参照烯烃化合物在8-14微米的长波频段的红外光谱特征进行优选选取的，以上5片带通滤波片选用这样的中心波长能够完全覆盖烯烃气体的特征谱带，准确确定出为烯烃气体，不会出现偏差和判断错误。如果选用其中任意一片或几片也能判断出是烯烃气体，但准确率相对会有所下降。

图2示意性地示出了该5片烯烃带通滤波片在烯烃气体识别器的转盘10上呈圆环形分布，便于烯烃带通滤波片的切换，但是本领域技术人员可以根据需要调整滤波片的分布位置。

这里需要注意的是，尽管本具体实施例以及下述的具体实施例都以烯烃带通滤波片在转盘上为例，实际上，该转盘仅是一种实现带通滤波片切换的装置，本领域技术人员还可以采用其它装置承载带通滤波片，只要能实现带通滤波片的切换即可。

在本实施例中选用的烯烃带通滤波片为长波滤波片，相应地，红外探测器也为长波焦平面阵列。

烯烃气体识别器的转盘连接有编码器电机，利用编码器电机带动整个烯烃气体识别器的转盘以任意角度转动，可以使任一烯烃带通滤波片和黑体窗6-1都能与红外探测器3相对，也就是，使红外探测器3可以接收经过任一烯烃带通滤波片滤波之后的红外辐射信号。所述编码器电机的驱动受监控与分析单元的控制，编码器电机连接有驱动电路，该驱动电路在接收到监控与分析单元发出的信号之后，驱动编码器电机，进而驱动器烯烃气体识别器的转盘10转动，所述编码器电机与传统的驱动电机相比，具有较高的分辨率，能使烯烃气体识别器的转盘准确地停止到预置的位置，使红外探测器与烯烃带通滤波片或黑体窗6-1的能够准确对置，保证红外探测器3能探测到所需的红外辐射信号。

烯烃气体识别器的转盘上的黑体窗6-1用于对探测器进行校正，以消除探测器与处理电路信号之间的时间漂移和温度漂移，在加电瞬间或者图像长时间加电效果不好时，监控与分析单元向驱动电路发送信号，驱动电路在接收到信号之后驱动编码器电机，带动驱动器烯烃气体识别器的转盘10转动，使黑体窗6-1正对探测器，进行校正，校正完毕后黑体窗归位，使烯烃带通滤波片正对探测器，继续进行烯烃气体的检测。

该烯烃气体识别器设置在红外镜头1和红外探测器3之间，在对待测环境进行烯烃气体检测时，采用红外光学镜头1聚焦待探测目标发射的红外辐射信号，所述红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘10上的烯烃带通滤波片滤波之后，被红外探测器3接收。红外探测3在接收红外辐射信号之后将收红外辐射信号转换为电信号，经过处理电路将所述电信号转化为监控与分析单元可以接收的图像信号，在监控与分析单元7中具有图像分析模块，图像分析模块中包括图像分析软件对接收的图像信号进行分析，判断是否为烯烃气体，然后在显示器8上显示。

在一种优选的方式中，监控与分析单元包含在监控主机中。

在本实施例中为了精确地确定确实为烯烃气体，采用了5片滤波片进行烯烃气体的检测，具体的工作流程如下：

首先红外光学镜头1聚焦待探测目标发射的红外辐射信号，此时，受监控与分析单元控制，在烯烃气体识别器的转盘10上第一烯烃带通滤波片6-1正对红外探测器3，所述红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘10上的第一烯烃带通滤波片6-1滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果发现具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘10转动，使第二烯烃带通滤波片6-2正对红外探测器3，经红外光学镜头1聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘10上的第二烯烃带通滤波片6-2滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果发现透过，也就是该图像具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘10转动，使第三烯烃带通滤波片6-3正对红外探测器3，经红外光学镜头1聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘10上的第三烯烃带通滤波片6-3滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果发现具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘10转动，使第四烯烃带通滤波片6-4正对红外探测器3，经红外光学镜头1聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘10上的第四烯烃带通滤波片6-4滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果发现具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘10转动，使第五烯烃带通滤波片6-5正对红外探测器3，经红外光学镜头1聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘10上的第五烯烃带通滤波片6-5,滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果具备烯烃气体特征，则认为是烯烃气体，显示器上显示结果和红外图像。

该5片烯烃带通滤波片的切换顺序是以中心波长由小至大的顺序，只有红外辐射信号通过了波长小的第一烯烃带通滤波片，才启动第二烯烃带通滤波片，依次类推，每个滤波片在切换到正对探测器时，需要停留一段时间，保证图像分析软件能够在滤波片下接收至少3张完整的图像，以提高分析的准确性。

只有对红外辐射信号经5片烯烃带通滤波片滤波之后的红外图像分析，认为都透过了烯烃带通滤波片，则认为是烯烃气体，采用这种方式可以将烯烃气体检测的准确率提高到接近100%。采用中心波长分别为10.1±0.02、10.37±0.02、10.99±0.02、11.24±0.02、12.28±0.02微米的烯烃带通滤波片片依次对待测目标中的气体进行分析，能够准确判断是否为烯烃气体，并且相对于只采用一片滤波片的分析，准确率有极大提高，适用于需要精确确定的场合。

实施例二:

本实施例公开另一种烯烃气体的检测装置及检测方法。该检测装置包括红外镜头、镜头接口、烯烃气体识别器、红外探测器、处理电路、编码电机、监控与分析单元、显示器。这些与实施例一中相同，与实施例一中不同的是在烯烃气体识别器的转盘上设置有3片烯烃带通滤波片。图3为烯烃气体识别器的俯视结构示意图。

该烯烃气体识别器的转盘上包括：黑体窗7-1，第一烯烃带通滤波片7-2，其中心波长为10.1±0.020微米，第二烯烃带通滤波片7-3，其中心波长为10.99±0.02微米，第三烯烃带通滤波片7-4，其中心波长为12.28±0.02微米。图3中示意性地示出了该3片烯烃带通滤波片在烯烃气体识别器的转盘上分布状态，但是本领域技术人员可以根据需要调整滤波片的分布位置。在本实施例中，选用的3片烯烃带通滤波片的中心波长分别为10.1±0.020微米、10.99±0.02微米、12.28±0.02微米，实际上还可以从实施例一中公开的5片滤波片中选用其它中心波长的烯烃带通滤波片，组合成3片烯烃带通滤波片，只要满足烯烃带通滤波片切换的顺序是中心波长由小至大的顺序即可。

在本实施例中选用的烯烃带通滤波片为长波滤波片，相应地，红外探测器也为长波焦平面阵列。

烯烃气体识别器的转盘连接有编码器电机，利用编码器电机带动整个烯烃气体识别器的转盘以任意角度转动，可以使任一烯烃带通滤波片和黑体窗都能与红外探测器相对，也就是，使红外探测器可以接收经过任一烯烃带通滤波片滤波之后的红外辐射信号。所述编码器电机的驱动受监控与分析单元的控制，编码器电机连接有驱动电路，该驱动电路在接收到监控与分析单元发出的信号之后，驱动编码器电机，进而驱动器烯烃气体识别器的转盘转动，所述编码器电机与传统的驱动电机相比，具有较高的分辨率，能使烯烃气体识别器的转盘准确地停止到预置的位置，使红外探测器与烯烃带通滤波片或黑体窗的能够准确对置，保证红外探测器3能探测到所需的红外辐射信号。

烯烃气体识别器的转盘上的黑体窗用于对探测器进行校正，以消除探测器与处理电路信号之间的时间漂移和温度漂移，在加电瞬间或者图像长时间加电效果不好时，监控与分析单元向驱动电路发送信号，驱动电路在接收到信号之后驱动编码器电机，带动驱动器烯烃气体识别器的转盘转动，使黑体窗正对探测器，进行校正，校正完毕后黑体窗归位，使烯烃带通滤波片正对探测器，继续进行烯烃气体的检测。

该烯烃气体识别器设置在红外镜头和红外探测器之间，在对待测环境进行烯烃气体检测时，采用红外光学镜头聚焦待探测目标发射的红外辐射信号，所述红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的烯烃带通滤波片滤波之后，被红外探测器接收。红外探测在接收红外辐射信号之后将收红外辐射信号转换为电信号，经过处理电路将所述电信号转化为监控与分析单元可以接收的图像信号，在监控与分析单元中具有图像分析模块，图像分析模块包括图像分析软件，对接收的图像信号进行分析，判断是否为烯烃气体，然后在显示器上显示。

在本实施例中为采用了3片滤波片进行烯烃气体的检测，具体的工作流程如下：

首先红外光学镜头聚焦待探测目标发射的红外辐射信号，此时，受监控与分析单元控制，在烯烃气体识别器的转盘上第一烯烃带通滤波片7-2正对红外探测器3，所述红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第一烯烃带通滤波片7-2滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果发现具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘转动，使第二烯烃带通滤波片7-3正对红外探测器3，经红外光学镜头1聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第二烯烃带通滤波片7-3滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果发现透过，也就是该图像具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘转动，使第三烯烃带通滤波片7-4正对红外探测器，经红外光学镜头1聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第三烯烃带通滤波片7-4滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果发现具备烯烃气体的特征，则认为是烯烃气体，显示器上显示结果和红外图像。

该3片烯烃带通滤波片的切换顺序是以中心波长由小至大的顺序，只有红外辐射信号通过了波长小的第一烯烃带通滤波片，才启动第二烯烃带通滤波片，依次类推，只有对红外辐射信号经5片烯烃带通滤波片滤波之后的红外图像分析，认为都透过了烯烃带通滤波片，则认为是烯烃气体。

每个滤波片在切换到正对探测器时，需要停留一段时间，保证图像分析软件能够在滤波片下接收至少3张完整的图像，以提高分析的准确性。

与实施例一相比，本实施例中采用3片烯烃带通滤波片确定是否为烯烃气体，烯烃气体检测的准确率与实施例一有所下降，但仍能够具有接近80%的准确率，并且检测的速度加快。

本领域技术人员可以根据检测准确度的需要选择不同数目的烯烃带通滤波片，还可以选择采用4片烯烃带通滤波片，并且4片烯烃带通滤波片的中心波长都可以在第一实施例中公开的5片带通滤波片的中心波长中选择，这些都在本申请的保护范围之内。

实施例三:

本实施例公开另一种烯烃气体的检测装置及检测方法。该检测装置包括红外镜头、镜头接口、烯烃气体识别器、红外探测器、处理电路、编码电机、监控与分析单元、显示器。这些与实施例一中相同，与实施例一中不同的是在烯烃气体识别器的转盘上设置有2片烯烃带通滤波片。图4为烯烃气体识别器的俯视结构示意图。

该烯烃气体识别器的转盘上包括黑体窗8-1，第一烯烃带通滤波片8-2，其中心波长为3.24±0.02微米，第二烯烃带通滤波片8-3，其中心波长为3.31±0.02微米。2片烯烃带通滤波片的通带长度都为100±20nm。在本实施例中选用的烯烃带通滤波片为中波滤波片，相应地，红外探测器也为中波波焦平面阵列。以上2片烯烃带通滤波片的中心波长是根据烯烃化合物在3-5微米的长波频段的红外光谱特征进行选取的，以上2片带通滤波片选用这样的中心波长能够完全覆盖烯烃气体的特征谱带，准确确定出为烯烃气体，如果选用其中任意一片也能判断出是烯烃气体，但准确率相对会有所下降。

图4中示意性地示出了该2片烯烃带通滤波片在烯烃气体识别器的转盘上分布状态，但是本领域技术人员可以根据需要调整滤波片的分布位置。

烯烃气体识别器的转盘连接有编码器电机，利用编码器电机带动整个烯烃气体识别器的转盘以任意角度转动，可以使任一烯烃带通滤波片和黑体窗都能与红外探测器相对，也就是，使红外探测器可以接收经过任一烯烃带通滤波片滤波之后的红外辐射信号。所述编码器电机的驱动受监控与分析单元的控制，编码器电机连接有驱动电路，该驱动电路在接收到监控与分析单元发出的信号之后，驱动编码器电机，进而驱动器烯烃气体识别器的转盘转动，所述编码器电机与传统的驱动电机相比，具有较高的分辨率，能使烯烃气体识别器的转盘准确地停止到预置的位置，使红外探测器与烯烃带通滤波片或黑体窗的能够准确对置，保证红外探测器3能探测到所需的红外辐射信号。

烯烃气体识别器的转盘上的黑体窗用于对探测器进行校正，以消除探测器与处理电路信号之间的时间漂移和温度漂移，在加电瞬间或者图像长时间加电效果不好时，监控与分析单元向驱动电路发送信号，驱动电路在接收到信号之后驱动编码器电机，带动驱动器烯烃气体识别器的转盘转动，使黑体窗正对探测器，进行校正，校正完毕后黑体窗归位，使烯烃带通滤波片正对探测器，继续进行烯烃气体的检测。

该烯烃气体识别器设置在红外镜头和红外探测器之间，在对待测环境进行烯烃气体检测时，采用红外光学镜头聚焦待探测目标发射的红外辐射信号，所述红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的烯烃带通滤波片滤波之后，被红外探测器接收。红外探测在接收红外辐射信号之后将收红外辐射信号转换为电信号，经过处理电路将所述电信号转化为监控与分析单元可以接收的图像信号，在监控与分析单元中具有图像分析模块，图像分析模块包括图像分析软件，对接收的图像信号进行分析，判断是否为烯烃气体，然后在显示器上显示。

在本实施例中为采用了2片中波滤波片进行烯烃气体的检测，具体的工作流程如下：

首先红外光学镜头聚焦待探测目标发射的红外辐射信号，此时，受监控与分析单元控制，在烯烃气体识别器的转盘上第一烯烃带通滤波片8-2正对红外探测器3，所述红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第一烯烃带通滤波片8-2滤波之后，被红外探测器接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果发现具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘转动，使第二烯烃带通滤波片8-3正对红外探测器3，经红外光学镜头聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第二烯烃带通滤波片8-3滤波之后，被红外探测器接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像。如果发现透过，也就是该图像具备烯烃气体的特征，则认为是烯烃气体，显示器上显示结果和红外图像。

该2片烯烃带通滤波片的切换顺序是以中心波长由小至大的顺序，只有红外辐射信号通过了波长小的第一烯烃带通滤波片，才启动第二烯烃带通滤波片，只有对红外辐射信号经2片烯烃带通滤波片滤波之后的红外图像分析，认为都透过了烯烃带通滤波片，则认为是烯烃气体。每个滤波片在切换到正对探测器时，需要停留一段时间，保证图像分析软件能够在滤波片下接收至少3张完整的图像，以提高分析的准确性。

与实施例一相比，本实施例中采用2片中波烯烃带通滤波片确定是否为烯烃气体，烯烃气体检测的准确率与实施例一有所下降，但仍能够具有接近80%的准确率，并且检测的速度加快。

实施例四：

本实施例公开一种烯烃气体的检测装置及检测方法。该检测装置包括红外镜头、镜头接口、烯烃气体识别器、红外探测器、处理电路、编码电机、监控与分析单元、显示器。这些与实施例一中相同，与实施例一中不同的是在烯烃气体识别器的转盘上除了设置有5片烯烃带通滤波片，还设置有空窗。图5为烯烃气体识别器的俯视结构示意图。

该烯烃气体识别器的转盘上包括空窗9-1，黑体窗9-2，第一烯烃带通滤波片9-3，其中心波长为10.1±0.02微米，第二烯烃带通滤波片9-4，其中心波长为10.37±0.02微米，第三烯烃带通滤波片9-5，其中心波长为10.99±0.02微米，第四烯烃带通滤波片片9-6，其中心波长为11.24±0.02微米，第五烯烃带通滤波片9-7，其中心波长为12.28±0.02微米。图2示意性地示出了该5片烯烃带通滤波片与空窗和黑体窗在烯烃气体识别器的转盘10上呈圆环形分布，便于烯烃带通滤波片的切换，本领域技术人员可以根据需要调整滤波片与空窗和黑体窗的分布位置。

在本实施例中选用的烯烃带通滤波片为长波滤波片，相应地，红外探测器也为长波焦平面阵列。

烯烃气体识别器的转盘连接有编码器电机，利用编码器电机带动整个烯烃气体识别器的转盘以任意角度转动，可以使任一烯烃带通滤波片和空窗以及黑体窗都能与红外探测器相对，也就是，使红外探测器可以接收经过任一烯烃带通滤波片滤波之后的红外辐射信号。所述编码器电机的驱动受监控与分析单元的控制，编码器电机连接有驱动电路，该驱动电路在接收到监控与分析单元发出的信号之后，驱动编码器电机，进而驱动器烯烃气体识别器的转盘转动，所述编码器电机与传统的驱动电机相比，具有较高的分辨率，能使烯烃气体识别器的转盘准确地停止到预置的位置，使红外探测器与烯烃带通滤波片或空窗以及黑体窗的能够准确对置，保证红外探测器能探测到所需的红外辐射信号。

烯烃气体识别器的转盘上的黑体窗用于对探测器进行校正，以消除探测器与处理电路信号之间的时间漂移和温度漂移，在加电瞬间或者图像长时间加电效果不好时，监控与分析单元向驱动电路发送信号，驱动电路在接收到信号之后驱动编码器电机，带动驱动器烯烃气体识别器的转盘转动，使黑体窗正对探测器，进行校正，校正完毕后黑体窗归位，使烯烃带通滤波片正对探测器，继续进行烯烃气体的检测。

该烯烃气体识别器的转盘设置在红外镜头和红外探测器之间，在对待测环境进行烯烃气体检测时，采用红外光学镜头聚焦待探测目标发射的红外辐射信号，所述红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的烯烃带通滤波片滤波之后，被红外探测器接收。红外探测在接收红外辐射信号之后将收红外辐射信号转换为电信号，经过处理电路将所述电信号转化为监控与分析单元可以接收的图像信号，在监控与分析单元中具有图像分析模块，图像分析模块包括图像分析软件，对接收的图像信号进行分析，判断是否为烯烃气体，然后在显示器上显示。

在本实施例中，在正常状态下，烯烃气体识别器的转盘上是空窗正对着探测器，也就是此时烯烃气体识别器没有启动，红外探测器探测的是没有滤波片进行滤波时整个待测环境的红外图像。这样做的优点是使镜头组汇集到的红外热辐射能量尽量多的被收集，不至于一开始就被烯烃带通滤波片所阻挡，这些红外热辐射能量被红外探测器转化为电信号，经过处理电路和监控与分析单元的处理在显示器上显示出清晰的红外图像，更加有利于对生产现场安全的监控。同时监控与分析单元中的图像分析软件对红外图像进行检测和分析，一旦发现气体特征，则监控与分析单元给驱动电路发出信号，驱动电路驱动编码器电机转动烯烃气体识别器的转盘，使烯烃带通滤波片正对红外探测器，开始对烯烃气体的识别。

在本实施例中提供的烯烃气体检测装置及方法特别适合于化工场所，用于对生产环境的监控，在正常状态下，对整个生产现场进行监控，一旦发现有气体泄漏，立即启动烯烃气体识别器，准确判断是否是烯烃气体，如果是则可以采取报警等措施，如果不是则回复到正常的监控状态，能够做到对生产现场有效全面的监控，并且不会发生错误判断烯烃气体引起生产停顿带来的损失。

为了精确地确定确实为烯烃气体，本实施例采用了5片滤波片进行烯烃气体的检测，具体的工作流程如下：

首先在正常状态下，烯烃气体识别器的转盘上的空窗9-1正对红外探测器3，此时烯烃气体识别器的转盘并未启动，红外光学镜头1聚焦待测现场发射的红外辐射信号，通过烯烃气体识别器的转盘上的空窗9-1，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外图像是否具备气体特征，如果不具备，则继续目前的正常监控状态，如果发现红外图像具备气体特征，则说明待测现场可能存在烯烃气体泄漏，此时监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃识别转动，使第一烯烃带通滤波片9-3正对红外探测器3，红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第一烯烃带通滤波片9-3滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像，监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机转动烯烃气体识别器的转盘，使空窗9-1正对红外探测器，回复到正常的监控状态。如果发现具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘转动，使第二烯烃带通滤波片9-4正对红外探测器3，经红外光学镜头聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第二烯烃带通滤波片9-4滤波之后，被红外探测器接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像，监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机转动烯烃气体识别器的转盘，使空窗9-1正对红外探测器，回复到正常的监控状态。如果发现透过，也就是该图像具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘转动，使第三烯烃带通滤波片9-5正对红外探测器，经红外光学镜头聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第三烯烃带通滤波片9-5滤波之后，被红外探测器接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像，监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机转动烯烃气体识别器的转盘，使空窗9-1正对红外探测器，回复到正常的监控状态。如果发现具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘转动，使第四烯烃带通滤波片9-6正对红外探测器，经红外光学镜头聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第四烯烃带通滤波片9-6滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像，监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机转动烯烃气体识别器的转盘，使空窗9-1正对红外探测器，回复到正常的监控状态。如果发现具备烯烃气体的特征，则监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机，带动烯烃气体识别器的转盘转动，使第五烯烃带通滤波片9-7正对红外探测器，经红外光学镜头聚焦之后的红外辐射信号经过烯烃气体识别器的转盘上的第五烯烃带通滤波片9-7滤波之后，被红外探测器3接收，形成电信号经处理电路处理之后形成图像信号传送到监控与分析单元上，所述监控与分析单元中的图像分析软件对图像信号进行分析该红外辐射信号是否透过烯烃带通滤波片，如果发现不透过，则认为不是烯烃气体，在显示器上显示结果以及红外图像，监控与分析单元给驱动电路发送信号，驱动编码器电机转动烯烃气体识别器的转盘，使空窗9-1正对红外探测器，回复到正常的监控状态。如果具备烯烃气体特征，则认为是烯烃气体，显示器上显示结果和红外图像。

该5片烯烃带通滤波片的切换顺序是以中心波长由小至大的顺序，只有红外辐射信号通过了波长小的第一烯烃带通滤波片，才启动第二烯烃带通滤波片，依次类推，只有对红外辐射信号经5片烯烃带通滤波片滤波之后探测到的红外图像分析，认为都透过了烯烃带通滤波片，则认为是烯烃气体，采用这种方式可以将烯烃气体检测的准确率提高到接近100%。

在本实施例中采用5片长波烯烃带通滤波片组成烯烃气体识别器仅是一种示例，本领域技术人员可以选择根据现场和设计需要进行组合，采用任意数目的长波烯烃带通滤波片，或者选择中波烯烃带通滤波片，组成烯烃气体识别器，在发现正常监控状态下得到的红外图像具有有气体特征时启动烯烃气体识别器对烯烃气体进行检测，这些均不脱离本发明的保护范围。

在本说明书中监控与分析单元由具有数据处理能力，能够运行软件的计算机系统实施。所述图像分析模块可以是集成到该计算机系统中的固件，也可以是可以与计算机系统相分离的软件。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种烯烃气体的检测装置，包括：

红外光学镜头，用于将待测目标发射的红外辐射信号聚焦；

烯烃气体识别器，包括载体和设置在载体上的至少两片烯烃带通滤波片；

红外探测器，用于将通过烯烃带通滤波片之后的红外辐射信号转换成电压信号，形成红外图像；

监控与分析单元，用于对所述红外图像进行采集和分析，将所述分析结果输出，并根据所述分析结果控制所述烯烃气体识别器的载体；

显示器，用于显示输出结果。

2.如权利要求1所述的烯烃气体的检测装置，其中，所述载体为转盘，所述监控与分析单元包括图像分析模块，用于对采集到的红外图像进行分析；所述烯烃气体识别器的转盘连接有编码器电机和与编码器电机连接的驱动电路，所述驱动电路与所述监控与分析单元相连，所述监控与分析单元通过控制驱动电路驱动编码电机转动所述烯烃气体识别器的转盘。

3.一种烯烃气体的检测装置，包括：

红外光学镜头，用于将待测目标发射的红外辐射信号聚焦；

烯烃气体识别器，包括载体和设置在载体上的空窗和至少两片烯烃带通滤波片；

红外探测器，用于将通过烯烃气体识别器之后的红外辐射信号转换成电压信号，形成红外图像；

监控与分析单元，用于对所述红外图像进行采集和分析，将所述分析结果输出，并根据所述分析结果控制所述烯烃气体识别器的载体；

显示器，用于显示输出结果。

4.如权利要求3所述的烯烃气体的检测装置，其中，所述载体为转盘，所述监控与分析单元包括图像分析模块，用于对采集到的红外图像进行分析；所述烯烃气体识别器的转盘连接有编码器电机和与编码器电机连接的驱动电路，所述驱动电路与所述监控与分析单元相连，所述监控与分析单元通过控制驱动电路驱动编码电机转动所述烯烃气体识别器的转盘。

5.如权利要求1-4中任一所述的烯烃气体的检测装置，其中，所述长波滤波片的数目为3片，其中心波长的位置分别为10.1±0.02、10.99±0.02、12.28±0.02微米；或者所述长波滤波片的数目为5片，其中心波长的位置分别为10.1±0.02、10.37±0.02、10.99±0.02、11.24±0.02、12.28±0.02微米。

6.如权利要求1-4中任一所述的烯烃气体的检测装置，其中，所述烯烃带通滤波片为中波滤波片，2片中波滤波片的中心波长的位置分别为3.24±0.02、3.31±0.02微米。

7.如权利要求1-4中任一所述的烯烃气体的检测装置，其中所述红外探测器为长波焦平面阵列或中波焦平面阵列。

8.一种烯烃气体泄漏的检测方法，包括以下步骤：

采用红外光学镜头聚焦待探测目标发射的红外辐射信号；

启动烯烃气体识别器的载体，使所烯烃气体识别器的载体上的烯烃带通滤波片与红外探测器对置；

红外探测器将通过烯烃带通滤波片之后的红外辐射信号经转换为电信号，形成红外图像；

监控与分析单元对探测到的红外图像进行分析，判断是否为烯烃气体，并且将判断结果输出到与之相连的显示器上进行显示。

9.如权利要求8所述的烯烃气体泄漏的检测方法，所述检测方法还包括在启动烯烃气体识别器的载体之前，使所烯烃气体识别器的载体上的空窗与红外探测器对置，红外探测器将通过空窗的红外辐射信号经转换为电信号，形成红外图像，经监控与分析单元分析该红外图像具有气体特征时，再启动烯烃气体识别器的载体。

10.如权利要求8或9所述的烯烃气体泄漏的检测方法，还包括在启动烯烃气体识别器的载体之前，利用烯烃气体识别器上的黑体窗对探测器进行校正。

11.如权利要求8或9所述的烯烃气体泄漏的检测方法，所述烯烃气体识别器的载体上具有至少两个烯烃带通滤波片，当红外辐射信号通过第一烯烃带通滤波片形成的红外图像经监控与分析单元分析具有烯烃气体特征时，再切换到下一带通滤波片，直到红外辐射信号通过所有的烯烃带通滤波片形成的红外图像经监控与分析单元分析具有烯烃特征，则判断为烯烃气体，所述烯烃带通滤波片的切换顺序为其中心波长由小至大的顺序。

12.如权利要求11所述的烯烃气体的检测方法，其中，所述烯烃带通滤波片为长波滤波片，所述长波滤波片的数目为3-5片。

13.如权利要求12所述的烯烃气体的检测方法，其中，所述长波滤波片的数目为3片，其中心波长的位置分别为10.1±0.02、10.99±0.02、12.28±0.02微米；或者所述长波滤波片的数目为5片，其中心波长的位置分别为10.1±0.02、10.37±0.02、10.99±0.02、11.24±0.02、12.28±0.02微米。

14.如权利要求11所述的烯烃气体的检测方法，其中，所述烯烃带通滤波片为中波滤波片，2片中波滤波片的中心波长的位置分别为3.24±0.02、3.31±0.02微米。

15.如权利要求11所述的烯烃气体的检测方法，其中，所述载体为转盘，所述监控与分析单元采用视频采集卡对红外图像进行采集，采用图像分析模块对采集到的图像进行分析，采用驱动电路于根据分析的结果驱动编码电机，采用编码器电机转动所述烯烃气体识别器的转盘，实现烯烃带通滤波片的切换。