CN108732903A - 一种基于红外全息技术的火场搜救装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于红外全息技术的火场搜救装置，用于消防人员在火灾现场搜索被烟雾或火焰遮挡的待救援人员，属于红外全息应用领域，包括红外激光器、分束镜Ⅰ、不透光外壳、扩束镜Ⅰ、扩束镜Ⅱ、透镜Ⅰ、透镜Ⅱ、分束镜Ⅱ、IRFPA红外焦平面阵列探测器、小型计算机、红外全反镜Ⅰ、红外全反镜Ⅱ、透镜Ⅲ；本发明整个装置用不透光的外壳保护和固定，装置上只留两个圆孔位置镶入透镜Ⅰ、透镜Ⅲ，避免可见光的干扰，提高成像质量，采用红外全息技术用于火场搜救，能够在火灾现场有效透过火焰或烟雾，对火焰或烟雾后方情况进行成像和显示，提高消防人员在火灾现场对于待救援人员的搜救速度，提高了搜救准确率。
Description
技术领域
本发明涉及红外全息应用领域，特别是一种基于红外全息技术的火场搜救装置。
背景技术
火灾是威胁人们生命财产安全的常见灾难之一，对于消防人员如何在火灾现场快速有效的找到位于火焰或烟雾后面被遮挡的待救援人员无疑是一个很重要的问题。虽然消防设备越来越先进，但是目前对于火灾现场消防人员如何快速找到被火焰或烟雾遮挡的待救援人员这一问题还是缺乏实质性的解决办法。
传统的全息技术在实时成像方面已经逐渐成熟，应用于各种测量、成像等方面，由于传统全息使用的激光光源一般为可见光波段，受火焰或烟雾影响较大，所以无法直接用于火灾现场搜救被火焰或烟雾遮挡的待救援人员。
红外热成像仪作为已有的设备，用于消防人员火灾现场救援被烟雾遮挡的待救援人员，其优点是可以透过烟雾看到烟雾后面的情况，很适合用于消防人员在火灾现场搜寻被烟雾围困的待救援人员，其缺点就是面对待救援人员被火焰围困遮挡的情况，无法看到火焰后面的待救援人员和情况，当消防员在火场使用时无法看到被火焰遮蔽后方的情况，如何解决在火灾现场对被烟雾遮挡的待救援人员的成像问题就显得十分迫切和重要。
随着红外激光器的不断完善，全息技术的激光光源逐步从可见光波段扩展到红外波段，发展了全新的红外全息技术。
发明内容
针对以上问题，本发明将红外全息技术应用于对火灾现场被火焰或烟雾遮挡的待救援人员搜索、成像方面，提出了一种基于红外全息技术的火场搜救装置，不仅可以穿透烟雾成像，还可以穿透火焰成像，克服了已有的红外热成像仪不能穿透火焰成像的缺点，应用于消防人员在火灾现场对火焰或烟雾后方情况的快速了解和对被火焰或烟雾遮挡的待救援人员的快速搜救。
本发明通过下列技术方案实现：一种基于红外全息技术的火场搜救装置，包括红外激光器1、分束镜Ⅰ2、不透光外壳3、扩束镜Ⅰ4、扩束镜Ⅱ5、透镜Ⅰ6、透镜Ⅱ7、分束镜Ⅱ10、IRFPA红外焦平面阵列探测器11、小型计算机12、红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14、透镜Ⅲ15；红外激光器1、分束镜Ⅰ2、扩束镜Ⅰ4、扩束镜Ⅱ5、透镜Ⅱ7、分束镜Ⅱ10、IRFPA红外焦平面阵列探测器11、小型计算机12、红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14设置在不透光外壳3内部，透镜Ⅰ6、透镜Ⅲ15设置在不透光外壳3侧壁；
红外激光器1发射红外激光，经过分束镜Ⅰ2分束成两束红外激光，一束红外激光经过扩束镜Ⅱ5扩束，经透镜Ⅱ7准直成为平行红外激光束，该平行红外激光束到达红外全反镜Ⅰ13，经红外全反镜Ⅰ13和红外全反镜Ⅱ14反射后到分束镜10，此光束称为红外参考光束；
分束镜Ⅰ2分束的另一束红外激光经过扩束镜Ⅰ4扩束后，经透镜Ⅰ6准直成为平行红外激光束，该平行红外激光束穿透火焰或烟雾9，被火焰或烟雾9后面的待救援人员8反射到达透镜Ⅲ15，经透镜Ⅲ15后到达分束镜Ⅱ10，此光束称为红外物光束；
红外物光束和红外参考光束在分束镜10上形成红外全息干涉图，红外全息干涉图由IRFPA红外焦平面阵列探测器11进行接收记录，再传递给小型计算机12进行处理和再现显示，从而对火焰或烟雾9后方情况成像与再现，火灾现场消防人员对被火焰或烟雾9遮挡的待救援人员8的快速搜救。
所述红外激光器1选用在8~13μm波段的波长，选用的是位于红外大气窗口波段中的中红外波段，可以避免红外激光束在空气中过快的衰减，也可以避免火焰发出的长度为780nm~7μm的红外线的干扰。
所述透镜Ⅱ7为锗透镜、硅透镜或玻璃透镜。
所述透镜Ⅰ6、透镜Ⅲ15为锗透镜或硅透镜。
所述扩束镜Ⅰ4、扩束镜Ⅱ5为锗扩束镜、硅扩束镜或玻璃扩束镜。
所述分束镜Ⅰ2、分束镜Ⅱ10为锗分束镜、硅分束镜或玻璃分束镜。
所述红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14平行设置，红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14位置可自由旋转，通过预设范围内的旋转来调整摆放角度，以改变平行红外激光束进入红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14时的相对入射角度，从而改变平行红外激光束在红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14中的反射次数，以达到调整红外参考光束光程的目的。
所述分束镜Ⅰ2、扩束镜Ⅰ4、扩束镜Ⅱ5、透镜Ⅱ7、分束镜Ⅱ10因为有不透光外壳3的遮光保护，没有可见光干扰，可以选用玻璃材质的光学分束镜、扩束镜和透镜代替锗或硅材料的分束镜、扩束镜和透镜，以降低装置成本，并且不会影响装置效果，透镜Ⅰ6、透镜Ⅲ15有透过红外激光滤掉可见光的作用，所以不可用玻璃透镜代替，只可用具有透过红外激光滤掉可见光特性的锗或硅材料的透镜。
使用IRFPA红外焦平面阵列探测器11接收对火焰或烟雾9后方的待救援人员8的拍摄的红外全息图，IRFPA红外焦平面阵列探测器11灵敏度的选取需和红外激光器1功率大小以及预设的与距搜寻目标成像距离的范围相匹配，其感应波段需跟选取的红外激光器1波长相匹配，即应能感应到所选取的红外激光器1的波长的波段，以达到较好的成像效果。
所述IRFPA红外焦平面阵列探测器11可以用感应波段包含红外激光器1波长波段的CCD图像传感器代替，不影响整个装置的功能实现。
微型计算机12能够对接收到的红外全息图像进行滤波处理，对处理后的全息图像进行再现显示，以方便火场救援人员及时看到火焰或烟雾后面的情况。
本发明的有益效果：
（1）本发明整个装置用不透光的外壳保护和固定，装置上只留两个圆孔位置镶入锗透镜，分别用于红外激光束的出射和接收，以避免可见光的干扰，提高成像质量。
（2）采用红外全息用于火场搜救的装置，能够在火灾现场有效透过火焰或烟雾，对火焰或烟雾后方情况进行成像和显示，提高消防人员在火灾现场对于待救援人员的搜救速度，提高了搜救准确率。
附图说明
图1是本发明实施例1的装置结构示意图：
图中：1-红外激光器；2-分束镜Ⅰ；3-不透光外壳；4-扩束镜Ⅰ；5-扩束镜Ⅱ； 6-透镜Ⅰ；7-透镜Ⅱ；8-待救援人员；9-火焰或烟雾；10-分束镜Ⅱ；11- IRFPA红外焦平面阵列探测器；12-小型计算机；13-红外全反镜Ⅰ；14-红外全反镜Ⅱ；15-透镜Ⅲ。
具体实施方式
为了详细阐明本发明的工作模式，以下结合附图对本发明的具体实施方式进一步进行说明，应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，但本发明并不仅限于所述实施方式。
实施例1
一种基于红外全息技术的火场搜救装置，包括红外激光器1、分束镜Ⅰ2、不透光外壳3、扩束镜Ⅰ4、扩束镜Ⅱ5、透镜Ⅰ6、透镜Ⅱ7、分束镜Ⅱ10、IRFPA红外焦平面阵列探测器11、小型计算机12、红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14、透镜Ⅲ15；红外激光器1、分束镜Ⅰ2、扩束镜Ⅰ4、扩束镜Ⅱ5、透镜Ⅱ7、分束镜Ⅱ10、IRFPA红外焦平面阵列探测器11、小型计算机12、红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14设置在不透光外壳3内部，小型计算机12显示器面镶嵌在不透光外壳3侧壁，透镜Ⅰ6、透镜Ⅲ15镶嵌在不透光外壳3侧壁；
红外激光器1发射红外激光，红外激光器1选用在8~13μm波段的波长，选用的是位于红外大气窗口波段中的中红外波段，可以避免红外激光束在空气中过快的衰减，也可以避免火焰发出的长度为780nm~7μm的红外线的干扰，红外激光经过分束镜Ⅰ2分束成两束红外激光，一束红外激光经过扩束镜Ⅱ5扩束，经透镜Ⅱ7准直成为平行红外激光束，该平行红外激光束到达红外全反镜Ⅰ13，经红外全反镜Ⅰ13和红外全反镜Ⅱ14反射后到分束镜10，此光束称为红外参考光束，分束镜Ⅰ2分束的另一束红外激光经过扩束镜Ⅰ4扩束后，经透镜Ⅰ6准直成为平行红外激光束，该平行红外激光束穿透火焰或烟雾9，被火焰或烟雾9后面的待救援人员8反射到达透镜Ⅲ15，经透镜Ⅲ15后到达分束镜Ⅱ10，此光束称为红外物光束；红外物光束和红外参考光束在分束镜10上形成红外全息干涉图，红外全息干涉图由IRFPA红外焦平面阵列探测器11进行接收记录，使用IRFPA红外焦平面阵列探测器11接收对火焰或烟雾9后方的待救援人员8的拍摄的红外全息图，IRFPA红外焦平面阵列探测器11灵敏度的选取需和红外激光器1功率大小以及预设的与距搜寻目标成像距离的范围相匹配，其感应波段需跟选取的红外激光器波长相匹配，即应能感应到所选取的红外激光器的波长的波段，以达到较好的成像效果，IRFPA红外焦平面阵列探测器11将图形信号传递给小型计算机12，小型计算机12能够对接收到的红外全息图像进行滤波处理，对处理后的全息图像进行再现显示，从而对火焰或烟雾9后方情况的成像与再现，以方便火场救援人员及时看到火焰或烟雾后面的情况，火灾现场消防人员对被火焰或烟雾9遮挡的待救援人员8的快速搜救。
其中红外激光器1的型号为：CO2-ULR-75，IRFPA红外焦平面阵列探测器11的型号为：cube817；透镜Ⅰ6、透镜Ⅱ7、透镜Ⅲ15为锗透镜，扩束镜Ⅰ4、扩束镜Ⅱ5为锗扩束镜，分束镜Ⅰ2、分束镜Ⅱ10为锗分束镜。
红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14平行设置，其旋转角度和红外参考光束光程，以及和装置探测成像的实际距离三者之间的对应关系可以根据装置实际元件的放置位置计算出来，红外全反镜Ⅰ13和红外全反镜Ⅱ14的侧面通过活动螺钉设置在不透光外壳3内壁，红外全反镜Ⅰ13和红外全反镜Ⅱ14侧面绕螺钉自由旋转，通过预设范围内的旋转来调整摆放角度，以改变平行红外激光束进入红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14时的相对入射角度，从而改变平行红外激光束在红外全反镜Ⅰ13、红外全反镜Ⅱ14中的反射次数，以达到调整红外参考光束光程的目的。
红外激光器1、分束镜Ⅰ2、扩束镜Ⅰ4、扩束镜Ⅱ5、透镜Ⅰ6、透镜Ⅱ7、分束镜Ⅱ10、IRFPA红外焦平面阵列探测器11、小型计算机12、透镜Ⅲ15通过支架固定在不透光外壳3内部，以增强装置的稳定性，保证成像质量。
扩束镜Ⅰ4、分束镜Ⅰ2、扩束镜Ⅱ5、透镜Ⅱ7、分束镜Ⅱ10因为有装置外壳的遮光保护，没有可见光干扰，可以选用玻璃材质或硅材质的光学扩束镜、分束镜和透镜代替锗材料的扩束镜、分束镜和透镜，以降低装置成本，并且不会影响装置效果，透镜Ⅰ6、透镜Ⅲ15有透过红外激光滤掉可见光的作用，所以不可用玻璃透镜代替，只可用具有透过红外激光滤掉可见光特性的锗或硅材料的透镜。
实施例1的 IRFPA红外焦平面阵列探测器11可以用感应波段包含红外激光器波长波段的CCD图像传感器代替，不影响整个装置的功能实现。
Claims (8)
1.一种基于红外全息技术的火场搜救装置，其特征在于，包括红外激光器（1）、分束镜Ⅰ（2）、不透光外壳（3）、扩束镜Ⅰ（4）、扩束镜Ⅱ（5）、透镜Ⅰ（6）、透镜Ⅱ（7）、分束镜Ⅱ（10）、IRFPA红外焦平面阵列探测器（11）、小型计算机（12）、红外全反镜Ⅰ（13）、红外全反镜Ⅱ（14）、透镜Ⅲ（15）；红外激光器（1）、分束镜Ⅰ（2）、扩束镜Ⅰ（4）、扩束镜Ⅱ（5）、透镜Ⅱ（7）、分束镜Ⅱ（10）、IRFPA红外焦平面阵列探测器（11）、小型计算机（12）、红外全反镜Ⅰ（13）、红外全反镜Ⅱ（14）设置在不透光外壳（3）内部，透镜Ⅰ（6）、透镜Ⅲ（15）设置在不透光外壳（3）侧壁；红外激光器（1）发射红外激光，经过分束镜Ⅰ（2）分束成两束红外激光，一束红外激光经过扩束镜Ⅱ（5）扩束，经透镜Ⅱ（7）准直成为平行红外激光束，该平行红外激光束到达红外全反镜Ⅰ（13），经红外全反镜Ⅰ（13）和红外全反镜Ⅱ（14）反射后到分束镜（10），此光束称为红外参考光束；分束镜Ⅰ（2）分束的另一束红外激光经过扩束镜Ⅰ（4）扩束后，经透镜Ⅰ（6）准直成为平行红外激光束，该平行红外激光束穿透火焰或烟雾（9），被火焰或烟雾（9）后面的待救援人员（8）反射到达透镜Ⅲ（15），经透镜Ⅲ（15）后到达分束镜Ⅱ（10），此光束称为红外物光束；红外物光束和红外参考光束在分束镜（10）上形成红外全息干涉图，红外全息干涉图由IRFPA红外焦平面阵列探测器（11）进行接收记录，再传递给小型计算机（12）进行显示，从而对火焰或烟雾（9）后方情况成像再现。
2.根据权利要求1所述基于红外全息技术的火场搜救装置，其特征在于，所述红外激光器（1）选用在8~13μm波段的波长。
3.根据权利要求1所述基于红外全息技术的火场搜救装置，其特征在于，所述透镜Ⅱ（7）为锗透镜、硅透镜或玻璃透镜。
4.根据权利要求1所述基于红外全息技术的火场搜救装置，其特征在于，所述透镜Ⅰ（6）、透镜Ⅲ（15）为锗透镜或硅透镜。
5.根据权利要求1所述基于红外全息技术的火场搜救装置，其特征在于，所述扩束镜Ⅰ（4）、扩束镜Ⅱ（5）为锗扩束镜、硅扩束镜或玻璃扩束镜。
6.根据权利要求1所述基于红外全息技术的火场搜救装置，其特征在于，所述分束镜Ⅰ（2）、分束镜Ⅱ（10）为锗分束镜、硅分束镜或玻璃分束镜。
7.根据权利要求1所述基于红外全息技术的火场搜救装置，其特征在于，所述红外全反镜Ⅰ（13）、红外全反镜Ⅱ（14）平行设置，红外全反镜Ⅰ（13）、红外全反镜Ⅱ（14）位置自由旋转。
8.根据权利要求1所述基于红外全息技术的火场搜救装置，其特征在于，所述IRFPA红外焦平面阵列探测器（11）用感应波段包含红外激光器（1）波长波段的CCD图像传感器代替。
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