CN117268555B - 一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应用于红外探测技术领域的一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，通过预先采集锑化铟探测器在临界温度以上的环境下探测得到的失真探测图像，并将其作为失真图像数据，在实际使用过程中供实际图像数据进行对比，再结合对锑化铟探测器低温环境的温度检测结果，可有效判断出是否存在冷量分布不均、或制冷器制冷不足、或探测器本体存在硬件故障等情况，并针对不同情况进行相应的处理措施，及时恢复锑化铟探测器的正常工作状态，并且，当锑化铟探测器周围低温不足时，通过调节温度传感器的位置，进行不同区域的温度对比，可进一步判断出是否存在制冷器制冷不足或低温箱内冷量扩散不均的情况，为本申请的检修提供方向。

Description

一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器

技术领域

本发明涉及的一种红外探测器，特别是涉及应用于红外探测技术领域的一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器。

背景技术

气体泄漏是许多工业场所和环境中常见的问题，它可能导致安全风险、环境污染以及能源浪费。因此，快速而准确地检测和定位气体泄漏非常重要。红外成像技术提供了一种先进且可靠的方法，可以在气体泄漏检测方面发挥关键作用。

锑化铟作为一种半导体材料，具有优异的红外探测性能，被广泛应用于红外探测器和红外摄像机中，但锑化铟红外传感器的最大缺点是探测率随环境温度升高而迅速下降，为此，需要把锑化铟红外传感器置于恒定的低温环境中，以缩短响应时间，提高灵敏度，现有技术中通常采用效率高、结构紧凑的斯特林制冷机进行制冷。

但锑化铟红外探测器中的制冷设备由于换热不完全、冷量损失或设备故障等原因，也容易存在制冷不足、导致低温环境未满足使用要求的情况，从而造成探测结果存在较大误差，在探测危害气体的应用中容易造成不可预料的安全事故。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是现有锑化铟红外探测器容易因制冷不足、且未及时发现，造成探测结果存在较大误差，导致安全事故发生概率上升。

为解决上述问题，本发明提供了一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，包括探测器本体以及适用于探测器本体的探测反馈系统，探测器本体包括壳体，壳体的内部固定连接有低温箱和制冷器，低温箱的内部安装有锑化铟探测器，制冷器的冷端固定贯穿低温箱外壁并延伸至其内部，其特征在于：壳体的内部还固定连接有备用冷源，备用冷源的冷端同样固定贯穿低温箱外壁并延伸至其内部，低温箱的内部安装有温度传感器；

探测反馈系统包括红外图像采集模块、图像处理模块、图像偏差验证模块、温度监测模块、温度补偿模块和硬件故障预警模块，硬件故障预警模块与探测控制中心连接，温度传感器与温度监测模块连接，备用冷源与温度补偿模块连接，图像偏差验证模块连接有偏差图像特征库，偏差图像特征库存储有探测器本体在温度传感器显示高于临界温度的情况下得到的待监测区域的失真图像数据。

在上述用于烷烃气体的锑化铟红外探测器中，通过将实际探测图像与预先采集的失真探测图像进行对比，结合对锑化铟探测器低温环境的温度检测，可有效判断出是否存在冷量分布不均、或制冷器制冷不足、或探测器本体存在硬件故障等情况，并针对不同情况进行相应的处理措施，及时恢复锑化铟探测器的正常工作状态。

一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，其使用方法包括以下步骤：

S1、温度传感器对锑化铟探测器所在空间温度进行实时监测，得到温度T，与此同时，本探测器对待监测区域进行图像采集，经过处理后得到红外图像，将上述红外图像与偏差图像进行对比，得到对比相似度C；

S2、当温度T超出临界温度Ta时，进行步骤S2-1；

当温度T未超出临界温度Ta、同时相似度C不高于设定值C1时，不进行任何操作，保持正常监测；

当温度T未超出临界温度Ta、但相似度C高于设定值C1时，进行步骤S2-2；

S2-1、启动备用冷源，对锑化铟探测器所在空间进行辅助制冷，直至锑化铟探测器所在空间温度降低至安全温度Tb，其中：Tb小于Ta，此时再次进行步骤S1，当相似度C仍高于设定值C1时，进行步骤S2-2；

S2-2、向探测控制中心进行故障警示，检查本探测器否是存在硬件故障问题。

作为本申请的又一种改进，壳体的内部还安装有制冷检验组件，制冷检验组件包括安装在低温箱内部的连杆，连杆的一端与冷端固定连接，其另一端与锑化铟探测器靠近，连杆的外端活动套设有滑环，温度传感器固定连接于滑环的外端。

作为本申请的又一种改进的补充，制冷检验组件还包括安装在壳体内部的电动转轴，电动转轴的外端缠绕有拉环绳，拉环绳的两端均活动伸入低温箱的内部并与滑环的左右两端固定连接。

作为本申请的又一种改进的补充，连杆靠近锑化铟探测器的一端固定连接有定点绕绳环，拉环绳的其中一端活动穿过拉环绳的内侧，初始状态时滑环和温度传感器位于靠近定点绕绳环的位置。

作为本申请的又一种改进的补充，拉环绳包括弹力部和无弹性部，弹力部的一端固定连接在滑环靠近定点绕绳环的一侧，其另一端与无弹性部的一端固定连接，无弹性部的另一端固定连接在滑环远离定点绕绳环的一侧。

作为本申请的又一种改进的补充，探测反馈系统还包括制冷检验模块，电动转轴与制冷检验模块连接。

作为本申请的又一种改进的补充，在进行步骤S2-1之前先进行制冷检验措施，制冷检验措施包括以下步骤：通过制冷检验模块启动电动转轴，电动转轴进行逆时针转动，使拉环绳的两端分别进行放线和收线操作，带动滑环从靠近锑化铟探测器的位置移动至靠近冷端的位置，对冷端附近区域进行温度检测，检测完成后进行步骤S2-1，并且，当检测的温度数据比标准制冷温度高出损失值t以上时，在进行步骤S2-1的同时，同步进行步骤S2-2。

作为本申请的又一种改进的补充，低温箱的内壁开设有一对供拉环绳两端进行活动贯穿的穿孔，穿孔的内部固定连接有密封柱，拉环绳的两端分别滑动连接于一对密封柱的内部。

综上所述，本申请通过预先采集锑化铟探测器在临界温度以上的环境下探测得到的失真探测图像，并将其作为失真图像数据，在实际使用过程中与实际探测得到的图像数据进行对比，再结合对锑化铟探测器使用环境的温度检测结果，可有效判断出是否存在冷量分布不均、或制冷器制冷不足、或探测器本体存在硬件故障等情况，并针对不同情况进行相应的处理措施，及时恢复锑化铟探测器的正常工作状态，并且，当锑化铟探测器周围低温不足时，通过调节温度传感器的位置，进行不同区域的温度对比，可进一步判断出是否存在制冷器制冷不足或低温箱内冷量扩散不均的情况，为本申请的检修提供方向。

附图说明

图1为本申请的立体图；

图2为本申请的正面结构示意图；

图3为本申请的系统图；

图4为本申请的局部正面结构示意图；

图5为图4中A处的结构示意图；

图6为本申请的拉环绳在电动转轴上的安装结构示意图；

图7为本申请的滑环在连杆上的安装结构示意图一；

图8为本申请的滑环在连杆上的安装结构示意图二；

图9为本申请的滑环在移动时的局部正面结构示意图；

图10为本申请的滑环在移动后的正面结构示意图。

图中标号说明：

1壳体、2低温箱、3制冷器、301冷端、4备用冷源、401冷量补偿端、5锑化铟探测器、6温度传感器、7连杆、8滑环、9电动转轴、10拉环绳、11定点绕绳环、12密封柱。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的2种实施方式作详细说明。

第1种实施方式：

本发明提供了一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，请参阅图1-图3，包括探测器本体以及适用于探测器本体的探测反馈系统，探测器本体包括壳体1，壳体1的内部固定连接有低温箱2和制冷器3，低温箱2的内部安装有锑化铟探测器5，制冷器3的冷端固定贯穿低温箱2外壁并延伸至其内部，其特征在于：壳体1的内部还固定连接有备用冷源4，备用冷源4的冷端同样固定贯穿低温箱2外壁并延伸至其内部，低温箱2的内部安装有温度传感器6，当制冷器3运行时，冷端301上形成低温，随后将冷量传递至低温箱2的内部，使锑化铟探测器5在低温环境下进行正常有效工作，有效保证探测准确性，并通过温度传感器6对低温箱2内部的低温环境进行实时监测，备用冷源4在初始状态处于未启动状态，制冷器3和备用冷源4可采用斯特林制冷器或脉管制冷机。

请参阅图3，探测反馈系统包括红外图像采集模块、图像处理模块、图像偏差验证模块、温度监测模块、温度补偿模块和硬件故障预警模块，硬件故障预警模块与探测控制中心连接，温度传感器6与温度监测模块连接，备用冷源4与温度补偿模块连接，图像偏差验证模块连接有偏差图像特征库，偏差图像特征库存储有探测器本体在温度传感器6显示高于临界温度的情况下得到的待监测区域的失真图像数据。

红外图像采集模块得到待检测区域的图像数据后，将数据传递至图像处理模块，经处理后得到可视化的成像信息，在不考虑硬件故障的情况下，处理后得到的图像数据包括正常状态和非正常状态两种，正常即表明待检测区域内未存在明显烷烃类有害气体，非正常表明区域内未存在明显烷烃类有害气体，但在实际情况中，由于锑化铟探测器5对使用温度具有较高要求，因此，当锑化铟探测器5所在空间冷量不足、或制冷器3提供的冷量不足，造成低温箱2内低温环境不满足使用要求时（即低温箱2内环境温度超出了锑化铟探测器5正常工作状态的临界温度Ta），则容易造成锑化铟探测器5的探测准确性下降甚至失效，此时，探测得到的红外图像为除正常和非正常的第三种状态；

因此，基于上述实际情况，本申请预先为锑化铟探测器5营造出在临界温度Ta以上的不同温度环境（如T1、T2、T3、、、Tn），得出锑化铟探测器5在上述温度下的失真探测图像，然后将所有失真探测图像均作为失真图像数据，储存在偏差图像特征库中，便于在实际使用过程中与实际探测得到的图像数据进行对比，当对比结果表明：实际图像数据与某一失真探测图像存在相似度较高时，在一定程度上可判断出低温箱2内低温环境失常、或探测器本体存在硬件故障，具体情况如下段。

一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，其使用方法包括以下步骤：

S1、温度传感器6对锑化铟探测器5所在空间温度进行实时监测，得到温度T，与此同时，本探测器对待监测区域进行图像采集，经过处理后得到红外图像，将上述红外图像与偏差图像进行对比，得到对比相似度C；

S2、当温度T超出临界温度Ta时，进行步骤S2-1；

当温度T未超出临界温度Ta、同时相似度C不高于设定值C1时，不进行任何操作，保持正常监测；

当温度T未超出临界温度Ta、但相似度C高于设定值C1时，进行步骤S2-2；

在上述中，当相似度C高于设定值C1时，表明得到的图像不准确，为失真图像，反之，当相似度C不高于设定值C1时，表明得到的图像为准确图像；

S2-1、启动备用冷源4，对锑化铟探测器5所在空间进行辅助制冷，直至锑化铟探测器5所在空间温度降低至安全温度Tb，其中：Tb小于Ta，此时再次进行步骤S1，当相似度C仍高于设定值C1时（此情况表明红外图像失真与环境温度无关），进行步骤S2-2；

S2-2、向探测控制中心进行故障警示，检查本探测器否是存在硬件故障问题。

第2种实施方式：

本实施方式在实施方式1的基础上，增设了以下结构：请参阅图4，壳体1的内部还安装有制冷检验组件，制冷检验组件包括安装在低温箱2内部的连杆7，连杆7的一端与冷端301固定连接，其另一端与锑化铟探测器5靠近，连杆7的外端活动套设有滑环8，温度传感器6固定连接于滑环8的外端，制冷检验组件还包括安装在壳体1内部的电动转轴9，结合图6，电动转轴9的外端缠绕有拉环绳10，拉环绳10的两端均活动伸入低温箱2的内部并与滑环8的左右两端固定连接，探测反馈系统还包括制冷检验模块，电动转轴9与制冷检验模块连接。

请参阅图7，连杆7靠近锑化铟探测器5的一端固定连接有定点绕绳环11，拉环绳10的其中一端活动穿过拉环绳10的内侧，初始状态时滑环8和温度传感器6位于靠近定点绕绳环11的位置，此时温度传感器6检测的温度结构与锑化铟探测器5实际所处的周围温度较为接近，由于低温箱2内具有一定的空间间隙，冷端301在将温度传递至低温箱2内部后，需要一个温度传递扩散过程，因此实际而言，低温箱2内各个部分的温度存在一定差异，因此初始状态将温度传感器6设置在靠近锑化铟探测器5的位置，可使得温度检测结果更加有效；

请参阅图9和图10，当需要调节温度传感器6的位置时，可通过启动电动转轴9，使拉环绳10两端分别进行收线和放线，在拉环绳10的带动下，实现滑环8的滑动，将温度传感器6移动至靠近冷端301的一端，对冷端301输出的冷量进行较为准确的检测，当锑化铟探测器5周围区域冷量不足时，根据温度传感器6在两个首尾位置测量数据的对比，可得知是否是制冷器3制冷不足或是冷量扩散不均的原因。

请参阅图8，拉环绳10包括弹力部和无弹性部，弹力部的一端固定连接在滑环8靠近定点绕绳环11的一侧，其另一端与无弹性部的一端固定连接，无弹性部的另一端固定连接在滑环8远离定点绕绳环11的一侧，结合图9所示的滑环8位置变化前后状态，由于滑环8需沿着连杆7移动，以电动转轴9位置为参照物，滑环8两侧的拉环绳10所变化的长度存在差异，此时容易造成电动转轴9上拉环绳10收线长度和放线长度不同，因此，本申请在滑环8移动过程中，拉环绳10的放线端设置了弹力部，当其放线不足时，通过弹力部的弹性拉伸可实现滑环8的顺利移动。

补充说明：在实施过程中，由于冷端301和锑化铟探测器5在低温箱2上安装位置的不同，位于二者之间的滑环8可能存在不同位置和形状的设置，并不局限于图9中的设置方式，可实现滑环8的正常滑动即可。

通过上述设置，使得本申请在进行步骤S2-1之前，可先进行制冷检验措施（结合图3所示），制冷检验措施包括以下步骤：通过制冷检验模块启动电动转轴9，电动转轴9进行逆时针转动，使拉环绳10的两端分别进行放线和收线操作，带动滑环8从靠近锑化铟探测器5的位置移动至靠近冷端301的位置，对冷端301附近区域进行温度检测，检测完成后进行步骤S2-1，并且，当检测的温度数据比标准制冷温度高出损失值t以上时，在进行步骤S2-1的同时，同步进行步骤S2-2。

在上述步骤中：其一、由于进行步骤S2-1的前提是温度T超出临界温度Ta，因此在检查完成后，不论检测结果如何，均继续进行步骤S2-1，对低温箱2内进行辅助制冷，尽快恢复锑化铟探测器5所需的正常使用温度，有效保证锑化铟探测器5继续进行正常工作；其二、由于温度传感器6未与冷端301接触，温度传感器6在冷端301附近检测的温度数据一般比冷端301实际制冷温度高，因此设定一个最大的损失值t，当检测的温度数据比标准制冷温度高出损失值t以上时，可推测出冷端301的实际制冷温度低于标准制冷温度，即冷端301制冷效果未达要求，存在制冷器3出现制冷故障或制冷效率差等问题，此时可进行步骤S2-2，及时安排人员进行检查维修。

请参阅图5，低温箱2的内壁开设有一对供拉环绳10两端进行活动贯穿的穿孔，穿孔的内部固定连接有密封柱12，拉环绳10的两端分别滑动连接于一对密封柱12的内部，密封柱12不仅对拉环绳10起到保护、减小磨损的作用，同时提高了穿孔的密封性，使低温箱2内冷量不易溢出。

结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，包括探测器本体以及适用于探测器本体的探测反馈系统，所述探测器本体包括壳体（1），所述壳体（1）的内部固定连接有低温箱（2）和制冷器（3），所述低温箱（2）的内部安装有锑化铟探测器（5），所述制冷器（3）的冷端固定贯穿低温箱（2）外壁并延伸至其内部，其特征在于：所述壳体（1）的内部还固定连接有备用冷源（4），所述备用冷源（4）的冷端同样固定贯穿低温箱（2）外壁并延伸至其内部，所述低温箱（2）的内部安装有温度传感器（6）；

所述探测反馈系统包括红外图像采集模块、图像处理模块、图像偏差验证模块、温度监测模块、温度补偿模块和硬件故障预警模块，所述硬件故障预警模块与探测控制中心连接，所述温度传感器（6）与温度监测模块连接，所述备用冷源（4）与温度补偿模块连接，所述图像偏差验证模块连接有偏差图像特征库，所述偏差图像特征库存储有探测器本体在温度传感器（6）显示高于临界温度的情况下得到的待监测区域的失真图像数据；

所述壳体（1）的内部还安装有制冷检验组件，所述制冷检验组件包括安装在低温箱（2）内部的连杆（7），所述连杆（7）的一端与冷端（301）固定连接，其另一端与锑化铟探测器（5）靠近，所述连杆（7）的外端活动套设有滑环（8），所述温度传感器（6）固定连接于滑环（8）的外端，所述制冷检验组件还包括安装在壳体（1）内部的电动转轴（9），所述电动转轴（9）的外端缠绕有拉环绳（10），所述拉环绳（10）的两端均活动伸入低温箱（2）的内部并与滑环（8）的左右两端固定连接，所述连杆（7）靠近锑化铟探测器（5）的一端固定连接有定点绕绳环（11），所述拉环绳（10）的其中一端活动穿过拉环绳（10）的内侧，初始状态时所述滑环（8）和温度传感器（6）位于靠近定点绕绳环（11）的位置。

2.根据权利要求1所述的一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，其特征在于：其使用方法包括以下步骤：

S1、温度传感器（6）对锑化铟探测器（5）所在空间温度进行实时监测，得到温度T，与此同时，本探测器对待监测区域进行图像采集，经过处理后得到红外图像，将上述红外图像与偏差图像进行对比，得到对比相似度C；

S2、当温度T超出临界温度Ta时，进行步骤S2-1；

当温度T未超出临界温度Ta、同时相似度C不高于设定值C1时，不进行任何操作，保持正常监测；

当温度T未超出临界温度Ta、但相似度C高于设定值C1时，进行步骤S2-2；

S2-1、启动备用冷源（4），对锑化铟探测器（5）所在空间进行辅助制冷，直至锑化铟探测器（5）所在空间温度降低至安全温度Tb，其中：Tb小于Ta，此时再次进行步骤S1，当相似度C仍高于设定值C1时，进行步骤S2-2；

S2-2、向探测控制中心进行故障警示，检查本探测器否是存在硬件故障问题。

3.根据权利要求1所述的一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，其特征在于：所述拉环绳（10）包括弹力部和无弹性部，所述弹力部的一端固定连接在滑环（8）靠近定点绕绳环（11）的一侧，其另一端与无弹性部的一端固定连接，所述无弹性部的另一端固定连接在滑环（8）远离定点绕绳环（11）的一侧。

4.根据权利要求2所述的一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，其特征在于：所述探测反馈系统还包括制冷检验模块，所述电动转轴（9）与制冷检验模块连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，其特征在于：在进行步骤S2-1之前先进行制冷检验措施，所述制冷检验措施包括以下步骤：通过制冷检验模块启动电动转轴（9），电动转轴（9）进行逆时针转动，使拉环绳（10）的两端分别进行放线和收线操作，带动滑环（8）从靠近锑化铟探测器（5）的位置移动至靠近冷端（301）的位置，对冷端（301）附近区域进行温度检测，检测完成后进行步骤S2-1，并且，当检测的温度数据比标准制冷温度高出损失值t以上时，在进行步骤S2-1的同时，同步进行步骤S2-2。

6.根据权利要求1所述的一种用于烷烃气体的锑化铟红外探测器，其特征在于：所述低温箱（2）的内壁开设有一对供拉环绳（10）两端进行活动贯穿的穿孔，所述穿孔的内部固定连接有密封柱（12），所述拉环绳（10）的两端分别滑动连接于一对密封柱（12）的内部。