CN202886278U - 具有视像定位记录功能的激光气体遥测装置 - Google Patents

Abstract

一种激光气体遥测装置，包括气体浓度遥测传感器、视像传感器、信息处理器、显示屏和供电模块，其中所述视像传感器捕捉所述待测目标，并通过所述信息处理器的图像调整单元调节显示屏上所述待测目标图像的中心十字叉丝的位置，使之与所述探测光中心点重合。解决了现有技术中的激光气体遥测装置由于测试距离不断地在变动、测试背景复杂多样，或是天气等因素的影响，对检测的位置很难精确定位，导致待检目标发生漏检或重复检测的情况，是一种具有视像定位记录和测距功能的激光气体遥测装置。

Description

具有视像定位记录功能的激光气体遥测装置

技术领域

本实用新型涉及一种远距离检测气体的装置，具体地说是一种采用可调谐激光吸收光谱技术对气体进行遥测检测的装置。

背景技术

近年来，随着可燃气体和有毒有害气体工业的迅速发展，相应的可燃气体和有毒有害气体设备故障和事故也越来越多。由于气体泄漏导致的局部气体管道停输，未及时发现和处理引起的可燃气体和有毒有害气体爆炸或中毒事故等，不仅给气体输送部门和居民生活带来了很大的不便，严重的甚至造成大量人员伤亡和财产损失。因此，如何检测泄漏气体、及时获得气体浓度信息是关系到人们安全的重要手段。可调谐激光吸收光谱技术是近些年涌现出的气体泄漏检测技术之一。采用可调谐半导体激光器，通过向目标点发射激光束，然后检测从目标点被反射回来的激光束的强度，即可测量分布于检测设备和目标反射物路径之间的待测气体浓度。

目前，利用可调谐激光吸收光谱技术开发的气体遥测设备主要分为车载式激光遥测设备和便携式激光遥测检测设备。车载式激光遥测设备的顶置探头可以360°旋转，不但可以检测车辆行进正前方的区域，也可以检测道路两旁的区域，基本可以覆盖任何检测盲点。但是，对于一些车辆难以靠近的区域，如小区、室内、花园等，则无法进行检测。因此，对于紧凑空间内的气体检测，通常由操作人员手持便携式激光遥测检测设备进行检测。

基于可调谐光吸收光谱技术，中国专利文献CN10149342公开了一种激光气体遥测装置，包括测量光源，目标指示光源、光纤合波器、光纤准直器、透镜、待测气体、反射目标、光电探测器、探测模块、激光器温控模块、激光器直流驱动模块、激光器交流电驱动模块、微处理器控制系统、显示单元构成；接收光学模块中的光电探测器经放大和滤波的探测模块并经放大器连接微处理器控制系统，微处理器控制系统包括嵌入式控制及信号处理电路，输出接口连接显示电路、通讯接口电路、键盘、报警电路；嵌入式控制系统的输出其输出端连接激光控制电路；激光控制电路包括激光高频调制电路、激光温度控制电路、激光低频扫描电路、激光器直流驱动电路；激光控制电路的输出驱动测量主激光器。在该技术方案中，测量光源发出被调制的连续窄带激光，该窄带激光和从目标指示光源发出的指示激光经过光纤合波器从置于透镜轴心部位的光纤准直器出射，出射的窄带激光通过待测气体后被反射目标反射，反射光经过透镜汇聚于光电探测器转换为电信号，经过探测模块的放大和滤波，由嵌入式控制系统采集经算法处理后得到待测气体的浓度，由显示单元显示测量结果。

但是，在上述技术方案中，反射目标的定位是通过从目标指示光源发出的指示激光照射反射目标而定位，而这种通过激光点的方式只能大致判断待测目标点的位置。由于测试距离不断地在变动并且测试背景复杂多样，再加上天气等因素的影响，实际操作设备时多数靠操作者主观判断，很难精确定位目标检测点，因此时常会导致漏检或是重复检测的情况发生。

发明内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术中的激光气体遥测装置由于测试距离不断地在变动、测试背景复杂多样，或是天气等因素的影响，对检测的位置很难精确定位，导致待检目标发生漏检或重复检测的情况，从而提出一种具有视像定位记录和测距功能的激光气体遥测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的激光气体遥测装置，包括气体浓度遥测传感器，所述气体浓度遥测传感器包括探测光源、光纤准直器、凹面反射镜、窄带滤光片、光电探测器和前置放大器，所述探测光源发出探测光，通过所述光纤准直器准直后照射待测目标，所述探测光被所述待测目标反射回来后，再经所述凹面反射镜进行二次反射并通过所述窄带滤光片滤波后，被所述光电探测器探测并将探测到的光信号转换为电信号，输入给所述前置放大器进行信号放大后再输出；视像传感器，用于捕捉所述待测目标；信息处理器，包括图像调整单元，所述图像调整单元调节显示屏上所述待测目标图像的中心十字叉丝的位置，使之与所述探测光中心点重合；显示屏，将所述信息处理器处理后的信息进行显示；供电模块，为所述气体浓度遥测传感器、所述视像传感器和所述信息处理器供电。

激光气体遥测装置，还设置有测距传感器，用于测量所述激光气体遥测装置与所述待测目标之间的距离信息，并将所述距离信息传送至所述信息处理器。

激光气体遥测装置，还设置有目标点指示器，包括指示光源，用于发射指示光束，照射所述待测目标并在照射区域形成目标点指示光斑；

激光气体遥测装置，所述信息处理器包括A/D转换器和DSP处理器，通过所述A/D转换器将由所述前置放大器放大输出的模拟信号转换为数字信号，并输入所述DSP处理器进行数字信号处理。

激光气体遥测装置，所述视像传感器为自动光学变焦和/或自动数码变焦的摄像头。

激光气体遥测装置，所述测距传感器为激光测距传感器，测量距离为0-100米。

激光气体遥测装置，所述显示屏为彩色显示屏，用于显示由所述气体浓度遥测传感器测得的气体浓度信息、由所述视像传感器测得的所述待测目标的图像信息，以及由所述测距传感器测得的距离信息。

激光气体遥测装置，所述气体浓度遥测传感器还设置有光学镜筒，所述探测光源安装于所述光学镜筒下方，所述光纤准直器、所述凹面反射镜、所述窄带滤光片、所述光电探测器和所述前置放大器安装于所述光学镜筒内部。

激光气体遥测装置，还设置有手持装置，所述手持装置为可调节手柄或可调节手带。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本实用新型所述的激光气体遥测装置，包括气体浓度遥测传感器、视像传感器、信息处理器、显示屏和供电模块，所述视像传感器用于捕捉所述待测目标，并通过显示屏显示出待测目标图像；所述信息处理器包括图像调整单元，所述图像调整单元调节显示屏上所述待测目标图像的中心十字叉丝的位置，使之与所述探测光中心点重合，由于所述探测光为不可见光，而显示屏上待测目标图像中心十字叉丝的位置就是所述探测光中心点位置，因此实现了以所述十字叉丝表征探测光位置，对待测目标进行了可视化定位，解决了现有技术中便携式激光气体遥测设备在使用时目标点定位不准的问题，方便用户当场判断和处理。

（2）本实用新型所述的激光气体遥测装置，还设置有测距传感器，测量所述激光气体遥测装置与所述待测目标之间的距离信息，将所述距离信息传送至所述信息处理器，并最终在所述显示屏上显示所述距离信息，从而进一步实现了对待测目标的可视化准确定位，很大程度上避免了遥测装置在使用时漏检情况的发生。

（3）本实用新型所述的激光气体遥测装置，还设置有目标点指示器，包括指示光源，用于发射指示光束，照射所述待测目标并在照射区域形成目标点指示光斑；由于所述指示光源为可见光，并且所述指示光束与所述探测光间距较小，因此，在某些视线较好的近距离区域探测时，可以通过由所述目标点指示器发出的可见指示光束，对待测目标进行初步定为和预判的，缩小了探测区域的范围。

（4）本实用新型所述的激光气体遥测装置，所述信息处理器还具有记录功能，对待测目标图像信息和距离信息进行记录保存，方便用户查阅以及对本待测目标进行回检时使用。

（5）本实用新型所述的激光气体遥测装置，还设置有手持装置，所述手持装置为可调节手柄或可调节手带，用户可根据本装置与待测目标之间的相对方位和距离，随时调整可调节手柄与装置之间的夹角，或选择使用手带，便于用户的灵活操作。

（6）本实用新型所述的激光气体遥测装置，所述气体浓度遥测传感器还设置有光学镜筒，所述探测光源安装于所述光学镜筒下方，所述光纤准直器、所述凹面反射镜、所述窄带滤光片、所述光电探测器和所述前置放大器安装于所述光学镜筒内部，使得本装置的内部结构更加紧凑，缩小了本装置的体积，从而使得本装置进一步便携化，方便携带。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1  是本实用新型所述的激光气体遥测装置的结构框图；

图2  是本实用新型所述的激光气体遥测装置的正视图；

图3  是本实用新型所述的激光气体遥测装置的剖视图；

图4  是本实用新型所述的激光气体遥测装置使用场景示意图；

图5  是调节前视像传感器捕捉到的待测目标图像与探测光中心点图像；

图6  是调节后视像传感器捕捉到的待测目标图像与探测光中心点图像。

图中附图标记表示为：1-气体浓度遥测传感器、101-探测光源、102-光纤准直器、103-凹面反射镜、104-窄带滤光片、105-光电探测器、106-前置放大器、107-光学镜筒、2-视像传感器、3-目标点指示器、4-显示屏、5-测距传感器、6-可调节手柄、7-可调节手带、8-信息处理器、9-供电模块、10-待测目标、11-待测气体泄漏气团、12-十字叉丝、13-探测光中心点。

具体实施方式

实施例1：

下面给出本实用新型所述的激光气体遥测装置的一个具体的实施方式，激光气体遥测装置的结构，如图1所示，包括气体浓度遥测传感器1、视像传感器2、信息处理器8、显示屏4和供电模块9。图2为所述激光气体遥测装置的正视图，其中，所述气体浓度遥测传感器1设置于所述激光气体遥测装置的中部，所述视像传感器2设置于所述气体浓度遥测传感器1的正下方。所述激光气体遥测装置的内部结构如图3所示，其中，所述激光气体遥测装置还包括信息处理器8和供电模块9，所述供电模块9用于为所述气体浓度遥测传感器1、所述视像传感器2和所述信息处理器8供电。

如图3所示，所述气体浓度遥测传感器1设置有探测光源101、光纤准直器102、凹面反射镜103、窄带滤光片104、光电探测器105和前置放大器106。所述探测光源101发出一束探测光，经过光纤耦合后进入所述光纤准直器102，所述探测光由所述光纤准直器102准直后对待测目标10进行照射，以检测存在于所述气体浓度遥测传感器1与所述待测目标10之间的待测气体泄漏气团11，如图4所示。所述探测光被所述待测目标10反射回来后，在经过所述凹面反射镜103进行二次反射，并通过所述窄带滤光片104滤波后，被所述光电探测器105探测。所述光电探测器105将探测到的光信号转换为电信号，传送给所述前置放大器106进行信号放大后再输出。

所述视像传感器2，用于捕捉所述待测目标10。在本实施方式中，所述视像传感器2为自动光学变焦。

所述信息处理器8，如图3所示，设置于所述凹面反射镜103的左端，接收由所述前置放大器106放大后的输出信号，以及由所述视像传感器2捕捉到的待测目标10的图像。所述信息处理器8还包括图像调整单元，所述图像调整单元调节显示屏4上所述待测目标图像的中心十字叉丝12的位置，使之与所述探测光中心点13重合；由所述显示屏4将所述信息处理器8处理后的信息进行显示。

在本实施例中，所述信息处理器8包括A/D转换器、DSP处理器，经过所述前置放大器106放大后的模拟电信号经过所述A/D转换器被转换为数字信号，输入所述DSP处理器进行数字信号处理，从而最终输出处理后的信息。

在本实施例中，由于所述探测光为不可见光，因此无法通过肉眼判断所述激光气体遥测装置所探测的目标区域位置。通过所述视像传感器2所捕捉到的待测目标10的图像如图5所示。事实上，由于所述探测光的出射位置与所述视像传感器2之间为固定机械距离，因此所述待测目标10图像的中心十字叉丝12的位置位于所述探测光中心点13的正下方。通过所述信息处理器8的图像调整单元，采用图像处理技术，调节所述待测目标10图像的中心十字叉丝12位置以补偿所述机械距离，使之与所述探测光中心点13重合，如图6所示，从而实现了以所述十字叉丝12表征所述探测光中心点13位置，对待测目标10进行了可视化定位。

作为可以变换的实施方式，本实施例中的所述视像传感器也可以为自动数码变焦的摄像头，或者为同时具备自动光学变焦和自动数码变焦的摄像头。

本实施例所述的激光气体遥测装置的使用过程如下：所述探测光源101发出一束探测光，经过光纤耦合后进入所述光纤准直器102，所述探测光由所述光纤准直器102准直后对待测目标10进行照射，以检测存在于所述气体浓度遥测传感器1与所述待测目标10之间的待测气体泄漏气团11，如图4所示。所述探测光被所述待测目标10反射回来后，在经过所述凹面反射镜103进行二次反射，并通过所述窄带滤光片104滤波后，被所述光电探测器105探测。所述光电探测器105将探测到的光信号转换为电信号，传送给所述前置放大器106进行信号放大后再输出。

通过所述视像传感器2捕捉所述待测目标10。所述信息处理器8接收由所述前置放大器106放大后的输出信号，以及由所述视像传感器2捕捉到的所述待测目标10图像，并通过所述图像调整单元，调节显示屏4上所述待测目标图像的中心十字叉丝12的位置，使之与所述探测光中心点13重合。由于所述探测光为不可见光，而显示屏上待测目标图像中心十字叉丝12的位置就是所述探测光中心点13位置，因此实现了以所述十字叉丝12表征探测光位置，对待测目标进行了可视化定位。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，为了对所述待测目标10进行更好的定位，本实用新型所述的激光气体遥测装置还设置有测距传感器5，如图2所示。所述测距传感器5用于测量所述激光气体遥测装置与所述待测目标10之间的距离信息，并将所述距离信息传送至所述信息处理器8，并最终通过所述显示屏4显示。在本实施例中，所述测距传感器5为激光测距传感器，测量距离为0-100米，测量精度可达到0.1米。

此外，在使用时为了方便对所述激光气体遥测装置进行调整，还设置有手持装置，所述手持装置为可调节手柄6，如图2所示。所述可调节手柄6与所述激光气体遥测装置的主机部分相对夹角在0°-90°之前可调。实际测量时，用户可根据所述激光气体遥测装置与待测目标10的相对方位和距离随时调整可调节手柄6与所述主机之间的夹角，便于用户灵活操作。

作为可替代的实施方式，所述手持装置还可以为可调节手带7，如图2所示。

实施例3：

在上述实施例1或实施例2的基础上，为了在某些视线较好的近距离区域探测时，可以对待测目标进行初步定位和预判的，缩小探测区域的范围，本实用新型所述的激光气体遥测装置还设置有目标点指示器3，包括指示光源，用于发射指示光束，照射所述待测目标并在照射区域形成目标点指示光斑。用户通过可视的目标点指示光斑，即可初步判断待测目标的位置。

实施例4：

在上述实施例1或实施例2或实施例3的基础上，为了使得本实用新型所述的激光气体遥测装置的结构更加紧凑，所述气体浓度遥测传感器1还设置有光学镜筒107，如图3所示，所述探测光源101安装于所述光学镜筒107的下方，所述光纤准直器102、所述凹面反射镜103、所述窄带滤光片104、所述光电探测器105和所述前置放大器106安装于所述光学镜筒107的内部，其中，所述光纤准直器102安装于所述光学镜筒107正前端的中心处，所述光电探测器105安装于所述凹面反射镜103的焦点位置，所述光学镜筒107与所述光纤准直器102、所述凹面反射镜103、所述窄带滤光片104、所述光电探测器105均共轴。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种具有视像定位记录功能的激光气体遥测装置，其特征在于：包括

      气体浓度遥测传感器（1），所述气体浓度遥测传感器（1）包括探测光源（101）、光纤准直器（102）、凹面反射镜（103）、窄带滤光片（104）、光电探测器（105）和前置放大器（106），所述探测光源（101）发出探测光，通过所述光纤准直器（102）准直后照射待测目标（10），所述探测光被所述待测目标（10）反射回来后，再经所述凹面反射镜（103）进行二次反射并通过所述窄带滤光片（104）滤波后，被所述光电探测器（105）探测并将探测到的光信号转换为电信号，输入给所述前置放大器（106）进行信号放大后再输出；

      视像传感器（2），用于捕捉所述待测目标（10）；

      信息处理器（8），包括图像调整单元，所述图像调整单元调节显示屏（4）上所述待测目标（10）图像的中心十字叉丝（12）的位置，使之与所述探测光中心点（13）重合；

      显示屏（4），将所述信息处理器（8）处理后的信息进行显示；

      供电模块（9），为所述气体浓度遥测传感器（1）、所述视像传感器（2）和所述信息处理器（8）供电。

2.根据权利要求1所述的激光气体遥测装置，其特征在于：还设置有测距传感器（5），用于测量所述激光气体遥测装置与所述待测目标（10）之间的距离信息，并将所述距离信息传送至所述信息处理器（8）。

3.根据权利要求1或2所述的激光气体遥测装置，其特征在于：还设置有目标点指示器（3），包括指示光源，用于发射指示光束，照射所述待测目标（10）并在照射区域形成目标点指示光斑。

4.根据权利要求1或2所述的激光气体遥测装置，其特征在于：所述信息处理器（8）包括A/D转换器和DSP处理器，通过所述A/D转换器将由所述前置放大器（106）放大输出的模拟信号转换为数字信号，并输入所述DSP处理器进行数字信号处理。

5.根据权利要求1或2所述的激光气体遥测装置，其特征在于：所述视像传感器（2）为自动光学变焦和/或自动数码变焦的摄像头。

6.根据权利要求2所述的激光气体遥测装置，其特征在于：所述测距传感器（5）为激光测距传感器，测量距离为0-100米。

7.根据权利要求1或2所述的激光气体遥测装置，其特征在于：所述显示屏（4）为彩色显示屏，用于显示由所述气体浓度遥测传感器（1）测得的气体浓度信息、由所述视像传感器（2）测得的所述待测目标（10）的图像信息，以及由所述测距传感器（5）测得的距离信息。

8.根据权利要求1所述的激光气体遥测装置，其特征在于：所述气体浓度遥测传感器（1）还设置有光学镜筒（107），所述探测光源（101）安装于所述光学镜筒（107）下方，所述光纤准直器（102）、所述凹面反射镜（103）、所述窄带滤光片（104）、所述光电探测器（105）和所述前置放大器（106）安装于所述光学镜筒（107）内部。

9.根据权利要求1所述的激光气体遥测装置，其特征在于：还设置有手持装置。

10.根据权利要求9所述的激光气体遥测装置，其特征在于：所述手持装置为可调节手柄（6）或可调节手带（7）。

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