CN206772819U - 基于吸收和成像技术的气体遥测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于吸收和成像技术的气体遥测装置，所述气体遥测装置包括会聚器件、光源；第一滤光片滤除自然光和所述光源发出的检测光中非待测气体的吸收波长的光；第二滤光片滤除所述检测光和自然光中对应于待测气体及其干扰气体的吸收波长的光；经过所述第一滤光片和会聚器件的含有待测气体吸收信息的光以及经过所述第二滤光片和会聚器件的光分别成像在所述成像器件上；分析设备根据成像器件输出的光强分布获知待测气体的含量。本实用新型具有多气体检测、无需使用光谱仪、成本低等优点。

Description

基于吸收和成像技术的气体遥测装置

技术领域

本实用新型涉及气体检测，特别涉及基于吸收和成像技术的气体遥测装置。

背景技术

目前，气体遥测主要有以下几种技术方案：

1.可调谐激光气体遥测技术：由于被测气体具有红外吸收特性，利用特定波长的可调谐红外激光，获得传输路径中的气体吸收信号，利用吸收信号幅值可以获得传输路径中的被测气体浓度。

2.紫外分光气体遥测技术：由于被测气体具有紫外吸收特性，将已知光谱的紫外光通过被测气体，利用分光光谱仪分析吸收过后的紫外光谱，可以获得被测气体的吸收信号，通过吸收信号的幅值可以获得被测气体的浓度。

3.红外分光/红外傅里叶气体遥测技术：由于被测气体具有红外吸收特性，将已知光谱的红外光通过被测气体，利用分光光谱仪/傅里叶光谱仪分析吸收过后的红外光谱，可以获得被测气体的吸收信号，通过吸收信号的幅值可以获得被测气体的浓度。

上述技术方案的主要不足在于：

1.均只能实现点对点的气体遥测；

2.可调谐激光气体遥测技术不能检测多种气体；

3.紫外分光气体遥测技术及红外分光/红外傅里叶气体遥测技术均需使用光谱仪。光谱仪从接收光的光谱信息中提取光谱吸收信号，光谱仪的光谱分辨率、光谱漂移、耦合效率、噪声和灵敏度都制约着遥测仪器的表现。因此，此类系统具有造价非常昂贵、漂移量大、稳定型差、光机结构复杂、需要复杂的光谱数据处理算法、体积庞大不利于户外安装或携带等缺点。

实用新型内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种单次测量涵盖区域大、成本低、体积小、多种气体同时检测的基于吸收和成像技术的气体遥测装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于吸收和成像技术的气体遥测装置，所述气体遥测装置包括会聚器件、光源；所述基于吸收和成像技术的气体遥测装置进一步包括：

第一滤光片，所述第一滤光片滤除自然光和所述光源发出的检测光中非待测气体的吸收波长的光；

第二滤光片，所述第二滤光片滤除所述检测光和自然光中对应于待测气体及其干扰气体的吸收波长的光；

成像器件，经过所述第一滤光片和会聚器件的含有待测气体吸收信息的光以及经过所述第二滤光片和会聚器件的光分别成像在所述成像器件上；

分析设备，所述分析设备根据成像器件输出的光强分布获知待测气体的含量。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：

1.使用覆盖多种待测气体吸收波长的宽谱光源，配合多个滤光片，实现多气体同时遥测；

2.利用成像技术，单次测量即可实现线、面目标范围内的气体浓度分布测量，不再局限于点到点的气体测量；

3.相比于机械扫描式测量，实现单次目标区间扫描所用的时间大大缩短，可以更快发现气体泄漏；

4.无需使用光谱仪等部件，光机结构更简单、光学耦合效率更高；

5.没有机械扫描结构，无机械磨损，使用寿命更长，维护费用更低；

6.减少了光谱仪和旋转机构，体积大大减小，重量更轻，系统功耗更小；

7.基本无光谱漂移，标定更简单，性能更稳定。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本实用新型实施例1的基于吸收和成像技术的气体遥测装置的结构简图。

具体实施方式

图1和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本实用新型实施例1的基于吸收和成像技术的气体遥测装置的结构简图，如图1所示，所述气体遥测装置包括：

光源、会聚器件；光源发出的检测光的波长覆盖所有待测气体的吸收波长；会聚器件将检测光或自然光与待测区域内气体相互作用后的光聚焦在成像器件上；

第一滤光片，所述第一滤光片滤除自然光和所述光源发出的检测光中非待测气体的吸收波长的光，使得在通过第一滤光片的光波长范围内，待测气体的吸收较强，干扰气体无吸收或吸收很弱；第一滤光片的数量与待测气体的种类数对应；

第二滤光片，所述第二滤光片滤除所述检测光和自然光中对应于待测气体及其干扰气体的吸收波长的光，使得在通过第二滤光片的光波长范围内，待测气体和干扰气体在此范围内无吸收或吸收很弱；

移动设备，所述移动设备包括：

马达，所述马达驱动转轮；

转轮，所述第一滤光片和第二滤光片设置在所述转轮上；所述转轮的转动轴与所述会聚器件的中心轴线间的夹角等于0，或是小于15度的锐角；通过转轮的旋转，分时间地将第一滤光片和第二滤光片置于成像光路上会聚器件的上游或下游；

成像器件，如1维线阵或2维面阵器件，经过所述第一滤光片和会聚器件的含有待测气体吸收信息的测量光以及经过所述第二滤光片和会聚器件的不含待测气体信息的参考光分别成像在所述成像器件上；

制冷设备，如TEC、液氮等，制冷设备用于所述成像器件的制冷，提高成像器件的工作性能；

分析设备，所述分析设备根据成像器件输出的光强分布获知待测气体的含量，具体分析方式是本领域的现有技术，在此不再赘述。

上述的气体遥测装置的工作方式为：

(A1)光源发出的检测光与待测区域内的气体发生相互作用，被选择性吸收；

(A2)随着转轮旋转的第一滤光片转到成像光路上时，停留，经过所述第一滤光片和会聚器件的含有待测气体吸收信息的测量光成像在所述成像器件上；

随着转轮旋转的第二滤光片转到成像光路上时，停留，经过所述第二滤光片和会聚器件的不含有待测气体吸收信息的参考光成像在所述成像器件上；

(A3)分析设备通过比较所述成像器件传送来的分别对应测量光、参考光的电信号，从而获得对应于待测区域内待测气体含量的分布图；

在外界自然光强足够时，无需打开光源，利用自然光即可完成遥测。

实施例2：

本实用新型实施例的基于吸收和成像技术的气体遥测装置，与实施例1不同的是：

1.第一滤光片和第二滤光片围成筒形结构，成像器件处于所述筒形结构内；

2.转轮的转动轴与所述会聚器件的中心轴线间的夹角是直角，或是大于75度的锐角。

实施例3：

本实用新型实施例的基于吸收和成像技术的气体遥测装置，与实施例1不同的是：

1.所述第一滤光片和第二滤光片分区域地固定在所述成像器件上，从而无需旋转第一滤光片和第二滤光片，减少了运动部件，提高了可靠性，降低了成本；

2.气体遥测装置还包括：

旋转平台，所述成像器件、会聚器件、光源、第一滤光片和第二滤光片固定在所述旋转平台上，使得整个气体遥测装置360度旋转，实现360度全景检测。

上述实施例中，鉴于滤光片都具有带宽，“滤除”不是指完全滤掉特定波长的光。如，滤除非待测气体吸收波长的光并不是指通过滤光片的光仅有待测气体吸收波长的光，而是还包括其它波长的光。

Claims (10)

1.一种基于吸收和成像技术的气体遥测装置，所述气体遥测装置包括会聚器件、光源；其特征在于：所述基于吸收和成像技术的气体遥测装置进一步包括：

第一滤光片，所述第一滤光片滤除自然光和所述光源发出的检测光中非待测气体的吸收波长的光；

第二滤光片，所述第二滤光片滤除所述检测光和自然光中对应于待测气体及其干扰气体的吸收波长的光；

成像器件，经过所述第一滤光片和会聚器件的含有待测气体吸收信息的光以及经过所述第二滤光片和会聚器件的光分别成像在所述成像器件上；

分析设备，所述分析设备根据成像器件输出的光强分布获知待测气体的含量。

2.根据权利要求1所述的气体遥测装置，其特征在于：所述气体遥测装置进一步包括：

旋转平台，所述成像器件、会聚器件、光源、第一滤光片和第二滤光片固定在所述旋转平台上。

3.根据权利要求1所述的气体遥测装置，其特征在于：所述第一滤光片和第二滤光片分区域地固定在所述成像器件上。

4.根据权利要求1所述的气体遥测装置，其特征在于：所述气体遥测装置进一步包括：

移动设备，所述移动设备用于分时间地将第一滤光片和第二滤光片置于成像光路上会聚器件的上游或下游。

5.根据权利要求4所述的气体遥测装置，其特征在于：所述移动设备包括：

马达，所述马达驱动转轮；

转轮，所述第一滤光片和第二滤光片设置在所述转轮上。

6.根据权利要求5所述的气体遥测装置，其特征在于：所述转轮的转动轴与所述会聚器件的中心轴线间的夹角等于0，或是小于15度的锐角。

7.根据权利要求5所述的气体遥测装置，其特征在于：所述转轮的转动轴与所述会聚器件的中心轴线间的夹角是直角，或是大于75度的锐角。

8.根据权利要求7所述的气体遥测装置，其特征在于：所述成像器件处于所述第一滤光片和第二滤光片围成的筒形结构内。

9.根据权利要求1所述的气体遥测装置，其特征在于：所述气体遥测装置进一步包括：

制冷设备，制冷设备用于所述成像器件的制冷。

10.根据权利要求1所述的气体遥测装置，其特征在于：所述待测气体为2种或以上，第一滤光片的数量与待测气体种类数对应。