基于红外热像仪的气体遥测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气体遥测装置，用于检测待测气体(5)中的目标气体，包括脉冲激光器(1)、白聚焦透镜(2)、红外热像仪(6)和判定装置(7)，其中，所述脉冲激光器(1)用于产生激光，该激光的波长锁定在待测气体(5)的一个吸收峰上；所述白聚焦透镜(2)用于对脉冲激光器(1)所输出的激光进行准直，准直后的激光照射到所述待测气体(5)；所述红外热像仪(6)用于采集所述待测气体(5)的热像图；所述判定装置(7)用于根据所述红外热像仪(6)采集的热像图判断所述待测气体(5)中是否含有目标气体。本发明专利技术结构简单，可实现非接触、实时、远距离的检测，并且可以确定目标气体位置。

【技术实现步骤摘要】
基于红外热像仪的气体遥测装置
本专利技术属于气体传感装置
，特别涉及一种基于红外热像仪的气体遥测装 置。
技术介绍
气体遥测技术广泛应用于远距离或不易到达地点的气体探测，尤其是有毒易燃气 体的探测。通过远距离定位气体泄漏的存在及泄漏地点，可以快速扫过大面积待测区域，无 须中断生产，工作效率高。在一定安全距离内检测，避免直接接触有毒易燃气体。 可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS)技术是利用半导体激光的可调谐特性进行 光谱检测的一种吸收光谱技术，广泛应用于气体检测领域。现有技术之一[陈东等，基于可 调谐半导体激光吸收光谱的瓦斯检测方法研究，光学技术，第32卷，第4期，2006年7月] 提出一种基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS)技术的气体检测方案，采用红外可调谐 分布反馈（DFB)半导体激光器作为光源，应用了波长调制和二次谐波检测技术，通过光纤 进行信号传输。但该方案由于采用光电探测器检测自聚焦透镜收集的透射光，光电探测器 与信号处理单元连接，系统为闭式结构，不能用于远距离探测，并且不能扫过大面积待测区 域。 光声光谱技术是基于光热效应和热声效应的气体检测技术，其包含光、热、声、电 的能量转换过程。现有技术之二[陈伟根等，基于分布反馈半导体激光器的C0气体光声光 谱检测特性，中国电机工程学报，第32卷，第13期，2012年5月]提出一种基于光声光谱检 测原理的气体检测方案，分析了光声信号与激光功率、气体浓度的关系。待测气体在光声池 腔内产生光声效应，不能用于开放空间的气体遥测。 红外热像仪接收待测物体的红外辐射能量并将其分布图形反映到红外探测器的 光敏元件上，从而获得与物体的热分布场对应的红外热像图，热像图上不同颜色代表被测 物体不同的温度。红外热像仪的探测距离高达2000米，适用于有毒易燃气体检测。目前， 红外热像仪被用于多种气体的检测，如苯、乙醇、甲烷等，但均利用被测物质泄漏前后的温 度差，该温度差一般较小，温度变化在红外热像仪分辨率以下时不能检测出来，并且不能确 定气体泄漏的具体位置。
技术实现思路
(一）要解决的技术问题 有鉴于此，本专利技术的主要目的解决现有的气体遥测装置探测距离短、应用范围受 限制或无法确定具体位置等缺点。 (二）技术方案 为解决上述技术问题，本专利技术提出一种气体遥测装置，用于检测待测气体中的目 标气体，包括脉冲激光器、自聚焦透镜、红外热像仪和判定装置，其中，所述脉冲激光器用于 产生激光，该激光的波长锁定在待测气体的一个吸收峰上；所述自聚焦透镜用于对脉冲激 光器所输出的激光进行准直，准直后的激光照射到所述待测气体；所述红外热像仪用于采 集所述待测气体的热像图；所述判定装置用于根据所述红外热像仪采集的热像图判断所述 待测气体中是否含有目标气体。 根据本专利技术的一种实施方式，所述的脉冲激光器为窄线宽激光器。 根据本专利技术的一种实施方式，所述脉冲激光器的线宽远小于待测气体的吸收峰宽 度，其产生的激光的波长锁定在待测气体的一个强吸收峰上。 根据本专利技术的一种实施方式，所述自聚焦透镜的长度为所述待测气体的所述吸收 峰波长相应的四分之一截距。 根据本专利技术的一种实施方式，所述红外热像仪的适用波长与所述待测气体的所述 吸收峰对应波长相符。 根据本专利技术的一种实施方式，所述判定装置在所述热像图显示所述待测气体温度 高于背景图像时，判定目标气体存在。 根据本专利技术的一种实施方式，所述判定装置在判定存在目标气体时进行报警。 根据本专利技术的一种实施方式，所述脉冲激光器由一个同步信号发生器提供触发信 号，该触发信号同时也输入到所述判定装置，所述判定装置通过计算该触发信号发出的时 间与测得温度升高的热像图的时间的时间差，计算出所述目标气体距离该气体遥测装置的 距离。 根据本专利技术的一种实施方式，所述脉冲激光器、自聚焦透镜和红外热像仪均固定 在一个基座上。 根据本专利技术的一种实施方式，所述目标气体为甲烷、二氧化碳、乙醇、乙炔、氨气中 的一种。 (三）有益效果 第一，本专利技术的气体遥测装置，应用红外热像仪检测光热效应产生的温度差从而 确定目标气体的有无，可实现非接触检测。 第二，本专利技术的气体遥测装置适用气体种类多，可通过选择相应波长的脉冲激光 器和红外热像仪实现多种气体的检测。 第三，本专利技术的气体遥测装置不需检测透射光，光路简单，不需反射物体，因此检 测距离远，可达2000米，可确定目标气体位置； 第四，本专利技术的气体遥测装置响应时间短，可快速扫过大面积待测区域进行检测， 同时可实现检测结果实时传输和报警； 第五，本专利技术的气体遥测装置检测温度的变化，不需使用光电探测器进行光电转 换，不需电信号处理单元，结构简单。 【附图说明】 为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合附图对本专利技术作进一步说明，其中： 图1是光热效应原理图； 图2是本专利技术的气体遥测装置的结构示意图； 图3是本专利技术的气体遥测装置中的自聚焦透镜的光束准直光路图； 图4是本专利技术的一个实施例的气体遥测装置的结构示意图。 【具体实施方式】 本专利技术的气体遥测装置工作原理详述如下。图1是光热效应原理图，如图1所示， 待测气体中含有目标气体成分时，根据比尔定律：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体遥测装置，用于检测待测气体(5)中的目标气体，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、自聚焦透镜(2)、红外热像仪(6)和判定装置(7)，其中，所述脉冲激光器(1)用于产生激光，该激光的波长锁定在待测气体(5)的一个吸收峰上；所述自聚焦透镜(2)用于对脉冲激光器(1)所输出的激光进行准直，准直后的激光照射到所述待测气体(5)；所述红外热像仪(6)用于采集所述待测气体(5)的热像图；所述判定装置(7)用于根据所述红外热像仪(6)采集的热像图判断所述待测气体(5)中是否含有目标气体。

【技术特征摘要】
1. 一种气体遥测装置，用于检测待测气体（5)中的目标气体，其特征在于，包括脉冲激 光器（1)、自聚焦透镜（2)、红外热像仪（6)和判定装置（7)，其中， 所述脉冲激光器（1)用于产生激光，该激光的波长锁定在待测气体（5)的一个吸收峰 上； 所述自聚焦透镜（2)用于对脉冲激光器（1)所输出的激光进行准直，准直后的激光照 射到所述待测气体（5); 所述红外热像仪（6)用于采集所述待测气体（5)的热像图； 所述判定装置（7)用于根据所述红外热像仪（6)采集的热像图判断所述待测气体（5) 中是否含有目标气体。2. 如权利要求1所述的气体遥测装置，其特征在于，所述的脉冲激光器⑴为窄线宽激 光器。3. 如权利要求2所述的气体遥测装置，其特征在于，所述脉冲激光器⑴的线宽远小于 待测气体（5)的吸收峰宽度，其产生的激光的波长锁定在待测气体（5)的一个强吸收峰上。4. 如权利要求1所述的气体遥测装置，其特征在于，所述自聚焦透镜（2)的长度为所述 待测气体（5)的所述吸收峰波长相应的四分之一截距。5. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢亮，龚萍，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11