无人飞机红外遥感监测环境气体信息装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术是提供一种无人飞机机载红外遥感分子光谱测定技术，可实时跟踪检测10km范围内大气中有害气体或异常气体的化学成分、浓度和空间分布图像，对大气的环境保护、反恐和人居安全提出重要预防和治理信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无人飞机机载红外遥感仪及在监测环境大气中气体分子信息的应用
技术介绍
1.红外光谱光谱法是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法，故又称为分子光谱。任何高于绝对零度的物体都会发出红外辐射。待测气体云团发射的红外光，被红外光谱仪接收，并转换成红外谱图。该方法又称被动式遥感红外技术。遥感红外光谱仪系统包含一个红外光谱仪、可见光相机、红外夜视仪和自动控制系统等。系统测试可定向测试，也可360°旋转及正负60°仰角自动测试、扫描关心区域的大气信息。系统自动气体检测识别系统可以在几秒钟内判定有毒气体、危险气体的名称、浓度和飘散方向等信息。系统可广泛用环境保护、确定工业气体泄露源、突发事件危险评估、监测烟囱排放、大型会议安全保障、火灾监测(化学品事故，自燃火灾等)、遥测飞行器的尾气和野外实时监测化学武器等。仪器的核心技术是基于傅立叶红外光谱原理的扫描式红外气体成像系统：1.1遥感测试系统：遥感红外技术有很多优点：灵敏度高，适合检测低浓度的气体，检出极限可达ppm甚至ppb量级；准确度高、可靠性好、可以同时检测多种气体；可以远距离监测气体，最远距离可达10公里；遥测气体，无须任何样品制备，杜绝了传感器污染的可能；仪器的操作维护简单，没有任何溶剂和消耗。1.2全自动鉴定系统：系统全自动扫描，全自动数据采集与处理。如果发现危险或异常气体时，自动给出成分并报警。1.3独特化学成像：系统自动扫描测试区域，自动生成危险、有毒气体的化学图像，由此准确地找到泄露点和气体云团的飘散方向。1.4广谱检测：一次扫描400～25000波数范围，可以检测几乎所有的无机和有机气体，如氨气、苯和其它无机和有机气体。超大数据库包括400多种有毒、危险气体和化学武器等，快速测定给出准确的信息报告。1.5灵敏度高：特别设计的光学系统将所有通过专用红外望远镜采集的红外光聚焦到液氮冷却的检测器上，保证实现检测极限可以达到ppm级。1.6全自动鉴定系统专用智能软件：：系统全自动扫描，全自动数据采集与处理。针对应急、反恐的特殊要求，开发了高度智能化专用软件，一键即可完成自动扫描和数据定性定量分析；当检测到有毒或危险气体时，可通过声音和动画模式同时自动报警。以往遥感红外光谱仪系统体积和重量比各种可见光和红外线摄像仪大的多，一般需安装在固定支架上或可移动的车辆上，对小范围的固定目标做跟踪测定，其测定工作受地面建筑物和道路影响测定的质量，很难对大范围大气中各种突发事件做出快速、准确测定和提出应对措施。本专利技术专利技术将专用遥感红外光谱仪系统，搭载在专用无人机上，能在几秒钟内对数十平方公里的范围内环境大气中突发事件做出快速测定，并判定危险气体的名称、浓度和飘散方向等信息，由此采取准确的应急措施。本专利技术采用的红外遥感仪主要技术指标：光谱范围400～25000cm-1；光谱分辨率4.0cm-1；扫描速度20张光谱/s；空间方位旋转最大速度120°/s；视场方位360°；工作现场温度-20℃至50℃；工作电压DC20～35V；功耗最高130W；机重20～30kg；外形尺寸30×40×50cm；在线谱图库有400余种气体供监测比对。2.无人机遥感航空技术市场各种用途和性能指标的无人机的类型已达数百种之多。续航时间从一小时延长到几十个小时，任务载荷从几公斤到几百公斤，这为长时间、大范围的遥感监测提供了保障，也为搭载多种传感器和执行多种任务创造了有利条件。根据不同类型的遥感任务设计的遥感传感器，如高分辨率GGD数码相机、轻型光学相机、多光谱成像仪、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪、合成孔径雷达等。这些遥感器具备数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大、性能优异等特点，以及通过数据后处理软件实现影像快速检测和图像处理。但是机载红外遥感气体成分信息的测定技术尚未见报道。以低速无人飞机为空中遥感平台，用彩色、黑白、红外摄像技术拍摄空中影像和大气成分数据，集成了无人机与红外遥感、遥控、遥测技术的新型应用。本专利技术专利技术配置搭载红外遥感气体成分分析仪的专用无人机，能对数十平方公里范围内，在几秒钟内判定出现各种危险气体的名称、浓度和飘散方向等突发事件的信息，并由此采取准确的应急措施。红外遥感仪搭载的无人机的基本性能应用实例红外遥测遥感气体分析技术可以用于侦测和鉴定大气中的气相污染物，如氨气、SO2、苯和其它无机和有机气体，都会显示出特征的红外谱图，通过和数据库比对，可以快速定性分析未知气体。图1是用远距离测试某工厂有强力刺激味气体的排放；图2经红外光谱确定排放为氨气。图3为某工业园区红外气体监测发现3公里外泄漏有毒气体的空间分布和烟雾飘向图；图4为红外气体监测发现泄漏SO2的分布图。红外遥测遥感气体分析仪的光谱范围400～25000cm-1；光谱分辨率4.0cm-1；扫描速度20张光谱/s；空间方位旋转最大速度120°/s；视场方位360°；工作现场温度-20℃至50℃；工作电压DC20～35V；功耗最高130W；机重20～30kg；外形尺寸30×40×50cm；在线谱图库有400余种气体供监测比对。红外遥感仪搭载的无人机的基本性能负载重量35～40kg，飞行高度1000m，续航时间4h，飞行控制、数据获取与传输距离5km，拍摄面积6km2(GSD5cm)～13km2(GSD12cm)。图1：某工厂排放氨气监测图2：红外遥感测试结果毒物气体为NH3(黑线)，参考谱图(红线)图3为某工业园区红外气体监测发现3公里外泄漏氨气的空间分布和烟雾飘向图；图4为夜间红外气体监测发现泄漏氨的分布图。图3：某厂泄漏时可见光照片和化学成像图4红外遥感测试结果有毒物气体为SO2(蓝线)，参考谱图(红线)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机搭载的红外遥感仪测试大气中气体成分的方法，其特征在于可全天候监测大气中异常气体成分及浓度的空间分布图像信息，快速给出环境保护和安全等重要信息和应急对策。

【技术特征摘要】
1.一种无人机搭载的红外遥感仪测试大气中气体成分的方法，其特征在于可全天候监测大气中异常气体成分及浓度的空间分布图像信息，快速给出环境保护和安全等重要信息和应急对策。2.根据权利1要求的红外遥感气体测定仪，其特征在于，红外波长400～25000cm-1，分辨率4cm-1，可实时跟踪遥测5～10km距离内，光谱范围400～25000cm-1；光谱分辨率4.0cm-1；扫描速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霆，刘广科，王敬尊，
申请(专利权)人：王霆，刘广科，
类型：发明
国别省市：北京;11