一种火灾环境透烟雾探测方法、系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术涉及一种火灾环境透烟雾探测方法，包括：产生连续红外光束，并将所述连续红外光束通过参考臂路径进行成像，得到背景参考光分布图像；将所述连续红外光束调制为周期性脉冲红外光束；将所述周期性脉冲红外光束分束为参考脉冲光束和物探脉冲光束，所述参考脉冲光束用以经过参考臂路径进行回收，所述物探脉冲光束用以射向被探测物以产生散射并经过物探臂路径进行回收；调节参考臂路径与物探臂路径的相对长度关系，使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在相干域产生全息干涉；将产生全息干涉的物探脉冲光束和所述参考脉冲光束进行成像；将所成图像与所述背景参考光分布图像相区分，以重构所述被探测物的形貌特征。

A method, system and application of smoke detection in fire environment

【技术实现步骤摘要】
一种火灾环境透烟雾探测方法、系统及其使用方法
本专利技术涉及光电探测
，尤其是涉及一种火灾环境透烟雾探测方法、系统及其使用方法。
技术介绍
火灾现场视觉探测直接影响着火灾救援、消防作业的效率。由于火灾现场往往存在着大量浓烟浓雾，目前业内常用的方法是利用在烟雾中透射率较高的红外成像提高视觉辨识能力。专利技术人在研究中发现，现有技术的缺陷在于：目前常用的探测方式基本都属于被动式红外成像，其原理是利用人体等热源自身发出的红外光进行成像，虽然红外光对火灾现场常见的一氧化碳、二氧化碳、水汽、烟雾颗粒有较好地穿透性，然而火灾现场存在的大量高温气体或者火光，本身也可以发出红外光谱，这对探测物发出的红外光谱形成了干扰，因此需要提出适用于火灾环境下的新的红外探测技术。
技术实现思路
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种火灾环境透烟雾探测方法、系统及其使用方法，属于主动式红外成像探测技术，其可应用于火灾现场，较好地消除现场环境红外光谱的干扰，提高了火灾现场中的探测效率。一种火灾环境透烟雾探测方法，包括：产生连续红外光束，并将所述连续红外光束通过参考臂路径进行成像，得到背景参考光分布图像；将所述连续红外光束调制为周期性脉冲红外光束；将所述周期性脉冲红外光束分束为参考脉冲光束和物探脉冲光束，所述参考脉冲光束用以经过参考臂路径进行回收，所述物探脉冲光束用以射向被探测物以产生散射并经过物探臂路径进行回收；调节参考臂路径与物探臂路径的相对长度关系，使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在相干域产生全息干涉；将产生全息干涉的物探脉冲光束和所述参考脉冲光束进行成像；将所成图像与所述背景参考光分布图像相区分，以重构所述被探测物的形貌特征。所述调节参考臂路径与物探臂路径的相对长度关系，使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在相干域产生全息干涉的步骤，包括：调节参考臂与物探臂的路径长度相等，完成物探脉冲光束与参考脉冲光束在相干域的选通，从而使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束产生全息干涉。所述方法包括：对回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在汇聚处同时进行分束，一束用以探测物探脉冲光束是否与参考脉冲光束产生全息干涉，一束用以对物探脉冲光束和参考脉冲光束进行成像。所述方法具体包括：当全息干涉时，探测到物探脉冲光束与参考脉冲光束输出的叠加脉冲序列幅值；在所述叠加脉冲序列对应的高电平时间段，对所述物探脉冲光束和参考脉冲光束进行成像，而在低电平时间段停止成像。所述重构所述被探测物的形貌特征的步骤，包括：以下列算法重构被探测物的实际形貌：其中，norm为取模运算，i为虚数单位，λ为红外波长，d为参考臂长度的二分之一，△x为成像像素在x轴的大小，△y为成像像素在y轴的大小，m为重构图像横轴第m个像素的编号，n为重构图像纵轴第n个像素的编号，M为全息图像横轴像素总数，N为全息图像纵轴像素总数，Ih(k,l)为每一帧全息图像在横轴编号为k，纵轴编号为l处的像素值，Ir(m,n)为重构图像在横轴编号为m，纵轴编号为n处的像素值。一种火灾环境透烟雾探测系统，包括：红外光产生装置、调制装置、第一分束器、参考臂光路器件、物探臂光路器件、探测装置、成像装置以及数据采集控制装置；所述数据采集控制装置分别与所述红外光产生装置、所述调制装置、所述探测装置、所述成像装置电连接；所述红外光产生装置，用于产生连续红外光束，经所述第一分束器、所述参考臂光路器件，由所述成像装置进行成像，得到背景参考光分布图像；所述调制装置，用于在所述数据采集控制装置的控制下将连续红外光束调制为周期性脉冲红外光束；所述第一分束器，用于将周期性脉冲红外光束分束为参考脉冲光束和物探脉冲光束，所述参考脉冲光束用以经过参考臂光路器件进行回收，所述物探脉冲光束用以射向被探测物产生散射并经过物探臂光路器件进行回收；所述参考臂光路器件形成的参考臂路径为可调节，或者所述物探臂光路器件形成的物探臂路径为可调节，用于调节参考臂路径与物探臂路径的相对长度关系，使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在相干域产生全息干涉；所述探测装置，用于检测所述物探脉冲光束是否与所述参考脉冲光束产生全息干涉；所述成像装置，用于对产生全息干涉的物探脉冲光束和参考脉冲光束进行成像；所述数据采集控制装置，还用于将所成图像与所述背景参考光分布图像相区分，以重构所述被探测物的形貌特征。所述系统还包括第二分束器，设置于回收的物探脉冲光束与参考脉冲束的汇聚处，用于对对回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在汇聚处同时进行分束，一束供探测装置检测物探脉冲光束是否与参考脉冲光束产生全息干涉，一束供成像装置对物探脉冲光束和参考脉冲光束进行成像。所述探测装置，用于在未发生全息干涉时，分别探测到参考脉冲光束和物探脉冲光束不同幅值的脉冲，且具有时间差；调节参考臂路径与物探臂路径的相对长度关系完成后，发生全息干涉，探测到参考脉冲光束与物探脉冲光束的叠加脉冲；所述数据采集控制装置，用于在所述叠加脉冲的高电平处，控制打开所述成像装置的快门以进行成像，而在所述叠加脉冲的低电平处关闭快门。一种火灾环境透烟雾探测系统，包括：红外光源1，反射镜2，声光调制器3，反射镜4，分束器5，反射镜6，反射镜7，可移动反射镜组8，透镜9，透镜10，反射镜11，分束器12，电光晶体快门13，光电探测器14，成像单元15，数据采集与控制单元16，透镜17。一种火灾环境透烟雾探测系统的使用方法，应用于前述的系统，包括步骤：步骤1，打开红外光源1、声光调制器3、电光快门13、光电探测器14、成像单元15和数据采集与控制单元16；步骤2，通过数据采集与控制单元16向声光调制器3输出直流电平，使声光调制器3处于常开状态；步骤3，通过数据采集与控制单元16向电光快门13输出直流电平，使电光快门13处于常开状态；步骤4，确认通过参考臂传播的参考光波正确的入射到光电探测器14与成像单元15的感光区域，此时数据采集与控制单元16能接收到光电探测器14输出的直流信号和成像单元15输出背景参考光分布图像；步骤5，调节数据采集与控制单元16向声光调制器3发出周期性脉冲调制信号，接收到周期性调制信号的声光调制器3将连续红外光波调制为周期性脉冲红外光波；物探脉冲光波经过物探臂后抵达光电探测器14，参考脉冲光波经过参考臂后抵达光电探测器14，由于物探臂与参考臂的长度不同，物探脉冲光波抵达光电探测器14的时间与参考脉冲光波抵达光电探测器14的时间具有时间差；步骤6，数据采集与控制单元16根据脉冲间隔计算出物探臂与参考臂的长度差，调节可移动反射镜组8的位置，减小物探脉冲光与参考脉冲光的间隔；步骤7，当调节完成后，物探脉冲光与参考脉冲光重合；参考臂与物探臂的长度相等，即完成了物探光与参考光在相干域的选通，此时物探光与参考光具有相干性发生全息干涉；步骤8，此时数据采集与控制单元16采集到光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火灾环境透烟雾探测方法，其特征在于，包括：/n产生连续红外光束，并将所述连续红外光束通过参考臂路径进行成像，得到背景参考光分布图像；/n将所述连续红外光束调制为周期性脉冲红外光束；/n将所述周期性脉冲红外光束分束为参考脉冲光束和物探脉冲光束，所述参考脉冲光束用以经过参考臂路径进行回收，所述物探脉冲光束用以射向被探测物以产生散射并经过物探臂路径进行回收；/n调节参考臂路径与物探臂路径的相对长度关系，使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在相干域产生全息干涉；/n将产生全息干涉的物探脉冲光束和所述参考脉冲光束进行成像；/n将所成图像与所述背景参考光分布图像相区分，以重构所述被探测物的形貌特征。/n

【技术特征摘要】
1.一种火灾环境透烟雾探测方法，其特征在于，包括：
产生连续红外光束，并将所述连续红外光束通过参考臂路径进行成像，得到背景参考光分布图像；
将所述连续红外光束调制为周期性脉冲红外光束；
将所述周期性脉冲红外光束分束为参考脉冲光束和物探脉冲光束，所述参考脉冲光束用以经过参考臂路径进行回收，所述物探脉冲光束用以射向被探测物以产生散射并经过物探臂路径进行回收；
调节参考臂路径与物探臂路径的相对长度关系，使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在相干域产生全息干涉；
将产生全息干涉的物探脉冲光束和所述参考脉冲光束进行成像；
将所成图像与所述背景参考光分布图像相区分，以重构所述被探测物的形貌特征。


2.根据权利要求1所述的火灾环境透烟雾探测方法，其特征在于，所述调节参考臂路径与物探臂路径的相对长度关系，使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在相干域产生全息干涉的步骤，包括：
调节参考臂与物探臂的路径长度相等，完成物探脉冲光束与参考脉冲光束在相干域的选通，从而使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束产生全息干涉。


3.根据权利要求1或2所述的火灾环境透烟雾探测方法，其特征在于，所述方法包括：对回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在汇聚处同时进行分束，一束用以判断物探脉冲光束是否与参考脉冲光束产生全息干涉，一束用以对物探脉冲光束和参考脉冲光束进行成像。


4.根据权利要求3所述的火灾环境透烟雾探测方法，其特征在于，所述方法具体包括：当全息干涉时，探测到物探脉冲光束与参考脉冲光束输出的叠加脉冲序列幅值；
在所述叠加脉冲序列对应的高电平时间段，对所述物探脉冲光束和参考脉冲光束进行成像，而在低电平时间段停止成像。


5.一种火灾环境透烟雾探测系统，其特征在于，包括：红外光产生装置、调制装置、第一分束器、参考臂光路器件、物探臂光路器件、探测装置、成像装置以及数据采集控制装置；所述数据采集控制装置分别与所述红外光产生装置、所述调制装置、所述探测装置、所述成像装置电连接；
所述红外光产生装置，用于产生连续红外光束，经所述第一分束器、所述参考臂光路器件，由所述成像装置进行成像，得到背景参考光分布图像；
所述调制装置，用于在所述数据采集控制装置的控制下将连续红外光束调制为周期性脉冲红外光束；
所述第一分束器，用于将周期性脉冲红外光束分束为参考脉冲光束和物探脉冲光束，所述参考脉冲光束用以经过参考臂光路器件进行回收，所述物探脉冲光束用以射向被探测物产生散射并经过物探臂光路器件进行回收；
所述参考臂光路器件形成的参考臂路径为可调节，或者所述物探臂光路器件形成的物探臂路径为可调节，用于调节参考臂路径与物探臂路径的相对长度关系，使回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在相干域产生全息干涉；
所述探测装置，用于检测所述物探脉冲光束是否与所述参考脉冲光束产生全息干涉；
所述成像装置，用于对产生全息干涉的物探脉冲光束和参考脉冲光束进行成像；
所述数据采集控制装置，还用于将所成图像与所述背景参考光分布图像相区分，以重构所述被探测物的形貌特征。


6.根据权利要求5所述的火灾环境透烟雾探测系统，其特征在于，所述系统还包括第二分束器，设置于回收的物探脉冲光束与参考脉冲束的汇聚处，用于对对回收的物探脉冲光束与参考脉冲束在汇聚处同时进行分束，一束供探测装置检测物探脉冲光束是否与参考脉冲光束产生全息干涉，一束供成像装置对物探脉冲光束和参考脉冲光束进行成像。


7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱森，袁海，
申请(专利权)人：广州中国科学院先进技术研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44