[發明專利]一種被動式氣體成像系統

無效

• 申請號: 201110247808.6
• 申請日: 2011-08-24
• 公開（公告）號: CN102393375A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 方輝;雷述宇
• 申請（專利權）人: 北京廣微積電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙) 11370
• 代理人: 朱海波

技術領域

本發明屬于紅外熱成像技術領域，尤其涉及一種基于非制冷紅外焦平面技術的被動式氣體成像系統。

背景技術

在電力行業、日化行業、石化行業中，都會使用到各種各樣的氣體，所以經常需要測量氣體泄漏或者氣體濃度。對于有色有味的氣體，可以通過視覺或嗅覺來定性判斷泄漏的位置和嚴重程度，但對于無色無味的氣體，就必須使用儀器測量。在已知泄漏點的情況下，用相應的氣體傳感器可以方便地測出氣體的濃度。但由于氣體本身是無色無味的，如果事先用戶并不清楚泄漏點在何處，則無法僅用氣體傳感器來確定泄漏位置。

基于紅外焦平面技術的被動式氣體成像技術是一種間接測量氣體泄漏點的方法。

一切物體都能向四周輻射電磁波，輻射的能量主要集中在中心波長附近，物體的溫度越高，中心波長越小，與物體的絕對溫度成反比。中心波長位于8-14μm范圍的輻射被稱為熱輻射。紅外熱像儀可以將吸收的紅外輻射轉化成熱，引起熱像儀中紅外焦平面陣列的像元升溫，然后再將溫升引起的電信號變化輸出到顯示設備中。如果將紅外熱像儀對著管道、設備等目標，就可以在顯示屏上看出物體的溫度分布。由于是目標物體自身發射紅外光線，不需要熱像儀主動提供光源，因此稱為被動式成像。

每一種氣體都有其特征的紅外吸收波長，比如說六氟化硫(SF₆)能強烈吸收10.56μm的輻射，而二氯化碳(CCl₂)能強烈吸收11.8μm的輻射。當管道、設備等有氣體泄漏時，氣體在漏點附近的濃度會比較大，離漏點越遠，則濃度越小。

當熱像儀的鏡頭剛好對著漏點附近的區域時，從目標(管道、設備等)發出來的紅外線會穿過泄漏的氣體，因此會被部分吸收，到達紅外熱像儀焦平面陣列的熱輻射能量將比沒有氣體泄漏時要少，因此引起的像元溫升比沒有氣體泄漏時要低。氣體吸收的程度不一樣，像元溫升的變化也不一樣。因此可以通過溫度的分布判斷目標(管道、設備等)何處有泄漏。

美國發明專利7649174中公布了利用紅外熱像儀檢測電力設備中SF₆氣體泄漏的方法，但是所用的設備是制冷型紅外焦平面陣列，需要專門的致冷設備和致冷劑，比如說杜瓦瓶和液氮，因此不便于長時間使用。比如說大型變電站，面積大，設備多，又要求對氣體泄漏進行日常檢測，因此需要一種更方便的設備來滿足這方面的需求。

中國實用新型專利200820167479.8中公布了一種激光成像SF₆氣體泄漏定位系統，將激光器與紅外熱像儀集成到一個系統里面，一定程度上減小了設備的體積，但仍然需要激光光源，并且使用了多個紅外鏡頭，成本并不低。

發明內容

針對上述缺點，本發明的目的在于提供一種便攜的被動式氣體紅外成像系統，不僅可以實現帶電非接觸、對氣體直觀成像，而且具有靈敏度高、體積小、性價比高的特點，能夠對檢測氣體進行彩色醒目處理。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種被動式氣體成像系統，包括：

紅外成像單元，在所述紅外成像單元前端設有紅外光學鏡頭，所述紅外光窗上有紅外窄帶濾光片，紅外光窗和封裝管殼構成一個封閉的殼體，非制冷式紅外焦平面陣列芯片置于該封閉殼體內部，位于紅外光學鏡頭的焦平面上，紅外成像數字信號處理電路板置于封閉殼體外部，接收非制冷式紅外焦平面陣列芯片通過封裝管殼傳過來的信號，并將處理過后的信號輸出到中央處理單元；

可見光成像單元，在其前端設有可見光光學鏡頭，通過可見光光學鏡頭接收可見光，并將處理過的信號輸出到中央處理單元；

中央處理單元，對紅外成像單元和可見光成像單元輸出的信號進行處理，并將處理好的紅外圖像和可見光圖像疊加；

顯示器，連接中央處理單元的輸出端，顯示其輸出結果。

根據本發明提供的被動式氣體成像系統，所述非致冷紅外焦平面陣列芯片在室溫下就可以正常工作，不需要使用外加設備將其冷卻到液氮溫度，所以被稱為非致冷型。

本發明的特點有：

1、無需使用激光器，大大減小了設備的體積，真正實現了便攜。同時，也不存在因為激光強度過強而損害紅外成像芯片；

2、紅外成像芯片使用的是非制冷式紅外焦平面陣列，無需專門配備制冷設備和液氮；

3、窄帶濾波片在紅外光窗上實現，而不是在紅外鏡頭上實現。由于紅外光窗的表面積比起鏡頭來說小得多，鍍膜工藝也簡單得多，所以成本大大降低。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：