[發明專利]基于寬波段非制冷焦平面探測器的氣體泄露成像檢測系統

有效

• 申請號: 201210273638.3
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102798503A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 金偉其;李家琨;王霞;徐超;金明磊
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M3/04
• 分類號: G01M3/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;楊志兵

技術領域

本發明屬于氣體檢測技術領域，具體涉及一種基于寬波段非制冷焦平面探測器的氣體泄露成像檢測系統。

背景技術

有害氣體(例如液化天然氣、石油氣、乙烯、其它對生物體及環境有害的工業氣體及其液化體)的泄漏不僅污染環境，而且直接關系到社會的安定和人民生命財產的安全。因此，世界各國都非常重視快速有效的有害氣體泄漏遙測或檢測技術的研究和儀器研發。

傳統的氣體傳感器屬于點測量，只能對氣體的儲藏罐體、傳送管道等進行定點的檢測，要完成整個檢測耗時耗力，難以實現在線快速檢測。光譜檢測是一種快速有效的氣體泄漏非接觸檢測技術，但傳統檢測方法也屬于定點測量，難以適應大范圍的動態成像檢測。紅外光譜成像技術是實現氣體非接觸成像檢測的有效途徑，其不僅可探測多種化學氣體的光譜，還能對場景成像，但其價格非常昂貴(如加拿大TELOPS公司的便攜式紅外成像光譜輻射儀，最低配置也高達70萬美元)，成像速度較慢。隨著各種成像傳感器技術的發展，近年來正在發展基于從紫外、可見光、近紅外、短波紅外、中波熱紅外到長波熱紅外的多波段融合成像檢測方法，展現出廣泛的應用前景，但降低其系統成本，是其應用推廣需要解決的主要問題。

實際上，由于氣體泄漏部位相對背景輻射在溫度、輻射特性以及氣體流動等方面的差異，國外利用中波或長波制冷型焦平面探測器熱成像系統已實現對一些特定氣體泄露的非接觸式快速檢測，成為實用的氣體泄漏遙測手段，但其價格昂貴也限制了其應用推廣。近年來，非制冷紅外焦平面探測器技術得到迅速的發展和推廣應用，其可對工作波段內溫度或輻射特性不同的目標場景中實現快速的成像探測，而且其靈敏度也得到迅速提高，價格不斷下降。因此，利用非制冷焦平面探測器實現有害氣體泄露遙測具有技術上的可行性和市場需求的迫切性。

近幾年，國內已有人提出將非制冷焦平面探測器應用于有害氣體的泄漏檢測，但其應用方式卻局限于非制冷焦平面探測器的傳統工作波段（8~14微米），也有人采用在通用紅外成像系統中增加單一窄帶濾光片的方式或采取增加或更改探測器之前的保護窗（紅外窗）的鍍膜的方式（專利公開號：CN102393375A），將非制冷焦平面探測器限制于某個固定窄帶工作波段，這些都大大限制了該類探測器在有害氣體泄漏檢測領域的應用。雖然相對于制冷型有害氣體泄露成像檢測系統，上述應用方式在單一種類有害氣體的成像探測方面降低了產品成本，但是在大多數情況下，實際應用需要探測多種類的有害氣體，此時，如果采購多套上述應用方式的檢測系統必將成倍提高應用成本。因此，有必要充分發揮非制冷焦平面探測器的性能和特點，利用一個有害氣體泄漏成像檢測系統實現寬波段多種類有害氣體的檢測。

發明內容

針對上述傳統氣體檢測系統的缺陷，本發明的目的是提供一種基于寬波段非制冷焦平面探測器的氣體泄漏成像檢測系統，該檢測系統可實現對不同種類氣體泄漏的高靈敏度檢測，其實現成本低。

實現本發明的技術方案如下：

一種基于寬波段非制冷焦平面探測器的氣體泄露成像檢測系統，其包括寬波段紅外光學鏡頭、窄波段濾光片切換裝置、寬波段非制冷焦平面探測器、圖像處理模塊、控制模塊和顯示器；上述各器件的位置關系為：沿入射光的光路方向依次為寬波段紅外光學鏡頭、窄波段濾光片切換裝置、寬波段非制冷焦平面探測器；同時圖像處理模塊與寬波段非制冷焦平面探測器相連，顯示器與圖像處理模塊相連，控制模塊與窄波段濾光片切換裝置相連；

所述寬波段紅外光學鏡頭對波長為3~14微米的紅外光具有透過性；

所述窄波段濾光片切換裝置上設有多個窄帶濾光片，每一窄帶濾光片的中心波長互不相同，且處于3~14微米之間；

所述控制模塊根據外部的輸入控制窄波段濾光片切換裝置動作，使其上的選定的一窄帶濾光片位于入射光的光路上；

所述寬波段非制冷焦平面探測器上的鍺窗口的鍍膜特性使其對3～14微米的光具有透過性，其用于對來自物方的、透過寬波段紅外光學鏡頭和位于光路上的窄帶濾光片的紅外光進行成像，并將所成圖像傳輸給圖像處理模塊；

所述圖像處理模塊對接收的圖像進行非均勻性校正和細節增強處理，并將處理后的圖像傳輸給顯示器進行顯示。

有益效果

本發明利用設有多個不同中心波長的窄帶濾光片，對入射至寬波段非制冷焦平面探測器上紅外光的中心波長進行選取，其充分利用了非制冷焦平面無光譜選擇的特性，使得本發明可對不同種類中心波長的紅外光進行探測，實現寬波段的檢測效果。

附圖說明