[發明專利]環境氣體紅外監測系統及監測方法

在審

• 申請號: 201810229704.4
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108426849A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 袁小春;張培仲;嚴敏;王紅偉;楊智雄;張衛鋒;余春超;雷正剛;鄭為建;曾怡;羅敏
• 申請（專利權）人: 昆明物理研究所
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

本發明的目的在于提供一種非接觸式遠距離監測環境危險氣體的泄漏與排放的監測系統，該環境紅外氣體監測系統主要包括環境紅外氣體監測儀主機、云臺、上位計算機和電源；所述的環境紅外氣體監測儀主機包括紅外窗口、干涉儀、探測器、信號采集控制器、鑒別器、可見光窗口及主控單元。本發明還同時提供該監測系統的監測方法。本發明的監測系統的光譜響應范圍包括二氧化硫和甲烷、乙醚等多種工業廢氣，具有響應速度快，高信噪比和高光譜分辨率等優點，可廣泛應用在安全監控和煤礦監測、高壓輸變電檢測、化工廠泄漏和環境監測等技術領域。

技術領域

本發明涉及一種環境氣體監測系統及監測方法，具體涉及一種遙測用環境氣體紅外光譜監測系統及采用該系統對環境氣體進行監測的方法。

背景技術

美國八十年代研制出針對戰場化學毒氣偵測的環境應用產品M21。上世紀末，德國和加拿大也開發出了類似技術民用產品。近年來國外也開發了近距軍用的紅外氣體光譜特征識別偵察儀。

1999年，兵器211所牽頭，聯合防化研究院、安光所、北京瑞利分析儀器公司等單位，啟動遠距離氣體探測的研究。在2009年，完成了化學毒氣紅外遙測報警器和遙測報警車的研制，2010年2月得到國家軍工產品定型批復。形成了我軍新一代化學毒劑報警器基本型，標志著我國軍用化學偵察技術進入國際先進行列。北方夜視集團是國內唯一的紅外光譜遙測廠家。

現存的問題：主要是產品制造成本太高，無法大范圍推廣應用；二是可報警的氣體種類針對戰場毒氣，對工業有毒有害氣體擴充不足；三是報警須采集背景光譜，容易受到干擾。

目前國內對于傅里葉變換紅外光譜系統用于外場氣體遙測的研究有部分文獻報道，如：畢勇“Gasmet便攜式傅里葉變換紅外氣體分析儀及其在環境應急監測中的應用”(現代科學儀器，2011,No.4：90-92)，該文主要介紹了芬蘭Gasmet Technologies Oy公司生產的GASMET FTIR Dx4020便攜式傅里葉變換紅外氣體分析儀。該紅外氣體分析儀利用紅外吸收原理和邁克爾遜干涉儀原理：用一束連續波長的紅外光聚焦照射被分析樣品物質，如果樣品分子中某個基團的振動頻率與照射的紅外光的頻率相同，就會發生共振，這個分子基團就會吸收該頻率的紅外光，在紅外光譜圖中就會得到該頻率的吸收峰，根據吸收峰的數目、吸收峰的位置、形狀可對被測樣品進行定性分析，根據吸收峰的峰高峰面積進行定量分析；入射光經過分束器變成兩路，一路穿過分束器到固定鏡，另一束經分束鏡反射到移動鏡。兩束光各自經移動鏡和固定鏡的反射又回到分束器，穿過分束器的兩束光因為移動鏡不停的移動產生光程差，成為相干光。相干光經過樣品室被樣品吸收后，在檢測器上得到干涉圖，干涉圖再經過計算機傅里葉變換形成紅外光譜圖。和傳統的氣體分析儀一樣，Gasmet采用樣品池采樣進行氣體分析，可采用普通的熱釋電響應紅外探測器，一般為DTGS。而且要進入污染區域，進行1分鐘以上的檢測分析作業，無法直接避免對分析人員的傷害，存在反應慢、機動能力差等缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種非接觸式遠距離監測環境危險氣體的泄漏與排放的監測系統。該監測系統的光譜響應范圍包括二氧化硫和甲烷、乙醚等多種工業廢氣，具有響應速度快，高信噪比和高光譜分辨率等優點。

本發明的技術方案為：

一種環境紅外氣體監測系統，主要包括環境紅外氣體監測儀主機、云臺、上位計算機和電源；所述的環境紅外氣體監測儀主機包括紅外窗口、干涉儀、探測器、信號采集控制器、鑒別器、可見光窗口及主控單元；

所述紅外窗口包含一個前置望遠鏡，用于收集環境目標發出的紅外輻射。

所述干涉儀接收由前置望遠鏡收集的紅外輻射，轉換成紅外干涉光信號。

所述的探測器將干涉儀的干涉光信號轉換為電信號。

所述的信號采集控制器用于采集干涉儀產生的干涉圖。