[發明專利]一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的裝置及方法

在審

• 申請號: 201811302344.2
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109187396A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 謝品華;吳子揚;李昂;徐晉;胡肇焜;陳浩;方武
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/33;G01N21/01
• 代理公司: 合肥興東知識產權代理有限公司 34148
• 代理人: 王偉

1.一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的裝置，包括前置光學系統、導入光學系統、成像光譜儀、面陣CCD探測器和計算機，其特征在于，

所述前置光學系統包括用于接收穿過污染氣體的太陽散射光的物鏡以及與物鏡同軸設置的攝像機，所述攝像機用于同步拍攝前置光學系統掃描的區域；所述物鏡及像機固定在一二維旋轉平臺上；

所述導入光學系統用于將前置光學系統接收的太陽散射光耦合并傳輸至所述成像光譜儀；

所述成像光譜儀用于將太陽散射光色散后傳至面陣CCD探測器；

所述面陣CCD探測器用于完成光譜維與空間維的光譜采集并經數字化后傳輸至計算機；

所述計算機利用差分吸收光譜分析方法獲取污染氣體的濃度信息，根據觀測角度的幾何模型，將濃度信息與空間維上的像元相匹配，按照掃描方向進行依次重構，對污染氣體二維濃度場進行無間隔成像。

2.根據權利要求1所述的一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的裝置，其特征在于，所述導入光學系統為多芯光纖束。

3.根據權利要求1所述的一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的裝置，其特征在于，所述成像光譜儀內的光學系統包括入射狹縫、準直鏡、反射光柵、聚焦鏡；所述導入光學系統傳輸的光經所述入射狹縫入射，入射光經所述準直鏡反射到所述反射光柵，經反射光柵使從它衍射的光束返回聚焦鏡，狹縫的光譜像被成像到出射狹縫的面陣CCD探測器上。

4.根據權利要求1所述的一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的裝置，其特征在于，所述物鏡由像方遠心的紫外物鏡和可見光物鏡構成。

5.一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的方法，包括權利要求1-4中任意一項權利要求所述的裝置，其特征在于，方法如下：

S1、二維旋轉平臺以一定的角速度水平旋轉，前置光學系統通過紫外物鏡或可見光物鏡對檢測區域污染氣體的太陽散射光進行快速掃描；每旋轉一個角度，采集一次太陽散射光；同時同軸攝像機進行同步攝像，直到掃描結束；

S2、導入光學系統將前置光學系統每次采集的太陽散射光耦合并傳輸至成像光譜儀；

S3、成像光譜儀將太陽散射光色散后傳至面陣CCD探測器；

S4、面陣CCD探測器完成光譜維與空間維的光譜采集并經數字化后傳輸至計算機；

S5、前置光學系統每采集一次，計算機得到一組吸收光譜數據；然后對每一組光譜數據在空間維上進行多次多像元binning，去除未被光照亮的噪聲部分，提取出多條吸收光譜，基于朗伯比爾定律，利用差分吸收光譜分析方法對每一條吸收光譜進行反演，得到一個空間維上從上到下污染氣體不同的濃度值；

S6、根據觀測角度的幾何模型，計算出觀測所得每個像元所占空間大小，將濃度信息與空間維上的像元相匹配，按照掃描方向進行依次重構，并與同軸攝像機所拍攝畫面相匹配，對污染氣體二維濃度場分布進行無間隔成像。；

6.根據權利要求1所述的一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的方法，其特征在于，所述步驟S1中，二維旋轉平臺每旋轉1°，前置光學系統的紫外物鏡或可見光物鏡曝光一次，進行一次對檢測區域污染氣體的太陽散射光采集；同時同軸攝像機進行無間隔攝像。