[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

本發明涉及一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的裝置及方法，前置光學系統接收穿過污染氣體的太陽散射光，經過導入光學系統耦合，再進入成像光譜儀中，經成像光譜儀色散后被面陣CCD探測器接收，由面陣CCD探測器完成光譜維與空間維的光譜采集工作，數字化后通過USB傳導到計算機中，計算機利用差分吸收光譜分析方法進行反演，得到所測不同空間維上污染氣體的斜柱濃度，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，對污染氣體的二維濃度場分布進行快速掃描并無間隔成像；本發明實現了快速對區域內常規污染氣體二維分布信息的無間隔成像，有利于確定區域內各散亂源的位置信息以及輸送情況，為環境保護部門掌握區域內各散亂源位置情況提供了技術支持。

技術領域

本發明涉及光學測量技術領域，特別涉及一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的裝置及方法。

背景技術

近年來，中國的經濟發展迅猛，并且未來還將繼續保持快速發展過程，由此帶來的大氣污染對人們日常生活的影響日益嚴重，而同時，各種大氣污染氣體監測技術也取得了長足的進步，其中的光學遙測方法相比于定點采樣的化學分析方法的優勢在于，具有長距離、多組分、高分辨同時連續實時觀測的特點。

基于差分吸收光譜的成像遙測技術是一種利用太陽散射光的被動測量技術，主要用于獲取污染氣體斜柱濃度的二維分布，可對大區域范圍內的污染散亂源進行快速、精確的定位；但是無法實現快速對區域內常規污染氣體二維分布信息的無間隔成像，同時污染氣體二維分布不能直觀可視。

發明內容

本發明針對現有技術問題，提供一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的裝置及方法，該方法具有快速成像和無間隔二維分布的特點，同時該方法采用掃描與采集同步進行，可以實現污染氣體二維分布的可視化。

為實現以上目的，本發明采用的技術方案為：

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；所述物鏡及攝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對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分布進行無間隔成像。進一步，所述導入光學系統為多芯光纖束。

進一步，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。

進一步，所述物鏡由像方遠心的紫外物鏡和可見光物鏡構成。

一種對污染氣體二維分布快速掃描成像的方法，包括所述裝置，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；