面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，包括：红外镜头、红外分光元件、长波通红外滤光片、第一个红外焦平面探测器、第二个红外焦平面探测器、红外图像处理模块和显示模块；红外镜头接收场景红外辐射并输出至红外分光元件；红外分光元件输出第一路红外辐射和第二路红外辐射，第一路红外辐射经长波通红外滤光片输出至第一个红外焦平面探测器，第二路红外辐射输出至第二个红外焦平面探测器；第一个红外焦平面探测器和第二个红外焦平面探测器的输出端连接至红外图像处理模块；长波通红外滤光片的截止边在3.3‑3.7μm。本发明专利技术还提供一种面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测方法，本发明专利技术监测VOC气体泄漏的灵敏度高、可快速定位泄漏位置。

Spectroscopic infrared imaging monitoring device and method for VOC gas leakage

【技术实现步骤摘要】
面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置及方法
本专利技术涉及一种VOC气体泄漏监测系统，具体用于石化行业中的VOC气体泄漏的监测装置及方法。
技术介绍
在石化行业作为国民经济的支柱产业，为社会发展提供必要的石油能源和化工产品，但同时也属于重点工业污染源。其中大气污染以无组织排放形式为主，污染物主要为种类繁多的高浓度挥发性有机气体VOC，给生态环境和人体健康带来极大危害。如何能够快速地监测到VOC气体泄漏的存在，有效地评估泄漏气体在空间中的分布状态和扩散趋势，准确地定位气体泄漏源，以便相关部门和人员迅速采取有效措施，防止重大气体泄漏事故的发生己经成为迫切需要解决的问题。传统VOC气体传感器由于接触性原理，使得很多待检测的目标地点无法到达，而且其操作安全性大大降低。考虑到工业有害气体在中波红外波段大多具有特征吸收光谱，因此，基于气体红外吸收原理的光谱检测技术成为一种快速有效的VOC气体泄漏非接触检测技术，但传统检测方法也属于定点测量，难以适应大范围的动态检测。近年来，气体泄漏红外成像监测技术以其高效率、远距离、大范围、动态直观等显著优势而成为世界各国的研究热点，也逐渐成为气体泄漏监测的重要手段。气体泄漏红外成像检测技术主要可以分为基于对激光光源辐射吸收的主动式成像和基于对背景辐射吸收的被动式成像两大类。气体泄漏激光主动式红外成像检测技术，由于激光等辐射源的存在，系统体积和重量一般较大，安全性相对较低，受限于激光光源，可检测的光谱范围有限，可检测的气体种类少，随着距离变远，信号迅速变弱，且目前应用的系统大多需要借助扫描机构，系统相对复杂。VOC气体泄漏被动式红外成像监测技术，具有显著的远距离探测能力，可检测的光谱范围大，可检测的气体种类多，系统不需要背景反射，无需辐射源，结构相对简单，多采用阵列式探测器，可直接成像定位，但被测气体和背景之间必须存在相对温差，信噪比差，需要特殊的光学结构优化和图像增强等处理技术。常用的典型VOC气体泄漏被动式成像监测技术主要分为简单红外热成像监测技术、多光谱成像监测技术和高光谱成像监测技术。简单红外成像VOC监测技术通过在单个红外相机的光学系统中增加与VOC气体红外光谱相匹配的窄带滤光片来实现，该技术手段降低了监测系统的信噪比，从而降低VOC气体成像监测系统的灵敏度。多光谱成像技术和高光谱成像技术可获得VOC气体的精细光谱，但价格昂贵、扫描时间长、实时性差、且体积较大。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提出面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置及方法，依据VOC气体在3.3μm附近的红外波长处具有强吸收特性，利用红外分光元件将场景红外辐射分为透射红外辐射和反射红外辐射两路，并对两路红外图像进行差分处理来检测VOC气体泄漏，提高监测VOC气体泄漏的灵敏度、定位快捷准确。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，包括：红外镜头、红外分光元件、长波通红外滤光片、第一个红外焦平面探测器、第二个红外焦平面探测器、红外图像处理模块和显示模块；所述红外镜头接收场景红外辐射并输出至红外分光元件；所述红外分光元件输出第一路红外辐射和第二路红外辐射，所述第一路红外辐射经过长波通红外滤光片输出至第一个红外焦平面探测器，所述第二路红外辐射输出至第二个红外焦平面探测器；所述第一个红外焦平面探测器和第二个红外焦平面探测器的输出端连接至红外图像处理模块；所述红外图像处理模块的输出端连接显示模块；所述长波通红外滤光片的截止边在3.3-3.7μm。作为本专利技术的一种优选实施方式：第一路红外辐射为红外分光元件的透射红外辐射，所述第二路红外辐射为红外分光元件的反射红外辐射。作为本专利技术的一种优选实施方式：所述第一路红外辐射为红外分光元件的反射红外辐射，第二路红外辐射为红外分光元件的透射红外辐射。优选的：所述长波通红外滤光片的截止边在3.5μm。作为本专利技术的一种优选实施方式：所述红外分光元件为红外分光片、红外分束镜、红外分光棱镜三种中的任一种。作为本专利技术的一种优选实施方式：所述第一个红外焦平面探测器和第二个红外焦平面探测器采用非制冷型中波红外焦平面探测器、制冷型中波红外焦平面探测器、非制冷型宽光谱红外焦平面探测器、制冷型宽光谱红外焦平面探测器四种中的任一种。一种面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测方法，包括以下步骤：红外镜头接收场景红外辐射并传输给红外分光元件；红外分光元件将红外辐射分为透射红外辐射和反射红外辐射两路，其中一路通过长波通红外滤光片传输至第一个红外焦平面探测器，第二路传输至第二个红外焦平面探测器；第一个红外焦平面探测器和第二个红外焦平面探测器分别采集第一路红外图像和第二路红外图像,并传输至红外图像处理模块；红外图像处理模块对第一路红外图像和第二路红外图像进行处理，确定VOC泄漏气体位置，通过显示模块对处理后的红外图像进行显示。作为本专利技术的一种优选实施方式：所述红外分光元件将红外辐射分为透射红外辐射和反射红外辐射两路，长波通红外滤光片设置在透射红外辐射的光路上。进一步的，所述长波通红外滤光片设置在反射红外辐射的光路上。作为本专利技术的进一步技术方案为：所述红外图像处理模块对第一路红外图像和第二路红外图像进行图像处理，确定VOC泄漏气体位置；具体包括：对第一路红外图像和第二路红外图像分别进行非均匀校正处理；对校正后的第一路红外图像和第二路红外图像进行配准处理得到配准图像；对配准图像进行差分处理得到差分图像；在差分图像中定位出VOC气体泄漏的位置；确定差分图像中VOC气体泄漏区域并进行标记。本专利技术有益效果是：本专利技术依据VOC气体在3.3μm附近的红外波长处具有强吸收特性，利用红外分光元件将场景红外辐射分为透射红外辐射和反射红外辐射两路，并对两路红外图像进行差分处理来检测VOC气体泄漏，使得本专利技术监测VOC气体泄漏的具有高灵敏度、快速定位泄漏位置的优点。附图说明图1为本专利技术提出的面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置的一具体实施例结构图；图2为本专利技术提出的面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置的一具体实施例结构图；图3为本专利技术提出的面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测方法流程图；图4为本专利技术提出的红外图像处理模块处理流程图；图5为本专利技术提出的红外图像处理模块处理流程示意图。附图标记说明：101-红外辐射，102-红外镜头，103-红外分光片，104—长波通红外滤光片，105-第一个红外焦平面探测器，106-第二个红外焦平面探测器，107-红外图像处理模块，108-显示模块。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的原理如下：本专利技术依据VOC气体在3.3μm附近的红外波长处具有强吸收特性，通过分光型两路红外焦平面探测器成像和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，其特征在于，包括：/n红外镜头、红外分光元件、长波通红外滤光片、第一个红外焦平面探测器、第二个红外焦平面探测器、红外图像处理模块和显示模块；/n所述红外镜头接收场景红外辐射并输出至红外分光元件；所述红外分光元件输出第一路红外辐射和第二路红外辐射，所述第一路红外辐射经过长波通红外滤光片输出至第一个红外焦平面探测器，所述第二路红外辐射输出至第二个红外焦平面探测器；所述第一个红外焦平面探测器和第二个红外焦平面探测器的输出端连接至红外图像处理模块；所述红外图像处理模块的输出端连接显示模块；所述长波通红外滤光片的截止边在3.3-3.7μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，其特征在于，包括：
红外镜头、红外分光元件、长波通红外滤光片、第一个红外焦平面探测器、第二个红外焦平面探测器、红外图像处理模块和显示模块；
所述红外镜头接收场景红外辐射并输出至红外分光元件；所述红外分光元件输出第一路红外辐射和第二路红外辐射，所述第一路红外辐射经过长波通红外滤光片输出至第一个红外焦平面探测器，所述第二路红外辐射输出至第二个红外焦平面探测器；所述第一个红外焦平面探测器和第二个红外焦平面探测器的输出端连接至红外图像处理模块；所述红外图像处理模块的输出端连接显示模块；所述长波通红外滤光片的截止边在3.3-3.7μm。


2.根据权利要求1所述的面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，其特征在于，所述第一路红外辐射为红外分光元件的透射红外辐射，所述第二路红外辐射为红外分光元件的反射红外辐射。


3.根据权利要求1所述的面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，其特征在于，所述第一路红外辐射为红外分光元件的反射红外辐射，第二路红外辐射为红外分光元件的透射红外辐射。


4.根据权利要求1所述的面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，其特征在于，所述长波通红外滤光片的截止边在3.5μm。


5.根据权利要求1所述的面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，其特征在于，所述红外分光元件为红外分光片、红外分束镜、红外分光棱镜三种中的任一种。


6.根据权利要求1所述的面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，其特征在于，所述第一个红外焦平面探测器和第二个红外焦平面探测器采用非制冷型中波红外焦平面探测器、制冷型中波红外焦平面探测器、非制冷型宽光谱红...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯斌，赵永强，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61