[发明专利]一种被动式气体成像系统

说明书

技术领域

本发明属于红外热成像技术领域，尤其涉及一种基于非制冷红外焦平面技术的被动式气体成像系统。

背景技术

在电力行业、日化行业、石化行业中，都会使用到各种各样的气体，所以经常需要测量气体泄漏或者气体浓度。对于有色有味的气体，可以通过视觉或嗅觉来定性判断泄漏的位置和严重程度，但对于无色无味的气体，就必须使用仪器测量。在已知泄漏点的情况下，用相应的气体传感器可以方便地测出气体的浓度。但由于气体本身是无色无味的，如果事先用户并不清楚泄漏点在何处，则无法仅用气体传感器来确定泄漏位置。

基于红外焦平面技术的被动式气体成像技术是一种间接测量气体泄漏点的方法。

一切物体都能向四周辐射电磁波，辐射的能量主要集中在中心波长附近，物体的温度越高，中心波长越小，与物体的绝对温度成反比。中心波长位于8-14μm范围的辐射被称为热辐射。红外热像仪可以将吸收的红外辐射转化成热，引起热像仪中红外焦平面阵列的像元升温，然后再将温升引起的电信号变化输出到显示设备中。如果将红外热像仪对着管道、设备等目标，就可以在显示屏上看出物体的温度分布。由于是目标物体自身发射红外光线，不需要热像仪主动提供光源，因此称为被动式成像。

每一种气体都有其特征的红外吸收波长，比如说六氟化硫(SF₆)能强烈吸收10.56μm的辐射，而二氯化碳(CCl₂)能强烈吸收11.8μm的辐射。当管道、设备等有气体泄漏时，气体在漏点附近的浓度会比较大，离漏点越远，则浓度越小。

当热像仪的镜头刚好对着漏点附近的区域时，从目标(管道、设备等)发出来的红外线会穿过泄漏的气体，因此会被部分吸收，到达红外热像仪焦平面阵列的热辐射能量将比没有气体泄漏时要少，因此引起的像元温升比没有气体泄漏时要低。气体吸收的程度不一样，像元温升的变化也不一样。因此可以通过温度的分布判断目标(管道、设备等)何处有泄漏。

美国发明专利7649174中公布了利用红外热像仪检测电力设备中SF₆气体泄漏的方法，但是所用的设备是制冷型红外焦平面阵列，需要专门的致冷设备和致冷剂，比如说杜瓦瓶和液氮，因此不便于长时间使用。比如说大型变电站，面积大，设备多，又要求对气体泄漏进行日常检测，因此需要一种更方便的设备来满足这方面的需求。

中国实用新型专利200820167479.8中公布了一种激光成像SF₆气体泄漏定位系统，将激光器与红外热像仪集成到一个系统里面，一定程度上减小了设备的体积，但仍然需要激光光源，并且使用了多个红外镜头，成本并不低。

发明内容

针对上述缺点，本发明的目的在于提供一种便携的被动式气体红外成像系统，不仅可以实现带电非接触、对气体直观成像，而且具有灵敏度高、体积小、性价比高的特点，能够对检测气体进行彩色醒目处理。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种被动式气体成像系统，包括：

红外成像单元，在所述红外成像单元前端设有红外光学镜头，所述红外光窗上有红外窄带滤光片，红外光窗和封装管壳构成一个封闭的壳体，非制冷式红外焦平面阵列芯片置于该封闭壳体内部，位于红外光学镜头的焦平面上，红外成像数字信号处理电路板置于封闭壳体外部，接收非制冷式红外焦平面阵列芯片通过封装管壳传过来的信号，并将处理过后的信号输出到中央处理单元；

可见光成像单元，在其前端设有可见光光学镜头，通过可见光光学镜头接收可见光，并将处理过的信号输出到中央处理单元；

中央处理单元，对红外成像单元和可见光成像单元输出的信号进行处理，并将处理好的红外图像和可见光图像叠加；

显示器，连接中央处理单元的输出端，显示其输出结果。

根据本发明提供的被动式气体成像系统，所述非致冷红外焦平面阵列芯片在室温下就可以正常工作，不需要使用外加设备将其冷却到液氮温度，所以被称为非致冷型。

本发明的特点有：

1、无需使用激光器，大大减小了设备的体积，真正实现了便携。同时，也不存在因为激光强度过强而损害红外成像芯片；

2、红外成像芯片使用的是非制冷式红外焦平面阵列，无需专门配备制冷设备和液氮；

3、窄带滤波片在红外光窗上实现，而不是在红外镜头上实现。由于红外光窗的表面积比起镜头来说小得多，镀膜工艺也简单得多，所以成本大大降低。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：