[发明专利]用于气体及火焰检测与成像及测量的单一装置及其漂移校正方法

说明书

来自场景的辐射成像的设备，包有两个不同波长区域中的光谱特性的两种材料。透镜包括组件阵列的检测器上形成场景的一成像。与检测器整合的一滤波装置允许一半检测器组件检测所述波长区域中的一个及另一半检测器组件中的辐射，用以检测另一波长区域中的辐射。每个检测器组件可以由对各个波长区域之一的辐射敏感的两个不同的子组件构成。位于装置内的黑体源减少由装置周围的环境变化引起的漂移。所述黑体源将辐射投射到没有接收来自场景的辐射的检测器的区域上。基于从所述黑体产生的像素信号修改由场景辐射产生的像素信号。

交互引用相关申请文件

本申请是2015年12月30日提交的美国专利申请第14/983,570号的部分连续申请。本申请主张2015年3月19日提交的美国临时专利申请第62/135,183号的优先权，其中的公开内容通过引用并入本文。与本申请相关在2015年11月24日提交的美国专利申请第14/949,906号及美国专利申请第14/949,909号，其中的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明是涉及一种红外光辐射的检测、成像及测量。

背景技术

处理爆炸或易燃气体以及蒸汽的开采，生产或储存的工业厂房，例如不同种类的燃料(如甲烷、乙烷等)、氢气、乙炔等，都处于不定期的事故危险之中。爆炸可能引起火灾，因此爆炸本身及随之而来的火灾都有固有的危险。此外，火灾可能由多种多样的原因引起，而当发生在这些工厂中时，这种火焰本身可能引起爆炸。危害人员及设备的危险性，造成的损害可能是在最坏的情况下人身伤亡以及工厂所有者造成巨大的经济损失。

此外，所讨论的气体的释放对环境有负面影响。因此，世界各地引入了监管法律，对早期发现火灾及防治过度释放这类材料的公司不予尽职调查的公司施加监督标准及重罚。

爆炸的可能性随着气体浓度的增加而增加。因此，在过去几十年中，大量的气体浓度测量装置及火灾检测仪器已被开发并用于开采、生产及储存设备。直到最近才部署了本地检测器(用于气体)，或非成像IR(红外光)及UV(紫外光)检测器(用于火焰)。如果气体存在但物理上不符合检测器的位置(移动时的路径)，这种气体检测器可以容易地错过目标气体。这是由于使用接触方法，如与气体的化学反应。在火灾检测的情况下，监视器基于不提供被监视的场(即场景)的成像的单个检测器。因此，显示器无法提供有关火灾位置及大小的必要信息。

目前的工业仪器不允许检测、识别及定位，由于初期火灾引起的爆炸性气体或蒸汽云和及焰的浓度、大小及预后信息。因此，目前的仪器不能满足在恶劣环境(通常在室外)远程操作的额外要求，并且由于来自其他可能的红外光源(如太阳反射、焊接电弧、卤素灯等)的信号而导致的最小误报。这些检测仪器提供的警报可能被工厂经营者有效地用于通过一些可能的行动来防止人身伤害和损失。这种行为的一例子可能是部分或全部工厂关闭，消防部门参与的要求或其他预防或纠正措施。

此外，只有在对检测器信号有贡献的环境辐射变化(主要是环境温度改变)的情况下，才能使用这种红外光成像装置来定量地测量场景的每个像素的辐射度。这是因为来自场景的红外光辐射的定量测量是基于检测器信号及待测辐射之间的数学关系的事实。这种关系取决于测量期间的环境状态，因此只有在测量过程中环境状态及环境状态如何影响所述关系时才能进行定量场景测量。由检测器组件感测到的环境辐射主要来自成像装置的光学组件及外壳(除了要监视的场景像素之外)，并且是环境温度的直接函数。如果这种辐射在时间上发生变化，则会引起信号漂移，从而改变其与要测量的相应场景辐射的关系，并引入不准确性。

这导致的不准确性阻碍了这种装置的使用，特别是在它们必须提供待监测气体的定量信息的情况下，并且必须在长时间内无人监视地用于监视目的，例如用于监视，在工业设施及设施中的场景。