[发明专利]场景上的气体的检测

说明书

本文公开的系统和方法提供通过以下方式检测气体：通过可控照明系统(110)，利用包括红外(IR)波长范围内的辐射的光来对场景进行照明；利用控制单元(195)来控制照明系统(110)发射处于第一波长和第二波长的光，使得对于所述第一和第二波长中的每一个，在时间段内将相等量的辐射能量发射到场景上，第一波长对应于气体的第一吸收水平，第二波长对应于气体的第二吸收水平；和通过IR检测器(113)来采集由第一波长的光照明的场景的第一IR图像和由第二波长的光照明的场景的第二IR图像，并且比较所述第一和第二IR图像以确定在所述第一和/或第二IR图像中是否表示出至少一种特定气体的特性。

相关申请的交叉引用

本申请主张于2016年9月15日提交并且题为“BROAD RANGE GAS ILLUMINATIONAND IMAGING”的62/395,367号美国临时专利申请的优先权和权益，该美国临时专利申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总地涉及使用IR检测器和照明系统来检测和可视化气体或逃逸气体的热成像技术。

背景技术

场景的热图像或红外(IR)图像常常用于监测、检查和/或维护的目的，例如用于监测工业厂房处的气体泄漏。通常，热成像设备(例如以温度记录设备或红外IR相机的形式)设置有IR检测器来采集表示从所观测的真实世界场景中发射的红外辐射的红外(IR)图像数据值。可以在采集之后在热成像设备或计算设备(比如平板计算机、智能电话、笔记本或台式计算机)中的显示器上显示和分析所采集的IR图像。热成像设备可以用于检测气体并产生观测到的真实世界场景的气体图像的视觉表示，例如从而在内置LCD上或外部计算设备上将气体泄漏可视化为相机取景器上的烟雾状图像，从而允许使用者看到或可视化难以捕捉的气体排放。对于许多气体，吸收红外辐射的能力取决于辐射的波长。换句话说，它们对IR辐射的透明度随红外辐射的波长而变化。可能存在使得一些气体显得基本不透明的IR波长(由于被那些气体吸收)，而其他IR波长使得那些气体显得基本透明(由于光很少或没有被那些气体吸收)。存在包含许多物质的红外吸收数据(也称为吸收光谱)的物理性质数据库。为了确定气体的红外吸收光谱，将样品放置在IR光谱仪中，并且在不同波长下测量红外辐射的吸收度(或透射率)。所得吸收数据通常表示为图表，也称为光谱或气体光谱。当从观测到的真实世界场景发射IR辐射并由热成像设备采集为IR图像时，可以将气体检测为与IR图像中不包含气体的区域相关的IR图像中包含气体的区域。其原因在于，根据气体存在与否，来自观测到的真实世界场景的IR辐射将受到不同衰减。衰减的这种差异取决于所观测的真实世界场景与热成像设备之间的路径中的气体分子量或气体分子浓度。能够检测到的最小气体浓度或最小气体量很大程度上取决于热成像设备的灵敏度。

一些常规热成像设备使用将相机限制为在窄光谱范围内运行的滤波器，窄光谱范围表示待检测气体具有高吸收度处的吸收波长，从而选择性地增强对气体的检测和可视化，例如气体泄漏。一些常规的热成像设备还使用允许滤波器、光路和IR传感器在低温下运行的IR传感器冷却装置，从而改善热成像设备的灵敏度。

然而，常规系统的问题在于，热成像设备的灵敏度可能太低而不能检测到某一浓度的气体。常规系统的另一个问题在于，其较为复杂、尺寸相对较大、相对较重、具有较高的制造成本并增加了总功耗，这在便携式单元的情况下导致减少的使用时间，例如当依靠电池运行时。常规系统的另一个问题在于，滤波器适用于特定波长，并且不能用于具有变化的气体吸收度或红外辐射透射率的宽范围的气体。

因此，需要解决常规系统的问题，以降低的复杂性、尺寸、重量、制造成本和/或总功耗来改善气体成像时的气体浓度灵敏度，例如用于在没有导致高成本和重量增加的硬件重新配置的情况下对宽范围的气体进行成像。

发明内容