[发明专利]一种振镜成像的激光遥测仪及气体浓度信息成像方法

说明书

本发明提供了一种振镜成像的激光遥测仪及气体浓度信息成像方法，涉及利用光学手段测量的技术领域，能够用于整合实景信息和浓度信息。激光遥测仪包括摄像头、驱动电路、激光器、准直透镜、振镜、光学接收系统、信号处理电路和显示系统，驱动电路控制激光器发射激光，激光透过准直透镜后，经过振镜反射并透过气体达到物体表面，光学接收系统接收物体表面漫反射的激光，信号处理电路将其转换成浓度信息，显示系统将摄像头的画面信息和浓度信息重合显示。激光遥测仪可以利用每个像素点内的浓度信息绘制观测到的气团形状，另外还可以利用差值计算方法提升气体浓度画面的刷新速度。该遥测仪及成像方法还具有精度高、形象直观、刷新速度快等优点。

技术领域

本发明涉及利用光学手段测量的技术领域，尤其是一种振镜成像的激光遥测仪及气体浓度信息成像方法。

背景技术

激光遥测设备是指利用主动发出的激光检测气体浓度的设备。其中激光甲烷遥测仪采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),可以对一定距离内的甲烷气体进行检测。激光甲烷遥测仪不需要将探头置于有燃气的环境中，而是由设备发出激光光束，激光穿越管道或者设施上方空间，射到另一端的物体上，被物体反射回至接收器，进而被转换成电信号，这些信号用来分析甲烷的浓度，激光甲烷遥测仪可达到极高的检测精度，这一波长的光只被甲烷吸收，因此只对甲烷有反应，不受其他气体的影响，大大提高了检测的准确性。使用激光甲烷遥测仪，操作人员不用置身危险环境当中，所以保护了检测人员的安全，也可远距离对架空管道巡检，提高检测效率，所以激光甲烷遥测仪在目前天然气泄漏检测行业中广泛的被使用。根据激光甲烷遥测仪的技术特点，激光甲烷遥测仪只能测量激光经过路径上的气体浓度，而激光光束通常是一个很小尺寸，激光甲烷遥测仪在查找泄漏的过程中通常需要用手移动设备，让设备发出的激光逐渐扫过可疑的泄漏点，直到激光扫过泄漏的甲烷气团，才能根据泄漏气团判断泄漏点，这样利用激光甲烷遥测仪大面积查找泄漏点的时候，尤其是待测范围面积较大时工作效率低。

另外，红外气云成像设备，它包含一套红外成像镜头、一个能响应红外光的传感器，以及计算气体浓度的算法，它的原理是利用自然界反射的红外光，通过红外镜头和红外传感器成像，当接收到的红外光经过所测气团时，经过气团的光线会被所测气体吸收，相对其他未被吸收的光线这些气体吸收的光线光强度较弱，通过分析光强对比度最终测量气团所在的位置，这种设备可以测量多种气体，但是其利用自然界的被动红外光线测量，受到自然界环境的影响很大，同时由于测量原理是根据光强差计算浓度，所以测量精度很低，一般精度最高的只能达到100ppm﹒m，而利用激光原理精度可以达到5ppm﹒m。

为了适应不同的检测环境，提高气体检测效率，保证测量精度，需要对现有的遥测仪设备，及气体浓度测量方法做进一步的改进。

发明内容

现有的激光遥测设备或红外成像设备，在使用时存在监测范围和监测精度的矛盾，或者监测效率与使用范围的矛盾，本申请提供了一种振镜成像的激光遥测仪及气体浓度信息成像方法，能够直观的观测气团形状，提高范围内气体探测的效率，提高测量精度，并且具有较快的画面刷新速度，其具体技术方案如下。

一种振镜成像的激光遥测仪，包括摄像头、驱动电路、激光器、准直透镜、振镜、光学接收系统、信号处理电路和显示系统，所述摄像头和显示系统相连，摄像头获取背景画面信息；所述驱动电路和激光器相连，激光器发射的激光透过准直透镜整光后照射至所述振镜，所述振镜调整激光的出射方向；所述激光穿过气体并垂直于物体的表面出射，所述光学接收系统接收物体表面反射的激光，信号处理电路将光信号转换为电信号并得到气体浓度信息；所述显示系统合并显示背景画面和浓度信息。

优选的是，激光器为可调谐半导体激光器，激光器的封装形式为TO封装或蝶形封装，所述准直透镜为非球面透镜。

优选的是，振镜为二维振镜，包括第一电机、第一反射镜、第二电机和第二反射镜，所述第一电机和第一反射镜沿第一方向同轴布置，第一反射镜绕第一方向转动；所述第二电机和第二反射镜沿第二方向同轴布置，第二反射镜绕第二方向转动。