[发明专利]一种多通道甲烷泄露光学遥测装置及测量方法

权利要求书

1.一种多通道甲烷泄露光学遥测装置，其特征在于，包括扫描平台、光学导入单元、红外光谱采集系统、数据传输线、法布里干涉仪、红外探测器以及计算机；所述扫描平台为配置有步进电机和方位角调整电机的转动平台，用于根据不同方向、不同高度的目标调整仰角及方位角；所述光学导入单元设置在扫描平台上，用于同步获取可见光图像、红外光谱和热成像；所述红外光谱采集系统设置在扫描平台上，用于接收光学导入单元中的红外光谱数据信息并通过数据传输线传输到法布里干涉仪中；所述法布里干涉仪将接收的红外光谱数据信息成像在红外探测器上，并经模数转换后由计算机进行光谱处理；此外，所述光学导入单元中的可见光图像与热成像数据信息也通过数据传输线直接传输至计算机中进行处理。

2.根据权利要求1所述的多通道甲烷泄露光学遥测装置，其特征在于，所述光学导入单元为三通道同轴集成设计，包括红外光谱镜头、可见光镜头与红外热像仪镜头；其中，所述红外光谱采集系统设置在所述红外光谱镜头末端，并沿其光路上依次设置有红外滤光片、准直透镜、聚焦透镜和红外光纤。

3.根据权利要求2所述的多通道甲烷泄露光学遥测装置，其特征在于，所述红外光纤包裹于所述数据传输线内，用于向所述法布里干涉仪传输红外光谱数据信息；此外，所述数据传输线内还包裹有两束数据线，分别为第一数据线、第二数据线；其中，所述第一数据线用于连接可见光镜头与计算机，用于向所述计算机传输可见光图像信息；第二数据线用于连接红外热像仪镜头与计算机，用于向所述计算机传输热成像信息。

4.根据权利要求2所述的多通道甲烷泄露光学遥测装置，其特征在于，所述红外滤光片、准直透镜、聚焦透镜均采用石英材料，并且，所述红外滤光片具体为3.1-4μm红外滤光片。

5.根据权利要求1所述的多通道甲烷泄露光学遥测装置，其特征在于，还包括密封恒温箱；所述法布里干涉仪、红外探测器以及计算机均设置于所述密封恒温箱内。

6.根据权利要求1所述的多通道甲烷泄露光学遥测装置，其特征在于，所述法布里干涉仪为高精度可调谐的法布里珀罗干涉仪，控制精度：±0.5nm/g，全宽半高：55-70nm，光谱范围：3.1-4.4um。

7.根据权利要求1所述的多通道甲烷泄露光学遥测装置，其特征在于，所述扫描平台为高精度扫描平台，其水平扫描角度为范围-180°～180°，垂直扫描范围0～90°，扫描精度0.05°。

8.根据权利要求1-7任一所述的多通道甲烷泄露光学遥测装置，其特征在于，使用时，所述光学导入单元的红外光谱通道实时采集目标区域的红外辐射光谱，经过法布里珀罗干涉仪调制选取接收信号，获得甲烷的吸收信息，进而计算出甲烷浓度值；所述光学导入单元的红外热像仪通道实时获得目标区域温度信息；所述光学导入单元的可见光通道实时采集可见图像信息；所述计算机将所得浓度、温度、图像信息与平台扫描角度信息进行匹配，从而获得目标区域甲烷泄露的空间分布信息。

9.根据权利要求8所述的多通道甲烷泄露光学遥测装置，其特征在于，所述计算机中配置有相应软件系统，所述软件系统可实时输出浓度场的空间分布结果及位置信息，并实时回传后台控制中心。

10.一种如权利要求1-9任一所述的多通道甲烷泄露光学遥测装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、光学导入单元对准目标，通过可见光镜头调整系统测量范围；在光学导入单元确定测量范围后，再根据测量需求和目标特性进行扫描测量，记录参考点及目标区域的测量光谱，通过计算机进行处理；

S2、通过红外光谱镜头采集经过目标区域的大气红外光谱，结合经过目标区域外测得的参考谱，应用偏最小二乘拟合的方法获得目标区域的浓度信息；

S3、利用可见光镜头采集目标区域图像信息以及红外热像仪镜头获得温度信息，再将浓度与目标区域的图像进行空间匹配，从而生成甲烷浓度的空间分布图像，实现识别和定位。