[发明专利]一种多通道甲烷泄露光学遥测装置及测量方法

说明书

本发明提供了一种多通道甲烷泄露光学遥测装置，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、计算机；扫描平台配置有步进电机和方位角调整电机，用于根据不同方向、不同高度的目标调整仰角及方位角；光学导入单元用于同步获取可见光图像、红外光谱和热成像；红外光谱采集系统用于接收光学导入单元中的红外光谱数据信息并传输到法布里干涉仪中；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。本发明还提供了一种上述多通道甲烷泄露光学遥测装置的测量方法。本发明可快速、灵活、非接触的获取甲烷泄露浓度的空间分布信息。

技术领域

本发明涉及光学遥感测量领域，尤其涉及一种多通道甲烷泄露光学遥测装置及测量方法。

背景技术

甲烷是一种可燃性气体，遇到明火会发生燃烧，甚至爆炸。同时，甲烷的不完全燃烧可能会生成一氧化碳，人体吸入一氧化碳后，极易中毒昏迷，更严重地，还会发生中毒死亡。因此，如何快速、高分辨地识别甲烷泄露及泄露位置十分重要，而快速、准确地获得燃气输送管道的泄露对于检测技术更是挑战。

目前，用于测量甲烷泄露的方法主要有：“热催化燃烧方法”、“热导元件方法”和“红外测量方法”。其中，“热催化燃烧方法”中的载体催化元件有个致命缺陷：只能检测浓度为4％以下的甲烷气体；当空气中的瓦斯浓度超过5％时，元件就会发生“激活”现象，从而造成永久损坏。而“热导元件方法”中传感器对于低浓度测量有很大局限性，低于5％的甲烷无法测量；如果将其用于泄露报警，将会造成很大的误差。至于“红外测量方法”，以红外沼气分析方法为例，其采用物理原理，分析气体不与传感器发生反应，因此寿命很长，可以达到10年以上；该类型传感器不仅可以用于沼气泄露的低浓度报警，也可以用于高浓度的沼气成分测量。但是该方法需要采样分析，对于室外管道泄露，特别是对于长距离、大范围的传输管道缺乏高效的测量和定位手段。

据此，目前急需一种可快速、灵活、非接触的获取甲烷泄露浓度的空间分布信息的甲烷泄露光学遥测装置及测量方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可快速、灵活、非接触的获取甲烷泄露浓度的空间分布信息的多通道甲烷泄露光学遥测装置及测量方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种多通道甲烷泄露光学遥测装置，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。

作为本发明的优选方式之一，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。

作为本发明的优选方式之一，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。

作为本发明的优选方式之一，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。