一種二氧化硫氣體成像儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種二氧化硫氣體成像儀。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化硫是一種主要的大氣污染物，對(duì)污染源排放二氧化硫進(jìn)行監(jiān)測(cè)一直是近年來(lái)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。對(duì)于二氧化硫排放污染源，如煙囪等煙羽的二氧化硫探測(cè)，常用光學(xué)遙測(cè)的方法，如差分光學(xué)吸收光譜法、差分吸收激光雷達(dá)法和紫外成像法。其中差分光學(xué)吸收光譜法和差分吸收激光雷達(dá)法，均具有較好的測(cè)量精度，但是由于是單點(diǎn)測(cè)量，難以準(zhǔn)確定位，如果要得到整個(gè)煙羽圖像，需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的點(diǎn)掃描匯集成二氧化硫濃度分布圖像，實(shí)際使用時(shí)會(huì)遇到一些困難，一方面需要設(shè)備本身有復(fù)雜的對(duì)準(zhǔn)和精密掃描機(jī)構(gòu)，另一方面對(duì)于動(dòng)態(tài)煙羽，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像?，F(xiàn)有的紫外成像法，采用兩個(gè)光譜通道差分成像，一個(gè)通道在280nm?320nm的二氧化硫特征吸收光譜帶范圍內(nèi)，一個(gè)通道在320nm以上的非吸收帶范圍內(nèi)，雖然能夠?qū)崟r(shí)獲取二維圖像，但是由于光譜帶寬太寬，容易受到其它氣體或顆粒物的干擾，精度難以提高。兼顧二氧化硫成像的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有的二氧化硫探測(cè)裝置存在的探測(cè)時(shí)易受到其它氣體或顆粒物的干擾、無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像、測(cè)量誤差較大等問(wèn)題，提供了一種二氧化硫氣體成像儀。該裝置有效結(jié)合紫外差分成像技術(shù)和超窄帶差分成像技術(shù)，形成了一種紫外差分成像的二維可視二氧化硫氣體成像技術(shù)手段，有效解決現(xiàn)有技術(shù)難以兼顧二氧化硫成像時(shí)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成像精度更高，抗干擾能力更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型提供的一種二氧化硫成像遙測(cè)裝置，包括紫外前置望遠(yuǎn)鏡、紫外準(zhǔn)直鏡、窄帶濾光片、分光棱鏡、第一超窄帶濾光片、第一成像鏡、第一探測(cè)器、第二超窄帶濾光片、第二成像鏡、第二探測(cè)器、計(jì)算機(jī)等，該裝置將紫外差分成像技術(shù)與超窄帶差分成像技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了二氧化硫氣體的實(shí)時(shí)成像，并使差分方法測(cè)量二氧化硫濃度信息更加準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)。
[0006]本實(shí)用新型所采用的測(cè)試方法是:紫外前置望遠(yuǎn)鏡將目標(biāo)二氧化硫煙羽成像于一次像面，紫外準(zhǔn)直鏡將成像光束準(zhǔn)直，在準(zhǔn)直光路中放入窄帶濾光片，使感興趣譜段光譜透過(guò)，其后光路中放置一分光棱鏡，將準(zhǔn)直光束分為相同能量的兩路，一路沿原光路輸出，一路偏轉(zhuǎn)九十度方向輸出。在沿原光路輸出的光路中依次放入第一超窄帶濾光片、第一成像鏡和第一面陣光電探測(cè)器，第一面陣光電探測(cè)器的感光面與第一成像鏡的像面重合。在九十度偏轉(zhuǎn)輸出的光路中依次放入第二超窄帶濾光片、第二成像鏡和第二面陣光電探測(cè)器，第二面陣光電探測(cè)器的感光面與第二成像鏡的像面重合。由計(jì)算機(jī)同步控制第一面陣光電探測(cè)器和第二面陣光電探測(cè)器，獲取兩幅不同超窄波段圖像，在計(jì)算機(jī)中對(duì)兩幅圖進(jìn)行處理，獲取包含二氧化硫濃度分布信息的二維圖像并顯示出來(lái)。
[0007]所述的紫外前置望遠(yuǎn)鏡、紫外準(zhǔn)直鏡、分光棱鏡、分束膜、第一紫外成像鏡、第二紫外成像鏡的光譜透過(guò)率至少包含280nm?320nm光譜范圍；
[0008]所述的窄帶濾光片的中心波長(zhǎng)在280nm?320nm之間，半高全寬在5?10nm范圍內(nèi)。
[0009]所述的第一超窄帶濾光片的中心波長(zhǎng)與二氧化硫在280nm?320nm光譜范圍內(nèi)的一個(gè)吸收峰重合，半高全寬小于0.5nm，第二超窄帶濾光片的中心波長(zhǎng)與第一超窄帶濾光片對(duì)應(yīng)吸收峰長(zhǎng)波方向第一個(gè)鄰近的吸收谷重合，半高全寬小于0.5nm。
[0010]所述的第一超窄帶濾光片和第二超窄帶濾光片的透過(guò)波長(zhǎng)均在上述窄帶濾光片的透過(guò)光譜范圍內(nèi)。
[0011]所述的第一紫外成像鏡和第二紫外成像鏡參數(shù)完全相同。
[0012]所述的第一面陣光電探測(cè)器和第二面陣光電探測(cè)器在280nm?320nm范圍內(nèi)具有光電響應(yīng)。
[0013]所述的計(jì)算機(jī)對(duì)兩幅圖像的處理包括:(1)將原始圖像進(jìn)行校正，包括幾何校正、平場(chǎng)校正和輻射度校正；(2)將第二探面陣光電測(cè)器采集圖像減去第一面陣光電探測(cè)器采集圖像，并將結(jié)果取絕對(duì)值，獲得差分圖像；(3)結(jié)合計(jì)算機(jī)中的物理模型，將差分圖像中的像素值對(duì)應(yīng)到具體的氣體濃度值，并賦予不同的顏色，獲得能夠顯示氣體濃度分布的偽彩色圖；(4)將第一探面陣光電測(cè)器采集圖像或第二面陣光電探測(cè)器采集圖像或第一面陣探測(cè)器采集的圖像加上第二面陣探測(cè)器采集的圖像相加，將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，并與上一步中的偽彩色圖像進(jìn)行圖像融合，此時(shí)獲得的圖像既包含周圍場(chǎng)景也包含偽彩色的二氧化硫煙羽分布。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是采用超窄帶差分成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)二氧化硫氣體成像，差分技術(shù)測(cè)量濃度信息更加準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)。不需要掃描，可實(shí)時(shí)成像，解決了現(xiàn)有方法實(shí)時(shí)成像和準(zhǔn)確測(cè)量不可兼得的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為一種二氧化硫氣體成像儀原理圖；
[0016]圖中1為來(lái)自于目標(biāo)的光束、2為紫外前置望遠(yuǎn)鏡、3為一次像面、4為紫外準(zhǔn)直鏡、5為窄帶濾光片、6為分光棱鏡、7為分束膜、8為第一超窄帶濾光片、9為第一紫外成像鏡、10為第一面陣光電探測(cè)器、11為第二超窄帶濾光片，12為第二紫外成像鏡，13為第二面陣光電探測(cè)器、14為計(jì)算機(jī)。
[0017]圖2為超窄帶濾光片示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0019]—種二氧化硫氣體成像儀，包括紫外前置望遠(yuǎn)鏡2、紫外準(zhǔn)直鏡4、窄帶濾光片5、分光棱鏡6、第一超窄帶濾光片8、第一成像鏡9、第一面陣光電探測(cè)器10、第二超窄帶濾光片11、第二成像鏡12、第二面陣光電13探測(cè)器、計(jì)算機(jī)14。
[0020]在本實(shí)施例中，紫外前置望遠(yuǎn)鏡2、紫外準(zhǔn)直鏡4、分光棱鏡6、分束膜7、第一紫外成像鏡9、第二紫外成像鏡12的光譜透過(guò)率至少包含280nm?320nm光譜范圍；窄帶濾光片的中心波長(zhǎng)在280nm?320nm之間，半高全寬在5?10nm范圍內(nèi)。優(yōu)選的，本實(shí)施例中選用一個(gè)中心波長(zhǎng)為303nm，半高全寬為5nm的窄帶濾光片。
[0021]本實(shí)施例中，第一超窄帶濾光片8的中心波長(zhǎng)與二氧化硫在280nm?320nm光譜范圍內(nèi)的一個(gè)吸收峰重合，半高全寬小于0.5nm，第二超窄帶濾光片11的中心波長(zhǎng)與第一超窄帶濾光片8對(duì)應(yīng)吸收峰長(zhǎng)波方向第一個(gè)鄰近的吸收谷重合，半高全寬小于0.5nm。優(yōu)選的，第一超窄帶濾光片8可選的中心波長(zhǎng)為302nm，半高全寬為0.5nm，第二超窄帶濾光片11可選的中心波長(zhǎng)為303.5nm，半高寬為0.5nm。如圖2所示。
[0022]本實(shí)施例中，第一紫外成像鏡9和第二紫外成像鏡12參數(shù)完全相同，其中紫外鏡頭焦距為50mm，在280nm?320nm范圍內(nèi)有良好的透過(guò)率。
[0023]本實(shí)施例中，第一面陣光電探測(cè)器10和第二面陣光電探測(cè)器13在280nm?320nm范圍內(nèi)具有光電響應(yīng)，可選用紫外增強(qiáng)型CCD面陣相機(jī)。
[0024]本實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)14可用通用臺(tái)式或便攜式計(jì)算機(jī)。
[0025]本實(shí)施例的測(cè)試步驟為:
[0026]1)紫外前置望遠(yuǎn)鏡2將目標(biāo)二氧化硫煙羽成像于一次像面；
[0027]2)通過(guò)紫外準(zhǔn)直鏡4、窄帶濾光片5和分光棱鏡6，將準(zhǔn)直光束分為相同能量的兩路，一路沿原光路輸出，一路偏轉(zhuǎn)九十度方向輸出；
[0028]3)由計(jì)算機(jī)14同步控制第一面陣光電探測(cè)器10和第二面陣光電探測(cè)器13，獲取兩幅不同超窄波段圖像，并由計(jì)算機(jī)14對(duì)兩幅圖進(jìn)行處理，獲得包含二氧化硫濃度分布信息的二維圖像。
[0029]以上所述，僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二氧化硫氣體成像儀，其特征在于，包括紫外前置望遠(yuǎn)鏡(2)、紫外準(zhǔn)直鏡(4)、窄帶濾光片(5)、分光棱鏡(6)、第一超窄帶濾光片(8)、第一成像鏡(9)、第一面陣光電探測(cè)器(10)、第二超窄帶濾光片(11)、第二成像鏡(12)、第二面陣光電探測(cè)器(13)、計(jì)算機(jī)(14);其中第一超窄帶濾光片(8)、第一成像鏡(9)和第一面陣光電探測(cè)器(10)沿原光路依次放置，第二超窄帶濾光片(11)、第二成像鏡(12)和第二面陣光電探測(cè)器(13)在九十度偏轉(zhuǎn)輸出的光路中依次放置，并由計(jì)算機(jī)(14)同步控制第一面陣光電探測(cè)器(10)和第二面陣光電探測(cè)器(13)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硫氣體成像儀，其特征在于，紫外前置望遠(yuǎn)鏡(2)、紫外準(zhǔn)直鏡(4)、分光棱鏡(6)、第一紫外成像鏡(9)、第二紫外成像鏡(11)的光譜透過(guò)率至少包含280nm?320nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硫氣體成像儀，其特征在于，第一超窄帶濾光片(8)和第二超窄帶濾光片(11)的中心波長(zhǎng)均在280nm?320nm之間，半高全寬在5?10nm范圍內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硫氣體成像儀，其特征在于，第一面陣光電探測(cè)器(10)和第二面陣光電探測(cè)器(13)的工作光譜范圍至少包含280nm?320nm。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供的一種二氧化硫氣體成像儀，包括紫外前置望遠(yuǎn)鏡、紫外準(zhǔn)直鏡、窄帶濾光片、分光棱鏡、第一超窄帶濾光片、第一成像鏡、第一探測(cè)器、第二超窄帶濾光片、第二成像鏡、第二探測(cè)器、計(jì)算機(jī)等。該裝置將紫外差分成像技術(shù)與超窄帶差分成像技術(shù)相結(jié)合，形成了一種紫外差分成像的二維可視二氧化硫氣體成像技術(shù)手段。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是采用超窄帶紫外差分成像技術(shù)，不需要掃描，可實(shí)現(xiàn)二氧化硫氣體的實(shí)時(shí)成像，差分方法測(cè)量濃度信息更加準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)實(shí)時(shí)成像和準(zhǔn)確測(cè)量不可兼得的問(wèn)題。
【IPC分類】G01N21/85
【公開號(hào)】CN205067368
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520532721
【發(fā)明人】王新全
【申請(qǐng)人】青島市光電工程技術(shù)研究院
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月21日