一種二氧化硫氣體成像儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(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)測一直是近年來環(huán)境監(jiān)測領(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，常用光學(xué)遙測的方法，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，均具有較好的測量精度，但是由于是單點(diǎn)測量，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)急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的二氧化硫探測裝置存在的探測時(shí)易受到其它氣體或顆粒物的干擾、無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像、測量誤差較大等問題，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)性的問題，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成像精度更高，抗干擾能力更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供的一種二氧化硫成像遙測裝置，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、第一探測器、第二超窄帶濾光片、第二成像鏡、第二探測器、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，并使差分方法測量二氧化硫濃度信息更加準(zhǔn)確，抗干擾能力強(qiáng)。
[0006]本發(fā)明所采用的測試方法是: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，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器，第一面陣光電探測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器，第二面陣光電探測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器和第二面陣光電探測器，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。
[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在280nm?320nm之間，半高全寬在5?1nm范圍內(nèi)。
[0009]所述的第一超窄帶濾光片的中心波長與二氧化硫在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與第一超窄帶濾光片對(duì)應(yīng)吸收峰長波方向第一個(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波長均在上述窄帶濾光片的透過光譜范圍內(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器和第二面陣光電探測器在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:(I)將原始圖像進(jìn)行校正，包括幾何校正、平場校正和輻射度校正；(2)將第二探面陣光電測器采集圖像減去第一面陣光電探測器采集圖像，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器采集圖像或第二面陣光電探測器采集圖像或第一面陣探測器采集的圖像加上第二面陣探測器采集的圖像相加，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，本發(fā)明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)確測量不可兼得的問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為一種二氧化硫氣體成像儀原理圖；
[0016]圖中I為來自于目標(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)本發(fā)明實(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)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(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，都屬于本發(fā)明保護(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的光譜透過率至少包含280nm?320nm光譜范圍；窄帶濾光片的中心波長在280nm?320nm之間，半高全寬在5?1nm范圍內(nèi)。優(yōu)選的，本實(shí)施例中選用一個(gè)中心波長為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的中心波長與第一超窄帶濾光片8對(duì)應(yīng)吸收峰長波方向第一個(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)有良好的透過率。
[0023]本實(shí)施例中，第一面陣光電探測器10和第二面陣光電探測器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)施例的測試步驟為:
[0026]I)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器10和第二面陣光電探測器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]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)試紙對(duì)以上實(shí)施例所作出的任何細(xì)微修改、等同替換或改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(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，該裝置包括紫外前置望遠(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器(10)和第二面陣光電探測器(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)的光譜透過率光譜范圍至少包含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)的中心波長均在280nm?320nm之間，半高全寬在5?1nm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，第一面陣光電探測器(10)和第二面陣光電探測器(13)的工作光譜范圍至少包含280nm?320nm。5.一種二氧化硫氣體成像測試方法，其特征在于測試步驟為: 1)通過紫外前置望遠(yuǎn)鏡(2)將目標(biāo)二氧化硫煙羽成像于一次像面； 2)通過紫外準(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； 3)由計(jì)算機(jī)(14)同步控制第一面陣光電探測器(10)和第二面陣光電探測器(13)，獲取兩幅不同超窄波段圖像，并在計(jì)算機(jī)中對(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。
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種二氧化硫成像遙測裝置，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、第一探測器、第二超窄帶濾光片、第二成像鏡、第二探測器、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，本發(fā)明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)確測量不可兼得的問題。
【IPC分類】G01N21/85
【公開號(hào)】CN105044113
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510432326
【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】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月21日