一種二氧化硫氣體成像儀的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及光學成像技術(shù)領域，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，對污染源排放二氧化硫進行監(jiān)測一直是近年來環(huán)境監(jiān)測領域關注的重點。對于二氧化硫排放污染源，如煙囪等煙羽的二氧化硫探測，常用光學遙測的方法，如差分光學吸收光譜法、差分吸收激光雷達法和紫外成像法。其中差分光學吸收光譜法和差分吸收激光雷達法，均具有較好的測量精度，但是由于是單點測量，難以準確定位，如果要得到整個煙羽圖像，需要進行長時間的點掃描匯集成二氧化硫濃度分布圖像，實際使用時會遇到一些困難，一方面需要設備本身有復雜的對準和精密掃描機構(gòu)，另一方面對于動態(tài)煙羽，無法實現(xiàn)實時成像。現(xiàn)有的紫外成像法，采用兩個光譜通道差分成像，一個通道在280nm?320nm的二氧化硫特征吸收光譜帶范圍內(nèi)，一個通道在320nm以上的非吸收帶范圍內(nèi)，雖然能夠?qū)崟r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確性和實時性是一個急需解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有的二氧化硫探測裝置存在的探測時易受到其它氣體或顆粒物的干擾、無法實現(xiàn)實時成像、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的準確性和實時性的問題，具有設備結(jié)構(gòu)簡單、成像精度更高，抗干擾能力更強等優(yōu)點。
[0004]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0005]為實現(xiàn)上述的目的，本實用新型提供的一種二氧化硫成像遙測裝置，包括紫外前置望遠鏡、紫外準直鏡、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、計算機等，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，實現(xiàn)了二氧化硫氣體的實時成像，并使差分方法測量二氧化硫濃度信息更加準確，抗干擾能力強。
[0006]本實用新型所采用的測試方法是:紫外前置望遠鏡將目標二氧化硫煙羽成像于一次像面，紫外準直鏡將成像光束準直，在準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。由計算機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，在計算機中對兩幅圖進行處理，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鏡、紫外準直鏡、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?10nm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應吸收峰長波方向第一個鄰近的吸收谷重合，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。
[0013]所述的計算機對兩幅圖像的處理包括:(1)將原始圖像進行校正，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)果取絕對值，獲得差分圖像；(3)結(jié)合計算機中的物理模型，將差分圖像中的像素值對應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行圖像融合，此時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，本實用新型的有益效果是采用超窄帶差分成像技術(shù)實現(xiàn)二氧化硫氣體成像，差分技術(shù)測量濃度信息更加準確，抗干擾能力強。不需要掃描，可實時成像，解決了現(xiàn)有方法實時成像和準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1為來自于目標的光束、2為紫外前置望遠鏡、3為一次像面、4為紫外準直鏡、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為計算機。
[0017]圖2為超窄帶濾光片示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0019]—種二氧化硫氣體成像儀，包括紫外前置望遠鏡2、紫外準直鏡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、計算機14。
[0020]在本實施例中，紫外前置望遠鏡2、紫外準直鏡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?10nm范圍內(nèi)。優(yōu)選的，本實施例中選用一個中心波長為303nm，半高全寬為5nm的窄帶濾光片。
[0021]本實施例中，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對應吸收峰長波方向第一個鄰近的吸收谷重合，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，可選用紫外增強型CCD面陣相機。
[0024]本實施例中，計算機14可用通用臺式或便攜式計算機。
[0025]本實施例的測試步驟為:
[0026]1)紫外前置望遠鏡2將目標二氧化硫煙羽成像于一次像面；
[0027]2)通過紫外準直鏡4、窄帶濾光片5和分光棱鏡6，將準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)由計算機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，并由計算機14對兩幅圖進行處理，獲得包含二氧化硫濃度分布信息的二維圖像。
[0029]以上所述，僅為本實用新型的實施例，并不用以限制本實用新型，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本實用新型技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種二氧化硫氣體成像儀，其特征在于，包括紫外前置望遠鏡(2)、紫外準直鏡(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)、計算機(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，并由計算機(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，紫外前置望遠鏡(2)、紫外準直鏡(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?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。
【專利摘要】本實用新型提供的一種二氧化硫氣體成像儀，包括紫外前置望遠鏡、紫外準直鏡、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、計算機等。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，可實現(xiàn)二氧化硫氣體的實時成像，差分方法測量濃度信息更加準確，抗干擾能力強，解決了現(xiàn)有技術(shù)實時成像和準確測量不可兼得的問題。
【IPC分類】G01N21/85
【公開號】CN205067368
【申請?zhí)枴緾N201520532721
【發(fā)明人】王新全
【申請人】青島市光電工程技術(shù)研究院
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年7月21日