基于吸收光谱遥感技术的多种危险气体监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多种危险气体同时测量方法，具体地，涉及基于吸收光谱遥感技术的 多种危险气体监测系统，尤其是一种基于红外吸收光谱遥感技术的自由空间多组分危险气 体远程（飞行器，或无人）机载测量和反向追踪定位的系统。
【背景技术】
[0002] 从检测原理进行分类，气体浓度、种类的检测方法主要包括电阻式气敏元件测量 法、超声技术测量法、气象色谱测量法、载体催化燃烧法、示踪气体浓度衰减法、光干涉测量 法、光谱吸收气体测量法。
[0003] 1)电阻式气敏元件测量法：利用电阻式气敏元件的阻值与周围气体浓度有确定 性关系的特点，通过测量气敏元件的电阻值即可获得待测气体的浓度；
[0004] 2)超声技术测量法：超声波在某种气体中的传播速度与当前气体温度和气体性 质有一定的关系，通过测量其传输速度和气体温度就可以推算出气体浓度；
[0005] 3)气象色谱测量法：不同气体在通过色谱柱时期速度不同，不同浓度气体的色谱 存在明显差异，利用该特点可以获得气体浓度；
[0006] 4)载体催化燃烧法：以催化载体型气敏元件作为浓度的传感器，当可燃气体在元 件表面催化燃烧后，电阻增加，其增量与可燃气体的浓度成正比，通过测量其电阻增量即可 获取可燃气体浓度；
[0007] 5)示踪气体浓度衰减法：向被测空间注入一定量的示踪气体，在通风后使示踪气 体的浓度得到稀释，通过测量示踪气体浓度的变化，间接求出通风量；
[0008] 6)光干涉测量法：同一光源发出的光被分为两路光，经不同传输路径后汇集到一 起，通过光干涉现象体现其光程差，由于光程差与路径上的气体成分、浓度、折射率关联，可 获取气体浓度；
[0009] 7)光谱吸收气体测量法：光在气体中传播时，特定气体分子将对特定波长光进行 吸收，通过测量激光通过气体传输后的吸收谱特性和光强，可以获取气体分子的浓度和种 类。
[0010] 现有技术存在的不足之处主要在于：
[0011] -在自由空间状态下，对难以接近区域的气体参数进行有效测量：上述1)、3)、4) 三种方法需要将检测元件放置于气体内，对于难以接近的区域是很难实现的；上述2)、3)、 5)、6)则均需要构建发射装置、接收装置和样品空间，其样品空间通常需要对现场气体进行 抽样，对于难以接近的区域实际上是难以实现的。
[0012] -现有测量方法需要获取较准确的气压、温度等环境参数，但在很多情况下这些环 境参数难以有效获取，导致测量误差较大；
[0013] -除7)以外，其他测量方法均难以通过测量结果直接判断气体类型。另外，光谱吸 收气体测量法是一种可以实现对自由空间气体进行遥测的方法，但现有基于光谱吸收的技 术中，要么一台仪器只能检测出一种危险气体，并能确定危险气体的类型；要么一台仪器能 同时检测出多种危险气体，但不确定各种危险气体的类型；仪器只能定点检测，或者在地面 附近由人或者车载工具移动检测；仪器不能给出危险气体的具体浓度值，或者给出的浓度 值不够准确，只能用于超限报警。
[0014] 经检索，发现如下相关专利文献。
[0015] 申请（专利）号：CN200720020787. 3
[0016] 名称：实时移动遥测有毒易燃气体的检测仪
[0017] 该专利文献公开了一种实时移动遥测有毒易燃气体的检测仪，由反射镜、镜筒、防 尘片、光电探测器、激光器、准直镜DSP信号处理器和激光驱动器组成，反射镜安装在镜筒 的左端部，凹面向右，在反射镜的聚焦点处安装有光电探测器和DSP信息处理器的接口；在 镜筒的右端部安装有激光器准直镜和激光驱动器的接口，准直镜与光电探测器和反射镜同 轴线；激光驱动器及DSP信息处理器共同单独封装在一个仪器盒内，通过电缆和光纤分别 与光电探测器和准直镜联接。在激光器准直镜与光电探测器之间设有防尘片，防尘片固定 在镜筒上。
[0018] 该专利文献的缺点至少包括如下几点：
[0019] 1、该专利文献公开的技术方案采用的激光接收系统是同轴单个非球面组成的反 射式结构形式，接收系统受单个镜面校正大视场像差能力的限制，轴外大视场的成像存在 很大的像散和彗差，所以无法满足多路激光系统地物目标的同时接收，从而无法实现多组 分危险气体的同时探测。这种同轴式结构无法避免对激光信号中心遮拦的问题，至少激光 回波能量的25%被损失，系统通过增大口径来弥补能量，但是仪器体积增大，为了实现同等 能力的探测灵敏度，光学设计的难度增加；这种结构中的主镜面中心一般为开孔形式，是为 了实现激光能量的收集，但是往往存在轴外视场直射杂散光的问题，从而干扰正常成像；大 视场、快焦比、宽波段、无任何中心遮拦透射式结构相比同等口径反射式结构而言，光学效 率更高，成像质量优良，光学容差更大，仪器容易实现、抗振性能好、且外形尺寸更紧凑。
[0020] 2、该专利文献公开的技术方案的使用范围限于检测生产现场和非生产现场的有 毒易燃气体的浓度，主要局限于地面附近，检测范围有限。要想远离地面在空中工作，实现 在一定空域范围内移动检测的问题，必须依赖于飞行器。
[0021] 3、该专利文献公开的技术方案仪器在探测器前没有加装滤光片，在有太阳光干扰 的外场条件下不能正常完成气体检测。
[0022] 4、该专利文献公开的技术方案仪器本身没有自定标系统，检测现场的温度气压与 出厂标定时的温度气压发生变化时，很难准确给出各种危险气体的浓度信息。
[0023] 5、该专利文献公开的技术方案仪器局限于现场检测，很难在大区域的电子地图上 准确描绘出各个空间点位置上不同危险气体的实时分布图和扩散趋势图。
【发明内容】
[0024] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于吸收光谱遥感技术的多种 危险气体监测系统。
[0025] 根据本发明提供的一种基于吸收光谱遥感技术的多种危险气体监测系统，包括空 中系统，所述空中系统包括飞行器平台和搭载于飞行器平台上的激光雷达模块；
[0026] 所述激光雷达模块包括：激光发射子模块、激光回波接收子模块、气体浓度自标定 子模块；
[0027] 所述激光发射子模块，用于向地面发射不同波长的激光，其中，各个波长与各种特 定危险气体的吸收光谱特征峰之间分别一一对应；
[0028] 激光回波接收子模块，用于接收被地面反射回的激光，得到反射激光数据；
[0029] 气体浓度自标定子模块包括多组浓度标定组件，每组浓度标定组件包括依次设置 的分束镜、气体吸收池以及光探测器B ;各组浓度标定组件中的气体吸收池内分别充有已 知浓度(；的所述各种特定危险气体；在每组浓度标定组件中，分束镜用于对激光发射子模 块发射的激光进行分束，并将分束得到的激光能量入射气体吸收池；光探测器B用于接收 已经过气体吸收池的激光能量，得到吸收激光数据。
[0030] 优选地，所述激光回波接收子模块包括依次设置的光学镜片组、多组激光回波接 收组件；
[0031] 光学镜片组用于将从地面反射回的激光收集提供给各组激光回波接收组件；
[0032] 每组激光回波接收组件包括依次设置的滤光片A以及光探测器A ;从地面反射回 的激光经过滤光片A射向光探测器A，进而光探测器A得到反射激光数据；
[0033] 其中，各组激光回波接收组件中的滤光片A所选取的波长与各种特定危险气体的 吸收光谱特征峰之间分别一一对应。
[0034] 优选地，气体吸收池是长条形的密封玻璃管，玻璃管长度方向上的两端分别是入 射窗口、出射窗口。
[0035] 优选地，还包括数字信号处理单元；
[0036] 所述数字信号处理单元，用于根据所述反射激光数据、吸收激光数据，计算待测气 体的浓度值C a。
[0037] 优选地，所述反射激光数据包括Plfa、P2fa;所述吸收激光数据包括P lft、P2fl^
[0038] 所述计算待测气体的浓