一种有毒物质远程识别设备及识别方法_3

文档序号:9785365阅读:来源:国知局
4的前向镜筒15、位于第 一金属镜面11和第二金属面镜12之间的外围遮光罩16。前向镜筒15还包括镜筒孔门151。其 中,中心遮光罩和外围遮光罩为筒形遮光罩。
[0056] 在光反射器1中第一金属面镜11、第二金属面镜12以及第一金属面镜11的透射孔 110的设计方式的优点是可在第一金属面镜11后方便地附加中红外热成像装置5、拉曼光谱 分析装置6,可以实现良好的成像性能上的宽视场。
[0057] 为了使观察方便,有毒物质远程识别设备还包括与处理器7相连接的显示器。
[0058] 在光反射器1中第一金属面镜11、第二金属面镜12以及第一金属面镜11的透射孔 110的设计方式下,水平光射入第一金属面镜11后,由第一金属面镜11对水平入射光进行反 射,将光束反射到第二金属面镜12上,再由第二金属面镜12反射后射出聚合光波波束,供第 一光束采集装置2和第二光束采集装置3采集。
[0059] 因为本设备需要进行远程监测和测量,这就需要考虑大气对多光谱的吸收率,所 以选择合适的红外和拉曼激发光波段尤为重要。图3是实施例中大气窗口及窄带滤光片窗 口的滤光示意图。图3的横坐标为波长(单位为微米),纵坐标为吸收率。图中具有单向斜线 填充的部分为大气窗口 W1,具有水平和垂直线的方格填充部分为窄带滤光片窗口 W2,两者 的交集部分为复合识别窗口 W3。针对这两种波段,拉曼激发波段和红外波段分别位于大气 窗口的可见光学窗口和红外窗口,对于可见光窗口,可见光波长约3000~7000埃。波长短于 3000埃的天体紫外辐射,在地面上几乎观测不到,因为2000~3000埃的紫外辐射被大气中 的臭氧层吸收,只能穿透到约50公里高度处;1000~2000埃的远紫外辐射被氧分子吸收,只 能到达约100公里的高度;而大气中的氧原子、氧分子、氮原子、氮分子则吸收了波长短于 1000埃的辐射。3000~7000埃的辐射受到的选择吸收很小,主要因大气散射而减弱。水汽分 子是红外辐射的主要吸收体。较强的水汽吸收带位于0.71~0.735μπι(微米),0.81~0.84μ m,0·89~0·99ym,1·07~1·20ym,1·3~1·5ym,1·7~2·Oym,2·4~3·3ym,4·8~8·Oym。在 13.5~17μπι处出现二氧化碳的吸收带。这些吸收带间的空隙形成一些红外窗口。其中较宽 的红外窗口为8~13μπι处,最宽的红外窗口在8~13μπι处(9.5μ附近有臭氧的吸收带),如图 中斜线填充处所示。17~22μπι是半透明窗口。22μπι以后直到1毫米波长处,由于水汽的严重 吸收,对地面的观测者来说完全不透明。但在海拔高、空气干燥的地方,24.5~42μπι的辐射 透过率达30~60%。在海拔3.5公里高度处,能观测到330~38(^111、420~49(^111、580~67(^111 (透过率约30%)的辐射,也能观测到670~780μπι(约70%)和800~910μπι(约85%)的辐射。 设置窄带滤光片4的滤光范围为7um至11.5um,使用本发明中的识别设备时可以使此窄带滤 光片与大气窗口的综合作用,对于红外吸收特征光谱在波长在8um至11 · 5um的化学战剂和 有毒工业化学物质进行滤波提取,屏蔽该波长范围之外的光谱信息。
[0060] 窄带滤光片4的规格可以如下,但是不局限于这个规格,只要是能实现大气窗口和 此窄带滤光片4综合形成的复合识别窗口能够对CWA和TIC进行识别的都属于本发明的保护 范围。此处只是以实际实施案例来说明窄带滤光片的规格要求,如表1所示。
[0061] 表1窄带滤光片的实例规格
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[0063]将这种窄带滤光片和大气窗口相结合,可以实现远程对于有毒工业化学气体团的 检测。一旦检测到在此波段具有较大吸收谱的物质,在远程热成像仪中观测到的光学气体 成像的轮廓和扩散方向。这些信息通常在可以见光下是不能够观测到的,尤其是在漆黑的 夜晚或者雾霾天气条件下,所以通过采用红外热成像的窄带滤波,可以将吸收率较高的有 毒物质进行光观测。可以通过这种光学气体热成像检测的化学战剂和有毒工业化学物质, 在Sum至11.5um的中红外波段上呈现出深色轮廓。具有中红外吸收特性的化学战剂和有毒 工业化学物质列在表2当中。
[0064]表2本发明复合窗口下可以检测的化学战剂(CWA)和有毒工业化学物质(TIC)
[0065]
[0066] 通过中红外热成像装置5的成像数据中确定颜色较深的气团处可能存在可疑气 体,但是仅仅靠光学气体热成像技术是不能够精确确认气体属性的,这需要通过借助拉曼 光谱分析装置6对气体进行光谱分析,获得可疑气团的拉曼光谱,通过检索化学战剂和有毒 工业化学物质数据库进行识别匹配,最终获得可疑气团的确切属性。
[0067] 图4是实施例中有毒物质远程识别方法的流程图,使用上述有毒物质远程识别设 备进行有毒物质远程识别方法包括:
[0068]步骤401,处理器7控制云台循环转动,并控制中红外热成像装置5通过第一光束采 集装置2和窄带滤光片4米集依次经由光反射器1的第一金属面镜11和第二金属面镜12反射 的光波波束,将经过光电转换后电信号发送至处理器7,处理器7计算获得中红外热成像数 据。
[0069]步骤402,处理器7根据热成像处理分析获得可疑气体的密度分布信息,定位密度 最大的区域方位,控制云台进行转动,使拉曼光谱分析装置6的激光发射方向对准密度最大 的区域方位所对应的方向。
[0070] 步骤403,处理器7控制拉曼光谱分析装置6通过激光光源发射单色光,使所发射的 单色光通过光反射器1的第一金属面镜光11的透射孔110到达第二金属面镜12、再由第二金 属面镜12反射到第一金属面镜11、再由第一金属面镜11发散;拉曼光谱分析装置6通过第二 光束采集装置3采集依次经由第一金属面镜11和第二金属面镜12反射的光波波束,将经过 光电转换后的电信号发送至处理器7,处理器7计算获得拉曼光谱数据。
[0071] 步骤404,处理器7将光谱数据与光谱库中的各化学战剂和各有毒工业化学物质的 标准光谱进行对比,确定与可疑气体区域的拉曼光谱的匹配程度最大的标准拉曼光谱;
[0072] 步骤405,判断可疑气体区域的拉曼光谱与此标准拉曼光谱的差异是否大于预设 阈值,如果是,执行步骤S106,否则,转回到步骤101。
[0073] 步骤106,确定检测到化学战剂或有毒工业化学物质并报警,流程结束。
[0074]本方法的上述步骤402中还包括:所述处理器7根据成像数据确定图像中存在可疑 气体区域后发出检测到可疑气体的报警;步骤404中确定未检测到化学战剂或有毒工业化 学物质时,解除上述检测到可疑气体的报警。
[0075]本发明采用云台、光反射器、中红外热成像装置和拉曼光谱分析装置进行联动实 现融合识别,对有毒物质进行远程的扫描探测和识别确认,对远程有毒物质气团进行全方 位有效监视、识别并告警,具有广域的监视范围及一定的无人值守能力。本发明可以快速定 位可疑区域并确定有毒物质属性,灵敏度高,可以检测多种化学战剂和有毒工业化学物质。
[0076] 此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零部件的形状、所取名 称等可以不同,本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。
[0077] 上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施,而这些变型方式都在 本发明的保护范围之内。
[0078] 在本文中,术语"包括"、"包含"或者其任何
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