一种二氧化硫气体成像仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种二氧化硫气体成像仪。
【背景技术】
[0002]二氧化硫是一种主要的大气污染物，对污染源排放二氧化硫进行监测一直是近年来环境监测领域关注的重点。对于二氧化硫排放污染源，如烟囱等烟羽的二氧化硫探测，常用光学遥测的方法，如差分光学吸收光谱法、差分吸收激光雷达法和紫外成像法。其中差分光学吸收光谱法和差分吸收激光雷达法，均具有较好的测量精度，但是由于是单点测量，难以准确定位，如果要得到整个烟羽图像，需要进行长时间的点扫描汇集成二氧化硫浓度分布图像，实际使用时会遇到一些困难，一方面需要设备本身有复杂的对准和精密扫描机构，另一方面对于动态烟羽，无法实现实时成像。现有的紫外成像法，采用两个光谱通道差分成像，一个通道在280nm?320nm的二氧化硫特征吸收光谱带范围内，一个通道在320nm以上的非吸收带范围内，虽然能够实时获取二维图像，但是由于光谱带宽太宽，容易受到其它气体或颗粒物的干扰，精度难以提高。兼顾二氧化硫成像的准确性和实时性是一个急需解决的问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是针对现有的二氧化硫探测装置存在的探测时易受到其它气体或颗粒物的干扰、无法实现实时成像、测量误差较大等问题，提供了一种二氧化硫气体成像仪。该装置有效结合紫外差分成像技术和超窄带差分成像技术，形成了一种紫外差分成像的二维可视二氧化硫气体成像技术手段，有效解决现有技术难以兼顾二氧化硫成像时的准确性和实时性的问题，具有设备结构简单、成像精度更高，抗干扰能力更强等优点。
[0004]本实用新型采用的技术方案如下:
[0005]为实现上述的目的，本实用新型提供的一种二氧化硫成像遥测装置，包括紫外前置望远镜、紫外准直镜、窄带滤光片、分光棱镜、第一超窄带滤光片、第一成像镜、第一探测器、第二超窄带滤光片、第二成像镜、第二探测器、计算机等，该装置将紫外差分成像技术与超窄带差分成像技术相结合，实现了二氧化硫气体的实时成像，并使差分方法测量二氧化硫浓度信息更加准确，抗干扰能力强。
[0006]本实用新型所采用的测试方法是:紫外前置望远镜将目标二氧化硫烟羽成像于一次像面，紫外准直镜将成像光束准直，在准直光路中放入窄带滤光片，使感兴趣谱段光谱透过，其后光路中放置一分光棱镜，将准直光束分为相同能量的两路，一路沿原光路输出，一路偏转九十度方向输出。在沿原光路输出的光路中依次放入第一超窄带滤光片、第一成像镜和第一面阵光电探测器，第一面阵光电探测器的感光面与第一成像镜的像面重合。在九十度偏转输出的光路中依次放入第二超窄带滤光片、第二成像镜和第二面阵光电探测器，第二面阵光电探测器的感光面与第二成像镜的像面重合。由计算机同步控制第一面阵光电探测器和第二面阵光电探测器，获取两幅不同超窄波段图像，在计算机中对两幅图进行处理，获取包含二氧化硫浓度分布信息的二维图像并显示出来。
[0007]所述的紫外前置望远镜、紫外准直镜、分光棱镜、分束膜、第一紫外成像镜、第二紫外成像镜的光谱透过率至少包含280nm?320nm光谱范围；
[0008]所述的窄带滤光片的中心波长在280nm?320nm之间，半高全宽在5?10nm范围内。
[0009]所述的第一超窄带滤光片的中心波长与二氧化硫在280nm?320nm光谱范围内的一个吸收峰重合，半高全宽小于0.5nm，第二超窄带滤光片的中心波长与第一超窄带滤光片对应吸收峰长波方向第一个邻近的吸收谷重合，半高全宽小于0.5nm。
[0010]所述的第一超窄带滤光片和第二超窄带滤光片的透过波长均在上述窄带滤光片的透过光谱范围内。
[0011]所述的第一紫外成像镜和第二紫外成像镜参数完全相同。
[0012]所述的第一面阵光电探测器和第二面阵光电探测器在280nm?320nm范围内具有光电响应。
[0013]所述的计算机对两幅图像的处理包括:(1)将原始图像进行校正，包括几何校正、平场校正和辐射度校正；(2)将第二探面阵光电测器采集图像减去第一面阵光电探测器采集图像，并将结果取绝对值，获得差分图像；(3)结合计算机中的物理模型，将差分图像中的像素值对应到具体的气体浓度值，并赋予不同的颜色，获得能够显示气体浓度分布的伪彩色图；(4)将第一探面阵光电测器采集图像或第二面阵光电探测器采集图像或第一面阵探测器采集的图像加上第二面阵探测器采集的图像相加，将图像转换为灰度图像，并与上一步中的伪彩色图像进行图像融合，此时获得的图像既包含周围场景也包含伪彩色的二氧化硫烟羽分布。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是采用超窄带差分成像技术实现二氧化硫气体成像，差分技术测量浓度信息更加准确，抗干扰能力强。不需要扫描，可实时成像，解决了现有方法实时成像和准确测量不可兼得的问题。
【附图说明】
[0015]图1为一种二氧化硫气体成像仪原理图；
[0016]图中1为来自于目标的光束、2为紫外前置望远镜、3为一次像面、4为紫外准直镜、5为窄带滤光片、6为分光棱镜、7为分束膜、8为第一超窄带滤光片、9为第一紫外成像镜、10为第一面阵光电探测器、11为第二超窄带滤光片，12为第二紫外成像镜，13为第二面阵光电探测器、14为计算机。
[0017]图2为超窄带滤光片示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0019]—种二氧化硫气体成像仪，包括紫外前置望远镜2、紫外准直镜4、窄带滤光片5、分光棱镜6、第一超窄带滤光片8、第一成像镜9、第一面阵光电探测器10、第二超窄带滤光片11、第二成像镜12、第二面阵光电13探测器、计算机14。
[0020]在本实施例中，紫外前置望远镜2、紫外准直镜4、分光棱镜6、分束膜7、第一紫外成像镜9、第二紫外成像镜12的光谱透过率至少包含280nm?320nm光谱范围；窄带滤光片的中心波长在280nm?320nm之间，半高全宽在5?10nm范围内。优选的，本实施例中选用一个中心波长为303nm，半高全宽为5nm的窄带滤光片。
[0021]本实施例中，第一超窄带滤光片8的中心波长与二氧化硫在280nm?320nm光谱范围内的一个吸收峰重合，半高全宽小于0.5nm，第二超窄带滤光片11的中心波长与第一超窄带滤光片8对应吸收峰长波方向第一个邻近的吸收谷重合，半高全宽小于0.5nm。优选的，第一超窄带滤光片8可选的中心波长为302nm，半高全宽为0.5nm，第二超窄带滤光片11可选的中心波长为303.5nm，半高宽为0.5nm。如图2所示。
[0022]本实施例中，第一紫外成像镜9和第二紫外成像镜12参数完全相同，其中紫外镜头焦距为50mm，在280nm?320nm范围内有良好的透过率。
[0023]本实施例中，第一面阵光电探测器10和第二面阵光电探测器13在280nm?320nm范围内具有光电响应，可选用紫外增强型CCD面阵相机。
[0024]本实施例中，计算机14可用通用台式或便携式计算机。
[0025]本实施例的测试步骤为:
[0026]1)紫外前置望远镜2将目标二氧化硫烟羽成像于一次像面；
[0027]2)通过紫外准直镜4、窄带滤光片5和分光棱镜6，将准直光束分为相同能量的两路，一路沿原光路输出，一路偏转九十度方向输出；
[0028]3)由计算机14同步控制第一面阵光电探测器10和第二面阵光电探测器13，获取两幅不同超窄波段图像，并由计算机14对两幅图进行处理，获得包含二氧化硫浓度分布信息的二维图像。
[0029]以上所述，仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种二氧化硫气体成像仪，其特征在于，包括紫外前置望远镜(2)、紫外准直镜(4)、窄带滤光片(5)、分光棱镜(6)、第一超窄带滤光片(8)、第一成像镜(9)、第一面阵光电探测器(10)、第二超窄带滤光片(11)、第二成像镜(12)、第二面阵光电探测器(13)、计算机(14);其中第一超窄带滤光片(8)、第一成像镜(9)和第一面阵光电探测器(10)沿原光路依次放置，第二超窄带滤光片(11)、第二成像镜(12)和第二面阵光电探测器(13)在九十度偏转输出的光路中依次放置，并由计算机(14)同步控制第一面阵光电探测器(10)和第二面阵光电探测器(13)。2.根据权利要求1所述的一种二氧化硫气体成像仪，其特征在于，紫外前置望远镜(2)、紫外准直镜(4)、分光棱镜(6)、第一紫外成像镜(9)、第二紫外成像镜(11)的光谱透过率至少包含280nm?320nm。3.根据权利要求1所述的一种二氧化硫气体成像仪，其特征在于，第一超窄带滤光片(8)和第二超窄带滤光片(11)的中心波长均在280nm?320nm之间，半高全宽在5?10nm范围内。4.根据权利要求1所述的一种二氧化硫气体成像仪，其特征在于，第一面阵光电探测器(10)和第二面阵光电探测器(13)的工作光谱范围至少包含280nm?320nm。
【专利摘要】本实用新型提供的一种二氧化硫气体成像仪，包括紫外前置望远镜、紫外准直镜、窄带滤光片、分光棱镜、第一超窄带滤光片、第一成像镜、第一探测器、第二超窄带滤光片、第二成像镜、第二探测器、计算机等。该装置将紫外差分成像技术与超窄带差分成像技术相结合，形成了一种紫外差分成像的二维可视二氧化硫气体成像技术手段。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是采用超窄带紫外差分成像技术，不需要扫描，可实现二氧化硫气体的实时成像，差分方法测量浓度信息更加准确，抗干扰能力强，解决了现有技术实时成像和准确测量不可兼得的问题。
【IPC分类】G01N21/85
【公开号】CN205067368
【申请号】CN201520532721
【发明人】王新全
【申请人】青岛市光电工程技术研究院
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年7月21日