一种有毒物质远程识别设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种有毒物质远程识别设备，此设备包括：云台、还包括固定于所述云台上的光反射器(1)、第一光束采集装置(2)、第二光束采集装置(3)、窄带滤光片(4)、中红外热成像装置(5)、拉曼光谱分析装置(6)；还包括与所述云台、所述中红外热成像装置(5)、所述拉曼光谱分析装置(6)均连接的处理器(7)。本实用新型采用云台、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，对有毒物质战剂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；并且灵敏度高，可以检测多种化学战剂和有毒工业化学物质。
【专利说明】
-种有毒物质远程识别设备
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种化学品检测技术，尤其设及一种有毒物质远程识别设备。
【背景技术】
[0002] 化学战剂（Chemical Warfare Agents,简称CWA)和有毒工业化学（Toxic Industrial chemical，简称TIC)物质是大规模杀伤性武器，具有致命的杀伤力，能形成大 面积环境灾难，造成人员、动物甚至植物的大量死亡，破坏生态平衡，对人类社会构成了极 大的威胁。尽管大多数国家缔结了禁止化学武器公约，但化学战剂的研究、生产和使用一直 没有被真正禁止，大量化学武器仍然存在，潜在的化学战争仍然威胁着人类的和平。世界各 国对化学战剂和有毒工业化学物质的探测技术的研究也从来没有间断过.防御生化武器的 袭击是保证国家和人民生命安全的长期而艰巨的任务。
[0003] 目前，国内外研究化学战剂和有毒工业化学物质的探测技术的重点主要集中在提 高探测的灵敏度、准确度和速度的遥测技术研究上。遥测技术具有非接触、安全、宽视场、高 速度等优点，倍受人们的青睐。无需采样准备，测试中传感器不受污染、操作简单、维护方 便，适用于多原子分子、多组分混合物、气体排放的实时探测和分析。遥测技术面临的Ξ个 关键技术难题是：
[0004] 1)由于生化战剂毒性大，浓度很低时就可W达到攻击效果，所W探测器的灵敏度 是非常重要的一个参数。
[0005] 2)由于生化战剂的种类繁多，在实际作战中通常会混合使用，单一的检测一种战 剂不能起到全面预警的效果，所W在一个系统中同时检测多种生化战剂是关键。
[0006] 3)非接触检测不但给防御提供了更长的时间，并且更安全，而用遥测代替采样必 然带来大量的噪声信息，所W提高信噪比也是一个重要环节。
[0007] 傅氏转换红外线光谱分析仪(^Fourier Transform In打ared Spectroscopy,简称 FTIR)光谱遥测技术，通过干设条纹的傅立叶变换获得被测物质的光谱特征，能够同时探测 多种化学战剂，具有整光谱、多通道、高通光量、高精度、宽光谱范围W及高信噪比等优点， 可用于在大气窗口 3um~5um和Sum~12um内有特征吸收光谱的气体分子的测量中，被动 FTIR遥测技术利用太阳、月亮或地面的反射光等自然光源，能进行机动、快速、宽范围探测， 具有极强的隐蔽性，是战场条件下化学战剂遥测的有效方法之一。
[000引另外，远程拉曼光谱仪是确认化学战剂属性的重要检测方法，其原理是利用激光 远程照射可疑化学战剂，产生拉曼散射，然后利用电荷禪合器件(化arge Coupled Device, 简称CCD)来检测产生的光谱。通过现场检测到的拉曼光谱与已保存的图库比对，对样品进 行定性判断。当检测完成后，现场的检测数据会自动储存在仪器的存储器里。检测器的操作 软件可W将现场的检测数据重现并进行更详细的分析，利用高级的算法来处理数据，调用 更加丰富的数据库来比对检测光谱。因此，远程拉曼光谱分析技术可W快速有效地探测出 化学战剂、毒气、毒液、炭痘等生物化学武器的成分，运项技术已经逐步应用于现代军事中 的局部战争和反恐战争。
[0009] 然而，现有的FTIR技术和拉曼光谱分析技术很难进行远程的非接触检测。另外，通 过基于中红外的热像技术无法对有毒物质的属性进行确认，远程拉曼可W确认但是因为激 光的高度定向性，无法对大面积的分布的可W物质进行快速扫描定位。所W现有技术无法 实现快速的定位、确定有毒物质的属性。 【实用新型内容】
[0010] 为了克服现有技术中无法实现快速的定位、确定有毒物质属性的缺点，本实用新 型提供了一种有毒物质远程识别设备。
[0011] 本实用新型提供的有毒物质远程识别设备包括：云台、还包括固定于所述云台上 的光反射器1、第一光束采集装置2、第二光束采集装置3、窄带滤光片4、中红外热成像装置 5、拉曼光谱分析装置6;还包括与所述云台、所述中红外热成像装置5、所述拉曼光谱分析 装置6均连接的处理器7;
[0012] 所述光反射器1包括第一金属面镜11、第二金属面镜12;所述第一金属面镜的中屯、 具有透射孔110,所述第一金属面镜11镜面为抛物面;所述第二金属面镜12的镜面为凸的双 曲面;所述第二金属面镜12的第一焦点与所述第一金属面镜11的焦点重合，所述第二金属 面镜12的焦轴与所述第一金属面镜11的焦轴重合；
[0013] 所述第一金属面镜11和第二金属面镜12的镜面具有平整度参数的值均小于450纳 米的涂层；
[0014] 所述第一光束采集装置2和所述第二光束采集装置3位于W所述第二金属面镜12 的第二焦点为中屯、W预定长度为半径的水平区间内；
[0015] 所述窄带滤光片4位于所述第二光束采集装置3和中红外热成像装置5之间。
[0016] 上述设备还可W具有W下特点：
[0017] 所述光反射器1还包括与所述第一金属面镜11的内侧固定连接并且位于所述透射 孔110外围的中屯、遮光罩13、用于固定所述第一金属面镜11的第一固定结构、用于固定所述 第二金属面镜12的第二固定结构14、用于支撑所述第二固定结构14的前向镜筒15、位于所 述第一金属面镜11和所述第二金属面镜12之间的外围遮光罩16。
[001引上述设备还可W具有W下特点：
[0019] 所述窄带滤光片4的滤光范围为7皿至11.5皿。
[0020] 上述设备还可W具有W下特点：
[0021 ]所述涂层为惰性金属或碳化娃材料。
[0022] 上述设备还可W具有W下特点：
[0023] 所述有毒物质远程识别设备还包括与所述处理器7相连接的显示器。
[0024] 上述设备还可W具有W下特点：
[00巧]所述窄带滤光片4的中屯、波长大于8.9皿且小于9.1皿。
[0026] 上述设备还可W具有W下特点：
[0027] 所述窄带滤光片4的通带宽度大于3. Sum且小于4um。
[002引上述设备还可W具有W下特点：
[0029] 所述窄带滤光片4的峰值透过率大于80%。
[0030] 上述设备还可W具有W下特点：
[0031 ]所述中屯、遮光罩和外围遮光罩为筒形遮光罩。
[0032] 所述前向镜筒15还包括镜筒孔口 151。
[0033] 本实用新型采用云台、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，对有毒物质战剂气团进行 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。本实用新型可 W快速定位可疑区域并确定有毒物质属性，灵敏度高，可W检测多种化学战剂和有毒工业 化学物质。
【附图说明】
[0034] 图1是实施例中有毒物质远程识别设备的结构图；
[0035] 图2是实施例中有毒物质远程识别设备的光反射器的结构图；
[0036] 图3是实施例中大气窗口及滤光片窗口的滤光示意图。
【具体实施方式】
[0037] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新 型实施例中的附图，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中 的特征可W相互任意组合。
[0038] 图1是有毒物质远程识别设备的结构图，此设备包括：云台，还包括固定于云台上 的光反射器1、第一光束采集装置2、第二光束采集装置3、窄带滤光片4、中红外热成像装置 5、拉曼光谱分析装置6;还包括与云台、中红外热成像装置5、拉曼光谱分析装置6均连接的 处理器7。
[0039] 光反射器1包括第一金属面镜11、第二金属面镜12;第一金属面镜11的中屯、具有透 射孔110,第一金属面镜11镜面为抛物面;第二金属面镜12的镜面为凸的双曲面;第二金属 面镜12的第一焦点与第一金属面镜11的焦点重合，第二金属面镜12的焦轴与第一金属面镜 11的焦轴重合。第一光束采集装置2和第二光束采集装置3位于W第二金属面镜12的第二焦 点为中屯、W预定长度为半径的水平区间内，W保证第一光束采集装置2和第二光束采集装 置3位于第一金属面镜11和第二金属面镜12收集的光子的密度最大处，W实现增强的效果。 窄带滤光片4位于第二光束采集装置3和红外热成像装置5之间。
[0040] 第一金属面镜11和第二金属面镜12的镜面具有高平整度的涂层，例如具有平整度 参数的值均小于450纳米的涂层，此涂层可W为惰性金属也可W为碳化娃(SiC)材料，运样 可W保证中红外光线不会被面镜吸收，而是全部反射。该惰性金属可W为销、金或者其它合 金。碳化娃材料的一项独特之处就在于它可W令本实用新型中使用同一种材料来制造镜面 和设备的整体结构，运将缓解不同材料间的热性能差异，从而更好的让光学部分适应高低 溫环境之间的转变而不至于发生严重的变形情况，因为不会导致光学观测的失真。
[0041] 图2是光反射器1的结构图。光反射器1还包括与第一金属面镜11的内侧固定连接 并且位于透射孔110外围的中屯、遮光罩13、用于固定第一金属面镜11的第一固定结构、用于 固定第二金属面镜12的第二固定结构14、用于支撑第二固定结构14的前向镜筒15、位于第 一金属面镜11和第二金属面镜12之间的外围遮光罩16。前向镜筒15还包括镜筒孔口 151。其 中，中屯、遮光罩和外围遮光罩为筒形遮光罩。
[0042] 在光反射器1中第一金属面镜11、第二金属面镜12W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W实现良好的成像性能上的宽视场。
[0043] 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。
[0044] 在光反射器1中第一金属面镜11、第二金属面镜12W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。
[0045] 因为本设备需要进行远程监测和测量，运就需要考虑大气对多光谱的吸收率，所 W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。针对运两种波段，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埃的天体紫外福射，在地面上几乎观测不到，因为2000~3000埃的紫外福射被大气中 的臭氧层吸收，只能穿透到约50公里高度处；1000~2000埃的远紫外福射被氧分子吸收，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埃的福射。3000~7000埃的福射受到的选择吸收很小，主要因大气散射而减弱。水汽分 子是红外福射的主要吸收体。较强的水汽吸收带位于0.71~0.735μπι(微米），0.81~0.84μ m，0.89~0.99皿，1.07~1.20皿，1.3~1.5皿，1.7~2.0皿，2.4~3.化m，4.8~8 . Ομηι。在 13.5~17WI1处出现二氧化碳的吸收带。运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8~13WI1处，最宽的红外窗口在8~13WI1处(9.扣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。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，24.5~42WI1的福射 透过率达30~60%。在海拔3.5公里高度处，能观测到330~3804111、420~4904111、580~6704111 (透过率约30%)的福射，也能观测到670~780μπι(约70%)和800~910μπι(约85%)的福射。 设置窄带滤光片4的滤光范围为7um至11.5um，使用本实用新型中的识别设备时可W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Sum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。
[0046] 窄带滤光片4的规格可W如下，但是不局限于运个规格，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实用新型的 保护范围。此处只是W实际实施案例来说明窄带滤光片的规格要求，如表1所示。
[0047] 表1窄带滤光片的实例规格
[004引
[0049] 将运种窄带滤光片和大气窗口相结合，可W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。运些信息通常在可W见光下是不能够观测到的，尤其是在漆黑的 夜晚或者雾靈天气条件下，所W通过采用红外热成像的窄带滤波，可W将吸收率较高的有 毒物质进行光观测。可W通过运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。
[0050] 表2本本实用新型复合窗口下可W检测的化学战剂（CWA)和有毒工业化学物质 (TIC)
[0化1 ]
[0053] 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，运需要通过借助拉曼 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。
[0054] 本实用新型采用云台、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，对有毒物质战剂气团进行 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。本实用新型可 W快速定位可疑区域并确定有毒物质属性，灵敏度高，可W检测多种化学战剂和有毒工业 化学物质。
[0055] 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W不同，本说明书中所描述的W上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。
[0056] 上面描述的内容可W单独地或者W各种方式组合起来实施，而运些变型方式都在 本实用新型的保护范围之内。
[0057] 在本文中，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从 而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其 他要素，或者是还包括为运种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语 句"包括……"限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要 素。
[0058] W上实施例仅用W说明本实用新型的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对 本实用新型进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可W对本实用新型的技术 方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本 实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种有毒物质远程识别设备，其特征在于，所述设备包括：云台、还包括固定于所述 云台上的光反射器（1)、第一光束采集装置(2)、第二光束采集装置(3)、窄带滤光片(4)、中 红外热成像装置（5)、拉曼光谱分析装置(6);还包括与所述云台、所述中红外热成像装置 (5)、所述拉曼光谱分析装置(6)均连接的处理器(7); 所述光反射器（1)包括第一金属面镜（11)、第二金属面镜（12);所述第一金属面镜的中 心具有透射孔(110)，所述第一金属面镜（11)镜面为抛物面;所述第二金属面镜（12)的镜面 为凸的双曲面;所述第二金属面镜（12)的第一焦点与所述第一金属面镜（11)的焦点重合， 所述第二金属面镜(12)的焦轴与所述第一金属面镜(11)的焦轴重合； 所述第一金属面镜（11)和第二金属面镜（12)的镜面具有平整度参数的值均小于450纳 米的涂层； 所述第一光束采集装置（2)和所述第二光束采集装置（3)位于以所述第二金属面镜 (12)的第二焦点为中心以预定长度为半径的水平区间内； 所述窄带滤光片(4)位于所述第二光束采集装置(3)和中红外热成像装置(5)之间。2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述光反射器（1)还包括与所述第一金属面镜（11)的内侧固定连接并且位于所述透射 孔(110)外围的中心遮光罩(13)、用于固定所述第一金属面镜（11)的第一固定结构、用于固 定所述第二金属面镜（12)的第二固定结构（14)、用于支撑所述第二固定结构（14)的前向镜 筒(15)、位于所述第一金属面镜(11)和所述第二金属面镜(12)之间的外围遮光罩(16)。3. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述窄带滤光片(4)的滤光范围为7um至11 · 5um 〇4. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述涂层为惰性金属或碳化硅材料。5. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述有毒物质远程识别设备还包括与所述处理器(7)相连接的显示器。6. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述窄带滤光片(4)的中心波长大于8.9um且小于9. lum。7. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述窄带滤光片(4)的通带宽度大于3.8um且小于4um。8. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述窄带滤光片(4)的峰值透过率大于80%。9. 如权利要求2所述的设备，其特征在于， 所述中心遮光罩和外围遮光罩为筒形遮光罩。10. 如权利要求2所述的设备，其特征在于， 所述前向镜筒（15)还包括镜筒孔门（151)。
【文档编号】G01N21/65GK205620306SQ201620034516
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】王占仓, 夏征
【申请人】北京华泰诺安探测技术有限公司