基于吸收光譜遙感技術(shù)的多種危險氣體監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多種危險氣體同時測量方法，具體地，涉及基于吸收光譜遙感技術(shù)的 多種危險氣體監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是一種基于紅外吸收光譜遙感技術(shù)的自由空間多組分危險氣 體遠程（飛行器，或無人）機載測量和反向追蹤定位的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 從檢測原理進行分類，氣體濃度、種類的檢測方法主要包括電阻式氣敏元件測量 法、超聲技術(shù)測量法、氣象色譜測量法、載體催化燃燒法、示蹤氣體濃度衰減法、光干涉測量 法、光譜吸收氣體測量法。
[0003] 1)電阻式氣敏元件測量法：利用電阻式氣敏元件的阻值與周圍氣體濃度有確定 性關(guān)系的特點，通過測量氣敏元件的電阻值即可獲得待測氣體的濃度；
[0004] 2)超聲技術(shù)測量法：超聲波在某種氣體中的傳播速度與當(dāng)前氣體溫度和氣體性 質(zhì)有一定的關(guān)系，通過測量其傳輸速度和氣體溫度就可以推算出氣體濃度；
[0005] 3)氣象色譜測量法：不同氣體在通過色譜柱時期速度不同，不同濃度氣體的色譜 存在明顯差異，利用該特點可以獲得氣體濃度；
[0006] 4)載體催化燃燒法：以催化載體型氣敏元件作為濃度的傳感器，當(dāng)可燃氣體在元 件表面催化燃燒后，電阻增加，其增量與可燃氣體的濃度成正比，通過測量其電阻增量即可 獲取可燃氣體濃度；
[0007] 5)示蹤氣體濃度衰減法：向被測空間注入一定量的示蹤氣體，在通風(fēng)后使示蹤氣 體的濃度得到稀釋，通過測量示蹤氣體濃度的變化，間接求出通風(fēng)量；
[0008] 6)光干涉測量法：同一光源發(fā)出的光被分為兩路光，經(jīng)不同傳輸路徑后匯集到一 起，通過光干涉現(xiàn)象體現(xiàn)其光程差，由于光程差與路徑上的氣體成分、濃度、折射率關(guān)聯(lián)，可 獲取氣體濃度；
[0009] 7)光譜吸收氣體測量法：光在氣體中傳播時，特定氣體分子將對特定波長光進行 吸收，通過測量激光通過氣體傳輸后的吸收譜特性和光強，可以獲取氣體分子的濃度和種 類。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處主要在于：
[0011] -在自由空間狀態(tài)下，對難以接近區(qū)域的氣體參數(shù)進行有效測量：上述1)、3)、4) 三種方法需要將檢測元件放置于氣體內(nèi)，對于難以接近的區(qū)域是很難實現(xiàn)的；上述2)、3)、 5)、6)則均需要構(gòu)建發(fā)射裝置、接收裝置和樣品空間，其樣品空間通常需要對現(xiàn)場氣體進行 抽樣，對于難以接近的區(qū)域?qū)嶋H上是難以實現(xiàn)的。
[0012] -現(xiàn)有測量方法需要獲取較準(zhǔn)確的氣壓、溫度等環(huán)境參數(shù)，但在很多情況下這些環(huán) 境參數(shù)難以有效獲取，導(dǎo)致測量誤差較大；
[0013] -除7)以外，其他測量方法均難以通過測量結(jié)果直接判斷氣體類型。另外，光譜吸 收氣體測量法是一種可以實現(xiàn)對自由空間氣體進行遙測的方法，但現(xiàn)有基于光譜吸收的技 術(shù)中，要么一臺儀器只能檢測出一種危險氣體，并能確定危險氣體的類型；要么一臺儀器能 同時檢測出多種危險氣體，但不確定各種危險氣體的類型；儀器只能定點檢測，或者在地面 附近由人或者車載工具移動檢測；儀器不能給出危險氣體的具體濃度值，或者給出的濃度 值不夠準(zhǔn)確，只能用于超限報警。
[0014] 經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)如下相關(guān)專利文獻。
[0015] 申請（專利）號：CN200720020787. 3
[0016] 名稱：實時移動遙測有毒易燃氣體的檢測儀
[0017] 該專利文獻公開了一種實時移動遙測有毒易燃氣體的檢測儀，由反射鏡、鏡筒、防 塵片、光電探測器、激光器、準(zhǔn)直鏡DSP信號處理器和激光驅(qū)動器組成，反射鏡安裝在鏡筒 的左端部，凹面向右，在反射鏡的聚焦點處安裝有光電探測器和DSP信息處理器的接口；在 鏡筒的右端部安裝有激光器準(zhǔn)直鏡和激光驅(qū)動器的接口，準(zhǔn)直鏡與光電探測器和反射鏡同 軸線；激光驅(qū)動器及DSP信息處理器共同單獨封裝在一個儀器盒內(nèi)，通過電纜和光纖分別 與光電探測器和準(zhǔn)直鏡聯(lián)接。在激光器準(zhǔn)直鏡與光電探測器之間設(shè)有防塵片，防塵片固定 在鏡筒上。
[0018] 該專利文獻的缺點至少包括如下幾點：
[0019] 1、該專利文獻公開的技術(shù)方案采用的激光接收系統(tǒng)是同軸單個非球面組成的反 射式結(jié)構(gòu)形式，接收系統(tǒng)受單個鏡面校正大視場像差能力的限制，軸外大視場的成像存在 很大的像散和彗差，所以無法滿足多路激光系統(tǒng)地物目標(biāo)的同時接收，從而無法實現(xiàn)多組 分危險氣體的同時探測。這種同軸式結(jié)構(gòu)無法避免對激光信號中心遮攔的問題，至少激光 回波能量的25%被損失，系統(tǒng)通過增大口徑來彌補能量，但是儀器體積增大，為了實現(xiàn)同等 能力的探測靈敏度，光學(xué)設(shè)計的難度增加；這種結(jié)構(gòu)中的主鏡面中心一般為開孔形式，是為 了實現(xiàn)激光能量的收集，但是往往存在軸外視場直射雜散光的問題，從而干擾正常成像；大 視場、快焦比、寬波段、無任何中心遮攔透射式結(jié)構(gòu)相比同等口徑反射式結(jié)構(gòu)而言，光學(xué)效 率更高，成像質(zhì)量優(yōu)良，光學(xué)容差更大，儀器容易實現(xiàn)、抗振性能好、且外形尺寸更緊湊。
[0020] 2、該專利文獻公開的技術(shù)方案的使用范圍限于檢測生產(chǎn)現(xiàn)場和非生產(chǎn)現(xiàn)場的有 毒易燃氣體的濃度，主要局限于地面附近，檢測范圍有限。要想遠離地面在空中工作，實現(xiàn) 在一定空域范圍內(nèi)移動檢測的問題，必須依賴于飛行器。
[0021] 3、該專利文獻公開的技術(shù)方案儀器在探測器前沒有加裝濾光片，在有太陽光干擾 的外場條件下不能正常完成氣體檢測。
[0022] 4、該專利文獻公開的技術(shù)方案儀器本身沒有自定標(biāo)系統(tǒng)，檢測現(xiàn)場的溫度氣壓與 出廠標(biāo)定時的溫度氣壓發(fā)生變化時，很難準(zhǔn)確給出各種危險氣體的濃度信息。
[0023] 5、該專利文獻公開的技術(shù)方案儀器局限于現(xiàn)場檢測，很難在大區(qū)域的電子地圖上 準(zhǔn)確描繪出各個空間點位置上不同危險氣體的實時分布圖和擴散趨勢圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于吸收光譜遙感技術(shù)的多種 危險氣體監(jiān)測系統(tǒng)。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于吸收光譜遙感技術(shù)的多種危險氣體監(jiān)測系統(tǒng)，包括空 中系統(tǒng)，所述空中系統(tǒng)包括飛行器平臺和搭載于飛行器平臺上的激光雷達模塊；
[0026] 所述激光雷達模塊包括：激光發(fā)射子模塊、激光回波接收子模塊、氣體濃度自標(biāo)定 子模塊；
[0027] 所述激光發(fā)射子模塊，用于向地面發(fā)射不同波長的激光，其中，各個波長與各種特 定危險氣體的吸收光譜特征峰之間分別一一對應(yīng)；
[0028] 激光回波接收子模塊，用于接收被地面反射回的激光，得到反射激光數(shù)據(jù)；
[0029] 氣體濃度自標(biāo)定子模塊包括多組濃度標(biāo)定組件，每組濃度標(biāo)定組件包括依次設(shè)置 的分束鏡、氣體吸收池以及光探測器B ;各組濃度標(biāo)定組件中的氣體吸收池內(nèi)分別充有已 知濃度(；的所述各種特定危險氣體；在每組濃度標(biāo)定組件中，分束鏡用于對激光發(fā)射子模 塊發(fā)射的激光進行分束，并將分束得到的激光能量入射氣體吸收池；光探測器B用于接收 已經(jīng)過氣體吸收池的激光能量，得到吸收激光數(shù)據(jù)。
[0030] 優(yōu)選地，所述激光回波接收子模塊包括依次設(shè)置的光學(xué)鏡片組、多組激光回波接 收組件；
[0031] 光學(xué)鏡片組用于將從地面反射回的激光收集提供給各組激光回波接收組件；
[0032] 每組激光回波接收組件包括依次設(shè)置的濾光片A以及光探測器A ;從地面反射回 的激光經(jīng)過濾光片A射向光探測器A，進而光探測器A得到反射激光數(shù)據(jù)；
[0033] 其中，各組激光回波接收組件中的濾光片A所選取的波長與各種特定危險氣體的 吸收光譜特征峰之間分別一一對應(yīng)。
[0034] 優(yōu)選地，氣體吸收池是長條形的密封玻璃管，玻璃管長度方向上的兩端分別是入 射窗口、出射窗口。
[0035] 優(yōu)選地，還包括數(shù)字信號處理單元；
[0036] 所述數(shù)字信號處理單元，用于根據(jù)所述反射激光數(shù)據(jù)、吸收激光數(shù)據(jù)，計算待測氣 體的濃度值C a。
[0037] 優(yōu)選地，所述反射激光數(shù)據(jù)包括Plfa、P2fa;所述吸收激光數(shù)據(jù)包括P lft、P2fl^
[0038] 所述計算待測氣體的濃