一种voc气体排放用的成像传感器结构
技术领域
本发明属于光学检测系统
技术领域
，更具体的说涉及一种VOC气体排放用的成像传感器结构。背景技术
在石化行业作为国民经济的支柱产业，为社会发展提供必要的石油能源和化工产品，但同时也属于重点工业污染源。其中大气污染以无组织排放形式为主，污染物主要为种类繁多的高浓度挥发性有机气体VOC，给生态环境和人体健康带来极大危害。如何能够快速地监测到VOC气体泄漏的存在，有效地评估泄漏气体在空间中的分布状态和扩散趋势，准确地定位气体泄漏源，以便相关部门和人员迅速采取有效措施，防止重大气体泄漏事故的发生己经成为迫切需要解决的问题。
气体泄漏红外成像监测技术以其高效率、远距离、大范围、动态直观等显著优势而成为世界各国的研究热点，也逐渐成为气体泄漏监测的重要手段。气体泄漏红外成像检测技术主要可以分为基于对激光光源辐射吸收的主动式成像和基于对背景辐射吸收的被动式成像两大类。气体泄漏激光主动式红外成像检测技术，由于激光等辐射源的存在，系统体积和重量一般较大，安全性相对较低，受限于激光光源，可检测的光谱范围有限，可检测的气体种类少，随着距离变远，信号迅速变弱，且目前应用的系统大多需要借助扫描机构，系统相对复杂。VOC气体泄漏被动式红外成像监测技术，具有显著的远距离探测能力，可检测的光谱范围大，可检测的气体种类多，系统不需要背景反射，无需辐射源，结构相对简单，多采用阵列式探测器，可直接成像定位，但被测气体和背景之间必须存在相对温差，信噪比差，需要特殊的光学结构优化和图像增强等处理技术。常用的典型VOC气体泄漏被动式成像监测技术主要分为简单红外热成像监测技术、多光谱成像监测技术和高光谱成像监测技术。简单红外成像VOC监测技术通过在单个红外相机的光学系统中增加与VOC气体红外光谱相匹配的窄带滤光片来实现，该技术手段降低了监测系统的信噪比，从而降低VOC气体成像监测系统的灵敏度。多光谱成像技术和高光谱成像技术可获得VOC气体的精细光谱，但价格昂贵、扫描时间长、实时性差、且体积较大。
如申请号为2020100297460的中国专利公开了一种面向VOC气体泄漏的分光型红外成像监测装置，包括：红外镜头、红外分光元件、长波通红外滤光片、第一个红外焦平面探测器、第二个红外焦平面探测器、红外图像处理模块和显示模块；红外镜头接收场景红外辐射并输出至红外分光元件；红外分光元件输出第一路红外辐射和第二路红外辐射，第一路红外辐射经长波通红外滤光片输出至第一个红外焦平面探测器，第二路红外辐射输出至第二个红外焦平面探测器；第一个红外焦平面探测器和第二个红外焦平面探测器的输出端连接至红外图像处理模块；长波通红外滤光片的截止边在3.3-3.7μm。
但对于VOC气体较少，或者说可接受到的红外光有限时，通常此套红外成像检测装置无法灵敏的获取VOC气体状态。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种能够对少量VOC气体进行有效检测，提高检测灵敏度。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种VOC气体排放用的成像传感器结构，包括红外镜头、红外分光元件、长波通红外滤光片、第一个红外焦平面探测器、第二个红外焦平面探测器、红外图像处理模块和显示模块；所述红外镜头接收场景红外辐射并输出至红外分光元件；所述红外分光元件输出第一路红外辐射和第二路红外辐射，所述第一路红外辐射经过长波通红外滤光片输出至第一个红外焦平面探测器，所述第二路红外辐射输出至第二个红外焦平面探测器；所述第一个红外焦平面探测器和第二个红外焦平面探测器的输出端连接至红外图像处理模块；所述红外图像处理模块的输出端连接显示模块；所述长波通红外滤光片的截止边在3.3-3.7μm；还包括聚光镜头，聚光镜头将场景红外辐射汇聚加强输出至红外分光元件，所述红外图像处理模块或显示模块连接有报警装置，所述聚光镜头与红外分光元件之间设置有可开启的遮光元件。
进一步的所述聚光镜头与红外分光元件之间设置有导光元件。
进一步的所述导光元件包括光纤。
进一步的所述导光元件为反光镜。
进一步的所述遮光元件位于导光元件之前或之后，遮光元件包括遮光板，遮光板用于遮挡导光元件或打开导光元件。
进一步的所述聚光镜头包括凹面镜，导光元件的起点位于凹面镜的焦点处。
进一步的所述凹面镜的口径大于红外镜头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以通过聚光镜头将场景处的红外辐射进行汇聚，增强到达红外分光元件处的红外辐射强度，提高整体的灵敏度，有利于为微浓度VOC时进行检测。
附图说明
图1为本发明VOC气体排放用的成像传感器结构结构示意图。
附图标记：1、红外镜头；2、红外分光元件；3、长波通红外滤光片；4、第一个红外焦平面探测器；5、第二个红外焦平面探测器；6、红外图像处理模块；7、显示模块；8、报警装置；9、聚光镜头；10、导光元件。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
一种VOC气体排放用的成像传感器结构，包括红外镜头1、红外分光元件2、长波通红外滤光片3、第一个红外焦平面探测器4、第二个红外焦平面探测器5、红外图像处理模块6和显示模块7；所述红外镜头1接收场景红外辐射并输出至红外分光元件2；所述红外分光元件2输出第一路红外辐射和第二路红外辐射，所述第一路红外辐射经过长波通红外滤光片3输出至第一个红外焦平面探测器4，所述第二路红外辐射输出至第二个红外焦平面探测器5；所述第一个红外焦平面探测器4和第二个红外焦平面探测器5的输出端连接至红外图像处理模块6；所述红外图像处理模块6的输出端连接显示模块7；所述长波通红外滤光片3的截止边在3.3-3.7μm；还包括聚光镜头9，聚光镜头9将场景红外辐射汇聚加强输出至红外分光元件2，所述红外图像处理模块6或显示模块7连接有报警装置8，所述聚光镜头9与红外分光元件2之间设置有可开启的遮光元件(未示出)。
本实施例优选的所述聚光镜头9与红外镜头1朝向相同。
本实施例优选的所述聚光镜头9与红外分光元件2之间设置有导光元件10。
本实施例优选的所述导光元件10包括光纤。
或者本实施例优选的所述导光元件10为反光镜。
本实施例优选的所述遮光元件位于导光元件10之前或之后，遮光元件包括遮光板，遮光板用于遮挡导光元件10或打开导光元件10。
本实施例优选的所述聚光镜头9包括凹面镜，导光元件10的起点位于凹面镜的焦点处。
优选的凹面镜的口径大于红外镜头。
通过红外镜头1正常接收场景红外辐射并输出至红外分光元件2，并最终由显示器精准显示，在VOC浓度低，红外镜头1接收红外辐射量过低无法形成图像时，聚光镜头9将汇聚场景中的红外辐射，增强到达红外分光元件2处红外辐射强度，使得红外图像处理模块6能够进行处理并在显示模块7上显示，以保证在低浓度时也可以灵敏的进行检测。
本发明在图像处理模块或显示模块7处连接报警装置9，在检测到有VOC时，即产生报警，而后通过遮光板遮挡导光元件10，使聚光镜头9处到达红外分光元件2的光路(图1中虚线光路)断开，而红外镜头1到达红外分光元件2的光路(图1中实线光路)保持畅通，在浓度足够时可以使红外图像处理模块6获得精准的VOC气体图像。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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