一种激光气云成像系统的制作方法

1.本发明涉及可调谐激光光谱技术，尤其涉及一种激光气云成像系统。


背景技术：

2.可调谐激光光谱技术(tdlas)是应用于工业、矿业等行业对于气体检测的技术，能够远程对气体进行高精度的检测。
3.1)激光与气体之间不发生接触式化学反应，不会影响待测气体的组分和形态；2)实现远程遥测，对危险气体可进行远程测量，传感器传输距离可达几公里，保证测试人员安全；3)通过气体对特定激光的共振吸收进行浓度检测，测量精度极高，测量下限可达ppm量级；4)本质安全，传感端不易受到电磁辐射的干扰、不产生火花；5)每种气体的监测对应特定激光波长，不存在交叉干扰，易于检测混合气体中的特定成分；6)气体检测响应速度极快，相比于其它方法监测，响应时间大大缩短，可以达到毫秒量级。目前的tdlas装置为了实现多角度的气体探测，通常的做法是将tdlas装置安装在一个可360
°
旋转的云台上，通过云台的转动实现多角度的气体扫描探测。由于云台的转动速度较慢，而泄漏的气体飘散较快，所以云台扫描的方式，只能对特定的几个预置点的气体浓度信息进行探测，无法进行气云成像。


技术实现要素：

4.鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种激光气云成像系统，增加了一个高速扫描镜，通过高速扫描镜的高速扫描，可以利用激光光谱技术(tdlas)达到气云成像的效果。
5.为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
6.一种激光气云成像系统，所述激光气云成像系统包括：
7.激光气体遥测装置，用于发射激光和接收反射回的激光信号；
8.扫描镜，用于对激光气体遥测装置发射的激光进行快速指向调整；
9.驱动装置，用于对扫描镜进行驱动，使扫描镜转动；
10.控制处理电路，用于对激光气体遥测装置和驱动装置进行协调控制，以及对反射回的激光信号进行信号处理实现气云成像。
11.依照本发明的一个方面，所述激光气体遥测装置包括激光器、激光驱动电路、控制电路、信号处理电路和探测器，所述激光驱动电路与激光器相连，所述信号处理电路与探测器相连，所述控制电路分别与激光驱动电路以及信号处理电路相连。
12.依照本发明的一个方面，所述激光器包括可发出指示激光的指示激光器和可发出可调谐激光的可调谐激光器，所述探测器可接收反射回的激光信号。
13.依照本发明的一个方面，所述信号处理电路对反射回的激光信号进行初步处理后将其经控制电路发送至控制处理电路。
14.依照本发明的一个方面，所述激光气体遥测装置还包括镜头。
15.依照本发明的一个方面，所述驱动装置包括电机和电机驱动，所述电机与扫描镜相连，所述电机驱动分别与控制电路和电机相连，用于驱动电机工作。
16.依照本发明的一个方面，所述控制处理电路根据激光扫描的方位信息，将空间各点的气体浓度信息拼接成一幅气云轮廓图像。再将气云轮廓图叠加到可见光图像上，实现气云成像。
17.依照本发明的一个方面，所述控制处理电路将气云成像上传至数据中心。
18.本发明实施的优点：本发明所述的一种激光气云成像系统，所述激光气云成像系统包括：激光气体遥测装置，用于发射激光和接收反射回的激光信号；扫描镜，用于对激光气体遥测装置发射的激光进行快速指向调整；驱动装置，用于对扫描镜进行驱动，使扫描镜转动；控制处理电路，用于对激光气体遥测装置和驱动装置进行协调控制，以及对反射回的激光信号进行信号处理实现气云成像。在常规遥测式tdlas的光学前端增加了一个高速扫描镜，通过高速扫描镜的高速扫描，可以利用激光光谱技术(tdlas)达到气云成像的效果。兼顾了tdlas系统对微量气体泄漏的灵敏度，同时还能对气云的形状进行成像，实现气云飘散方向的预测。拓展了tdlas系统的应用场景，为气体泄漏检测提供更好的手段。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明所述的一种激光气云成像系统的结构示意图；
21.图2为本发明所述的一种激光气云成像系统的激光气体遥测装置的结构和工作原理示意图；
22.图3为本发明所述的一种激光气云成像系统的气云轮廓图和可见光图像的融合示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
24.如图1和图2所示，一种激光气云成像系统，所述激光气云成像系统包括：
25.激光气体遥测装置，用于发射激光和接收反射回的激光信号；
26.扫描镜，用于对激光气体遥测装置发射的激光进行快速指向调整；
27.驱动装置，用于对扫描镜进行驱动，使扫描镜转动；
28.控制处理电路，用于对激光气体遥测装置和驱动装置进行协调控制，以及对反射回的激光信号进行信号处理实现气云成像。
29.在实际应用中，所述激光气体遥测装置包括激光器、激光驱动电路、控制电路、信号处理电路和探测器，所述激光驱动电路与激光器相连，所述信号处理电路与探测器相连，
所述控制电路分别与激光驱动电路以及信号处理电路相连。
30.在实际应用中，所述激光器包括可发出指示激光的指示激光器和可发出可调谐激光的可调谐激光器，所述探测器可接收反射回的激光信号。
31.在实际应用中，所述信号处理电路对反射回的激光信号进行初步处理后将其经控制电路发送至控制处理电路。
32.在实际应用中，所述激光气体遥测装置还包括镜头。
33.在实际应用中，指示激光器发出指示激光用于指示可调谐激光(人眼不可见)的发射方向。
34.在实际应用中，由激光驱动电路驱动指示激光器和可调谐激光器发出激光，控制电路负责对激光驱动电路进行协调控制。
35.在实际应用中，反射回来的调谐激光经过探测镜头汇聚后到激光探测器上，被激光探测器接收，经过信号处理电路处理后，得到目标气团的气体柱浓度信息。
36.在实际应用中，信号处理电路用于对激光探测器接收到的反射回来的调谐激光进行处理，控制电路负责对信号处理电路进行协调控制。
37.在实际应用中，如图2所示，激光气体遥测装置的工作原理为：首先通过激光驱动电路驱动可调谐激光器，由可调谐激光器发出调谐激光，调谐激光穿过目标气团，并被目标气团后的目标反射回来，反射回来的调谐激光经过镜头后汇聚到探测器上，被探测器接收，经过信号处理电路处理后，得到甲烷气团的气体柱浓度信息。控制电路负责对激光驱动电路以及信号处理电路进行协调控制。
38.在实际应用中，所述驱动装置包括电机和电机驱动，所述电机与扫描镜相连，所述电机驱动分别与控制电路和电机相连，用于驱动电机工作。
39.在实际应用中，电机为高速电机，电机驱动为高速电机驱动，电机能带动扫描镜高速旋转，通过高速扫描镜的高速扫描采集多角度的气云信息，达到气云成像的效果。
40.在实际应用中，所述控制处理电路根据激光扫描的方位信息，将空间各点的气体浓度信息拼接成一幅气云轮廓图像。再将气云轮廓图叠加到可见光图像上，实现气云成像。
41.在实际应用中，所述控制处理电路将气云成像上传至数据中心。
42.在实际应用中，如图1所示，本实施例的工作原理为：传统的线束式tdlas气体遥测装置2发射的激光束6，经过高速扫描镜1后，实现二维方向的激光扫描，高速电机驱动4负责对扫描镜的高速电机5进行驱动，控制及信号处理电路负责对各组部件进行协调控制，并将扫描获取的气云数据上传至数据中心。相比传统的线束式tdlas气体遥测装置2，本发明增加了二维高速扫描机构，通过高速扫描多点探测的方式，对气云的形态进行捕捉，实现气云成像。
43.在实际应用中，如图3所示，展示气云轮廓图和可见光图像的融合过程。
44.本发明实施的优点：本发明所述的一种激光气云成像系统，所述激光气云成像系统包括：激光气体遥测装置，用于发射激光和接收反射回的激光信号；扫描镜，用于对激光气体遥测装置发射的激光进行快速指向调整；驱动装置，用于对扫描镜进行驱动，使扫描镜转动；控制处理电路，用于对激光气体遥测装置和驱动装置进行协调控制，以及对反射回的激光信号进行信号处理实现气云成像。在常规遥测式tdlas的光学前端增加了一个高速扫描镜，通过高速扫描镜的高速扫描，可以利用激光光谱技术(tdlas)达到气云成像的效果。
兼顾了tdlas系统对微量气体泄漏的灵敏度，同时还能对气云的形状进行成像，实现气云飘散方向的预测。拓展了tdlas系统的应用场景，为气体泄漏检测提供更好的手段。
45.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。