(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210541939.3 (22)申请日 2022.05.18 (71)申请人 安徽境绿环境检测有限公司 地址 230000 安徽省合肥市蜀山区经济开 发区湖光路自主创新产业基地三期 (南区)B座8层843室 (72)发明人 王若愚　李永　 (74)专利代理 机构 合肥律众知识产权代理有限 公司 34147 专利代理师 朱晗 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于傅里叶红外技术的有毒有害气体应急 遥测系统 (57)摘要 本发明涉及气体动态 监测， 具体涉及基于傅 里叶红外技术的有毒有害气体应急遥测系统， 综 合利用红外光谱技术、 微光夜视/可见光成像技 术、 大数据等， 兼具清晰直观、 快速高效、 远距离 非接触、 灵活便捷和广泛全面的优势特点， 能够 融入现有的风险预警与应急管 理系统， 在常态化 安全隐患排查检查、 园区预警和事故救援等方向 上发挥重要作用， 大幅提高涉气安全检查及预警 的工作效率， 及时发现生产生活中泄漏的有毒有 害气体， 同时在突发事故应急处置监测中， 快速 判定事故现场气体物质组分及大致浓度分布， 提 供关键信息和支撑数据； 本发明提供的技术方案 能够有效克服现有技术所存在的无法对泄漏气 体进行全面、 快速、 准确监测的缺陷。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115078285 A 2022.09.20 CN 115078285 A 1.基于傅里叶红外技术的有毒有害气体应急遥测系统， 其特征在于： 包括接收望远镜、 可见光相机、 夜视相机、 傅里叶光谱仪、 扫描云台和计算机； 接收望远镜， 用于确定系统凝 视视场； 可见光相机， 获取扫描区域的视频图像； 夜视相机， 在微 光环境下获取扫描区域的视频图像； 傅里叶光谱仪， 利用干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉， 形 成干涉光， 再与样品作用； 计算机， 对傅里叶光谱仪发送的干涉信号进行傅里叶变换， 将干涉图还原为 光谱图； 扫描云台， 用于带动系统对待测区域进行广角扫描； 所述计算机构建三层辐射模型， 并根据傅里叶光谱仪的检测结果计算待测气体透过 率， 所述计算机对光谱图进 行定标后， 提取背景辐射亮度光谱和待测气 体辐射亮度光谱， 结 合待测气体透过率计算得到透过率光谱， 并利用非线性最小二乘法进行定性定量分析， 得 到待测气 体种类、 待测气体浓度， 通过对待测气体浓度进行反演， 获取待测区域中待测气体 的动态分布图。 2.根据权利要求1所述的基于傅里叶红外技术的有毒有害气体应急遥测系统， 其特征 在于： 所述计算机构建三层辐 射模型， 并根据傅里叶光谱仪的检测结果计算待测气体透过 率， 包括： 采用下式计算第二层污染大气辐射的光谱辐射亮度： 同理， 第一层大气辐射的光谱辐射亮度可表示 为： 其中， B表示各层自身温度对应的黑体辐射亮度， τ表示各层的透过率， 为对应的波数； 假设第二层污染大气辐射中污染大气均匀分布， 当第 二层污染大气辐射与周围环境处 于热平衡时有 实际测量时选取波段内第一层大气辐射的透过率 则可将三层辐射模型简化 为两层辐射模型： 进而推导出待测气体透过率的表达式为： 3.根据权利要求2所述的基于傅里叶红外技术的有毒有害气体应急遥测系统， 其特征 在于： 所述三层辐 射模型包括待测区域至傅里叶光谱仪之间的第一层大气辐 射， 待测区域 的第二层污染大气辐射， 以及远处背景的第三层背景辐射。 4.根据权利要求2所述的基于傅里叶红外技术的有毒有害气体应急遥测系统， 其特征 在于： 所述计算机对光谱图进 行定标后， 提取背 景辐射亮度光谱和待测气体辐射亮度光谱， 包括： 为了避开大气中水和二氧化碳的吸收波段， 并减少大气分子对辐射的散射， 选择长波 段的大气窗口区800～1200cm‑1， 该波段内大气透过率很高， 可看做透明， 同时很多自然背景权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115078285 A 2在该波段都具有较高且几乎不变的发射率， 与黑体的辐 射特性具有高度一致性， 所以背景 在亮温谱中表现为恒定基线， 由该恒定基线对应的辐 射亮温即为背景温度， 因此可用与该 背景温度相同的黑体辐射亮度光谱来模拟背景辐射亮度光谱。 5.根据权利要求4所述的基于傅里叶红外技术的有毒有害气体应急遥测系统， 其特征 在于： 所述计算机对光谱图进行定标后， 提取背景辐 射亮度光谱和待测气体辐 射亮度光谱 之后， 包括： 在600～1200cm‑1波段对每一点通过普朗克辐射公式反推辐射亮温， 代入常量获得下 式： 其中， 为对应的波数， 为光谱辐射亮度， 上式中的最大值、 最小值分别作为背景辐 射亮温、 待测气体辐射亮温。 6.根据权利要求4所述的基于傅里叶红外技术的有毒有害气体应急遥测系统， 其特征 在于： 所述利用非线性最小二乘法进行定性定量分析， 得到待测气体种类、 待测气体浓度， 包括： 对透过率光谱与计算光谱进行迭代运算， 通过输入初始浓度的不断修定， 以实现计算 光谱与光谱图的最佳拟合， 进 而得到待测气体种类、 待测气体浓度。 7.根据权利要求6所述的基于傅里叶红外技术的有毒有害气体应急遥测系统， 其特征 在于： 所述 通过对待测气体浓度进行反演， 获取待测区域中待测气体的动态分布图， 包括： 以不同颜色代表不同空气质量情况， 与扫描区域的视频图像进行伪彩叠加， 实时呈现 待测气体在扫描区域的动态分布及扩散 趋势。 8.根据权利要求7所述的基于傅里叶红外技术的有毒有害气体应急遥测系统， 其特征 在于： 所述计算机包括实时扫描显示模块、 历史数据查看模块、 参数设置模块、 光谱实时显 示模块和历史图片查看模块； 实时扫描显示模块， 实时显示扫描位置， 并在扫描到的待测气体浓度超标位置进行声 光预警； 历史数据查看模块， 通过关键词检索获取历史数据； 参数设置模块， 用于设置可 见光相机、 夜视相机的相机参数， 以及测试地 点信息； 光谱实时显示模块， 实时显示测量 光谱图； 历史图片查看模块， 用于查看历史待测气体动态分布图。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115078285 A 3