一種全天時(shí)船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種全天時(shí)船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備，包括熱紅外鏡頭、至少兩個(gè)帶通濾光片、熱紅外面陣探測(cè)器、處理器和顯示器，所述熱紅外鏡頭的后部設(shè)置所述至少兩個(gè)帶通濾光片，所述至少兩個(gè)帶通濾光片的后部設(shè)置所述熱紅外面陣探測(cè)器，所述熱紅外面陣探測(cè)器與所述處理器連接，所述處理器與所述顯示器連接。本實(shí)用新型的有益效果是：(1)采用被動(dòng)熱紅外差分成像技術(shù)，可以準(zhǔn)確獲取船舶排放二氧化硫的煙羽圖像，可實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)全天時(shí)工作；(2)可遙測(cè)船舶二氧化硫的排放量，判斷是否可能超標(biāo)排放，為執(zhí)法人員提供依據(jù)，提高監(jiān)管效率；(3)設(shè)備體積小、攜帶方便，可根據(jù)需要靈活布置放置地點(diǎn)。
【專利說明】
一種全天時(shí)船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種全天時(shí)船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備，屬于氣體監(jiān)測(cè)技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾十年來，隨著航運(yùn)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以柴油機(jī)為主推進(jìn)力的船舶數(shù)量和噸位 均大幅增長。然而，由于長期使用高硫含量的廉價(jià)重質(zhì)殘?jiān)妥鳛槿剂希芭欧艔U氣中含 有大量的二氧化硫，造成嚴(yán)重的大氣環(huán)境污染，引起國際社會(huì)的高度關(guān)注。面對(duì)船舶廢氣中 大量硫氧化物造成的嚴(yán)重大氣環(huán)境污染，一些國際與地區(qū)性組織紛紛立法限制船舶二氧化 硫排放。由于降低低燃油硫含量是最直接有效的減排措施，因此國際海事組織、美國環(huán)保 局、歐洲環(huán)保署等針對(duì)全球和局部海域船舶燃油硫含量做出了日趨嚴(yán)格的排放限制，并設(shè) 立排放控制區(qū)。我國也即將在珠三角、長三角、環(huán)渤海(京津冀)水域設(shè)立排放控制區(qū)。
[0003] 為了應(yīng)對(duì)船舶二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，相關(guān)部門需要采用相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)船 舶二氧化硫排放進(jìn)行監(jiān)測(cè)。雖然有在線監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)船舶廢氣排放進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 但仍然需要遙測(cè)設(shè)備進(jìn)行比對(duì)監(jiān)測(cè)，提高執(zhí)法效率，特別是用于全天時(shí)的船舶二氧化硫排 放監(jiān)測(cè)。目前，市面上還未有用于船舶二氧化硫排放遙測(cè)的相關(guān)設(shè)備。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種全天時(shí)船舶二氧化硫氣體 排放遙測(cè)設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)全天時(shí)遙測(cè)船舶排放的二氧化硫氣體，實(shí)現(xiàn)在港口區(qū)域?qū)^往船 舶和靠岸船舶的二氧化硫排放氣體進(jìn)行全天時(shí)遙測(cè)，確認(rèn)是否超標(biāo)排放，提高監(jiān)管效率。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：
[0006] -種全天時(shí)船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備，包括熱紅外鏡頭、至少兩個(gè)帶通濾 光片、熱紅外面陣探測(cè)器、處理器和顯示器，所述熱紅外鏡頭的后部設(shè)置所述至少兩個(gè)帶通 濾光片，所述至少兩個(gè)帶通濾光片的后部設(shè)置所述熱紅外面陣探測(cè)器，所述熱紅外面陣探 測(cè)器與所述處理器連接，所述處理器與所述顯示器連接，所述至少兩個(gè)帶通濾光片中，至少 一個(gè)帶通濾光片的光譜通帶為8.3~9. lym，其他帶通濾光片的光譜通帶為8~14wii的范圍 之內(nèi)非8.3~9. lwii的光譜范圍。所述熱紅外鏡頭是工作譜段覆蓋7~14mi的鏡頭，在此光譜 范圍內(nèi)具有較高的光譜透過率，優(yōu)選鍺玻璃材料的鏡頭。
[0007] 所述熱紅外面陣探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍至少覆蓋8~14wn，可選擇制冷型或非制 冷型熱紅外面陣探測(cè)器。
[0008] 所述至少兩個(gè)帶通濾光片，包括第一帶通濾光片和第二帶通濾光片，其中所述第 一帶通濾光片的通帶光譜范圍為8.3~9. lym，所述第二帶通濾光片的通帶光譜范圍為9.1 ~10um〇
[0009] 所述第一帶通濾光片與所述第二帶通濾光片之間通過旋轉(zhuǎn)支架連接，在所述旋轉(zhuǎn) 支架的中心安裝有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0010] 或者，對(duì)應(yīng)所述第一帶通濾光片、第二帶通濾光片，所述熱紅外鏡頭、熱紅外面陣 探測(cè)器分別設(shè)置有兩個(gè)，第一帶通濾光片與一個(gè)熱紅外鏡頭、熱紅外面陣探測(cè)器設(shè)置在第 一個(gè)主光軸上，第二帶通濾光片與另一個(gè)熱紅外鏡頭、另一個(gè)熱紅外面陣探測(cè)器設(shè)置在第 二個(gè)主光軸上，并且第一個(gè)主光軸與第二個(gè)主光軸平行，且兩個(gè)所述熱紅外面陣探測(cè)器分 別連接到所述處理器。
[0011] 其中所述處理器優(yōu)選為嵌入式計(jì)算機(jī)。
[0012] 應(yīng)用本實(shí)用新型提供的設(shè)備的一種全天時(shí)船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)方法，包括 以下步驟：
[0013] a、采集原始圖像；
[0014] b、選擇感興趣區(qū)域；
[0015] c、計(jì)算修正系數(shù)；
[0016] d、計(jì)算差分圖像；
[0017] e、計(jì)算二氧化硫濃度分布圖像
[0018] f、顯示/輸出結(jié)果。
[0019] 其中步驟a，由所述全天時(shí)船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備探測(cè)獲得圖像;在8.3 ~9. lym范圍采集目標(biāo)區(qū)域圖像在參考光譜范圍采集同一目標(biāo)區(qū)域圖像IR。
[0020] 其中步驟b，包括：
[0021] 在的無目標(biāo)的圖像區(qū)域選擇一塊感興趣區(qū)域作為圖像，在與 相同的位置選擇感興趣區(qū)域作為圖像IRQI_R。
[0022] 其中步驟c，包括：計(jì)算圖像7膽_跑和圖像Ircii_r的DN值，分別為D Vmjt%:和 DNroi-r，計(jì)算比值0 = 卿-so;。
[0023] 其中步驟d，包括：計(jì)算差分圖像I 賴差分圖像就對(duì)應(yīng)二 氧化硫的煙羽圖像。
[0024]其中步驟e，包括:將差分圖像與已知二氧化硫濃度的差分圖像進(jìn)行對(duì)比和插值計(jì) 算，獲得現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)船舶二氧化硫氣體排放值。
[0025]本實(shí)用新型的有益效果是：
[0026] (1)采用被動(dòng)熱紅外差分成像技術(shù)，可以準(zhǔn)確獲取船舶排放二氧化硫的煙羽圖像， 可實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)全天時(shí)工作；
[0027] (2)可遙測(cè)船舶二氧化硫的排放量，判斷是否可能超標(biāo)排放，為執(zhí)法人員提供依 據(jù)，提尚監(jiān)管效率；
[0028] (3)設(shè)備體積小、攜帶方便，可根據(jù)需要靈活布置放置地點(diǎn)。
【附圖說明】
[0029] 圖1為二氧化硫氣體在熱紅外譜段的特征吸收示意圖；
[0030] 圖2為一種船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)方法原理框圖；
[0031 ]圖3為一種船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備原理框圖；
[0032]圖4為一種船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備原理圖；
[0033]圖5為另一種船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行具體闡述，需要指出的是，本實(shí)用新 型的技術(shù)方案不限于實(shí)施例所述的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員參考和借鑒本實(shí)用新型技 術(shù)方案的內(nèi)容，在本實(shí)用新型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0035] 如圖1所示，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0036] 在長波紅外的大氣窗口8wii~14wii(1250cm-1~714cm-3的光譜范圍內(nèi)，二氧化硫 在8.3wii~9. lwii( I^OOcnf1~llOOcnf1)光譜范圍有明顯的吸收峰，而在其余光譜范圍無吸 收。自然環(huán)境下，在二氧化硫特征吸收范圍8.3wii~9. lwii(I^OOcnf1~llOOcnf1)及附近的光 譜范圍內(nèi)沒有其它氣體的特征吸收。本實(shí)例中，相鄰的9.1圓~10wn(1100cm- 1~1000cm-4 光譜范圍內(nèi)熱輻射的光譜比較平坦，并且沒有二氧化硫的特征吸收。根據(jù)上述物理特性，可 選擇8.3111]1~9.1_(1200〇]1- 1~1100〇]1-1)和9.1111]1~1011111(1100〇]1-1~1000〇]1- 1)兩個(gè)譜段同 時(shí)對(duì)目標(biāo)區(qū)域成像，通過差分圖像處理獲取二氧化硫的空間濃度分布。
[0037] 如圖2所示，船舶排放二氧化硫遙測(cè)主要分為五步：
[0038] a、采集原始圖像，在8 ? 3~9 ? lwii范圍采集目標(biāo)區(qū)域圖像，在9 ? 1~1 Own參考光 譜范圍采集同一目標(biāo)區(qū)域圖像Ir;
[0039] b、選擇感興趣區(qū)域，在4〇2的無目標(biāo)的圖像區(qū)域選擇一塊感興趣區(qū)域作為圖像 4，-氣在IR中與7撕， 2相同的位置選擇感興趣區(qū)域作為圖像Iroi-R;
[0040] c，計(jì)算修正系數(shù)，計(jì)算圖像和圖像I rc)i_r的DN值，分別為#義和 DNroi_r，計(jì)算比值 0 = , 9-
[0041] d、計(jì)算差分圖像，差分圖像U ，差分圖像就對(duì)應(yīng)二氧化 硫的煙羽圖像；
[0042] e、計(jì)算二氧化硫濃度分布圖像，將差分圖像與已知二氧化硫濃度的差分圖像進(jìn)行 對(duì)比和插值計(jì)算，獲得現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)船舶二氧化硫氣體排放值；
[0043] f、結(jié)果顯示/輸出。
[0044]如圖3所示，本實(shí)用新型的設(shè)備主要包括熱紅外鏡頭1，帶通濾光片2,熱紅外面陣 探測(cè)器3，處理器4，顯示屏5。熱紅外鏡頭1對(duì)目標(biāo)船舶成像，帶通濾光片2選擇成像的光譜通 帶，熱紅外面陣探測(cè)器3進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換獲取圖像，通過顯示屏5選擇感興趣區(qū)域并顯示圖像， 處理器4控制熱紅外探測(cè)器每次對(duì)同一目標(biāo)至少采集兩個(gè)不同光譜段的圖像，對(duì)兩幅圖像 進(jìn)行差分處理，獲取目標(biāo)船舶的二氧化硫排放狀況。選擇的熱紅外鏡頭的材料為鍺玻璃，在 7~14wii光譜范圍內(nèi)有較高的光譜透過率，鏡頭的焦距為25mm，F(xiàn)數(shù)為1，光通量很大。共有兩 種通濾光片，其中一個(gè)通帶覆蓋二氧化硫的一個(gè)特征吸收峰8.3~9. lym，另外一個(gè)的通帶 為9.1~lOwii。所選的探測(cè)器為非制冷型紅外探測(cè)器，光譜響應(yīng)范圍是8~14wn，像元數(shù)為 640\480，像元尺寸為17仰1，噪聲等效溫差為6〇1111(。
[0045] 圖4為第一種具體實(shí)施例，兩幅圖像的獲取可采用一個(gè)熱紅外鏡頭1、濾光片轉(zhuǎn)輪 (未畫出）、熱紅外面陣探測(cè)器3的方式，濾光片轉(zhuǎn)輪上設(shè)置兩個(gè)譜段的帶通濾光片，第一帶 通濾光片21的通帶是8.3~9. lym，第二帶通濾光片22的通帶是9.1~lOym，濾光片轉(zhuǎn)輪由步 進(jìn)電機(jī)46帶動(dòng)，繞軸45旋轉(zhuǎn)，通過濾光片轉(zhuǎn)輪切換成像通帶，獲取兩個(gè)譜段的圖像，利用處 理器4控制步進(jìn)電機(jī)46和熱紅外面陣探測(cè)器3,并計(jì)算差分圖像，進(jìn)一步獲取二氧化硫煙羽 圖像及濃度。
[0046] 圖5為第二種具體實(shí)施例。兩個(gè)圖像的獲取也可采用雙熱紅外鏡頭、雙濾光片、雙 熱紅外面陣探測(cè)器組件的方式，第一個(gè)熱紅外鏡頭11、第一個(gè)帶通濾光片21和第一熱紅外 紅外探測(cè)器31組成第一個(gè)窄帶熱紅外相機(jī)。第二個(gè)熱紅外鏡頭12、第二個(gè)帶通濾光片22和 第二個(gè)熱紅外紅外探測(cè)器32組成第二個(gè)窄帶熱紅外相機(jī)，兩個(gè)窄帶熱紅外相機(jī)除濾光片外 其它參數(shù)完全相同，并且第一個(gè)窄帶熱紅外相機(jī)的光軸57和第二個(gè)窄帶熱紅外相機(jī)的光軸 58平行，指向同一目標(biāo)，兩個(gè)窄帶熱紅外相機(jī)由處理器4進(jìn)行同步控制，同時(shí)獲取圖像并進(jìn) 行處理，計(jì)算差分圖像，進(jìn)一步獲取二氧化硫煙羽圖像及濃度。上述第一個(gè)帶通濾光片通帶 為8.3~9. lym，第二個(gè)帶通濾光片通帶為9.1~lOym。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種全天時(shí)船舶二氧化硫氣體排放遙測(cè)設(shè)備，包括熱紅外鏡頭、至少兩個(gè)帶通濾光 片、熱紅外面陣探測(cè)器、處理器和顯示器，其特征在于，所述熱紅外鏡頭的后部設(shè)置所述至 少兩個(gè)帶通濾光片，所述至少兩個(gè)帶通濾光片的后部設(shè)置所述熱紅外面陣探測(cè)器，所述熱 紅外面陣探測(cè)器與所述處理器連接，所述處理器與所述顯示器連接，所述至少兩個(gè)帶通濾 光片中，至少一個(gè)帶通濾光片的光譜通帶為8.3~9. ΙμL?，其他帶通濾光片的光譜通帶為8~ 14μπι的范圍之內(nèi)非8.3~9·1μπι的光譜范圍。2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱紅外鏡頭是工作譜段覆蓋7~14μπι的 鏡頭，在此光譜范圍內(nèi)具有較高的光譜透過率，為鍺玻璃材料的鏡頭。3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱紅外面陣探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍至少 覆蓋8~14μπι，為制冷型或非制冷型熱紅外面陣探測(cè)器。4. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少兩個(gè)帶通濾光片，包括第一帶通濾 光片和第二帶通濾光片，其中所述第一帶通濾光片的通帶光譜范圍為8.3~9. Ιμπι，所述第 二帶通濾光片的通帶光譜范圍為9.1~ΙΟμπι。5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一帶通濾光片與所述第二帶通濾光片 之間通過旋轉(zhuǎn)支架連接，在所述旋轉(zhuǎn)支架的中心安裝有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。6. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，對(duì)應(yīng)所述第一帶通濾光片、第二帶通濾光片， 所述熱紅外鏡頭、熱紅外面陣探測(cè)器分別設(shè)置有兩個(gè)，第一帶通濾光片與一個(gè)熱紅外鏡頭、 熱紅外面陣探測(cè)器設(shè)置在第一個(gè)主光軸上，第二帶通濾光片與另一個(gè)熱紅外鏡頭、另一個(gè) 熱紅外面陣探測(cè)器設(shè)置在第二個(gè)主光軸上，并且第一個(gè)主光軸與第二個(gè)主光軸平行，且兩 個(gè)所述熱紅外面陣探測(cè)器分別連接到所述處理器。7. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理器為嵌入式計(jì)算機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01N21/85GK205593933SQ201521138395
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日
【發(fā)明人】王新全
【申請(qǐng)人】青島市光電工程技術(shù)研究院