ГАЗОАНАЛИЗАТОР

1. Газоанализатор для обнаружения по меньшей мере одного газа, который называется целевым газом и находится в поле зрения, содержащий:
блок (10) съемки изображений, который содержит по меньшей мере два оптических канала (10а,…,10b), расположенных параллельно, чтобы снимать раздельно и одновременно соответствующие изображения c одним и тем же содержанием в поле зрения, называемые спектральными изображениями, в разных спектральных полосах, причем для каждой из спектральных полос предназначен один соответствующий канал из указанных каналов;
первые средства (21) получения данных, выполненные с возможностью получения значения температуры окружающей среды, предназначенного для приписывания количеству целевого газа, который находится в поле зрения между сценой заднего плана и блоком (10) съемки изображений;
вторые средства (22) получения данных, выполненные с возможностью получения по меньшей мере для одной из спектральных полос, называемой полосой анализа, значений яркостной температуры заднего плана, которые предназначены для приписывания элементам сцены заднего плана;
блок (20) обработки изображений, выполненный с возможностью получения спектральных изображений, снятых каждым каналом (10а,…,10b) блока (10) съемки изображений, и с возможностью определения, раздельно для каждой полосы анализа, и оценки коэффициента пропускания излучения, который относится к указанной полосе анализа и который приписан, по меньшей мере частично, количеству целевого газа, находящегося в части поля зрения между элементами сцены заднего плана и блоком съемки изображений, на основе уравнения, которое объединяет:
значение температуры окружающей среды,
значение яркостной температуры заднего плана, приписанное элементам сцены заднего плана в указанной части поля зрения, для указанной полосы анализа, и
по меньшей мере одно значение яркостной температуры, называемое значением кажущейся яркостной температуры, которое соответствует снятому спектральному изображению для полосы анализа, в указанной части поля зрения; и
вычислительный блок (30), выполненный с возможностью определения оценки количества целевого газа, находящегося в поле зрения, на основе значения коэффициента пропускания излучения, относящегося к полосе анализа,
отличающийся тем, что первые средства (21) получения данных выполнены с возможностью получения значения температуры окружающей среды в соответствии с одним из следующих подходов:
на основе по меньшей мере части спектрального изображения, снятого одним из каналов (10а,…,10b) блока (10) съемки изображений, причем указанная часть спектрального изображения соответствует сектору поля зрения, который указан или считается как не имеющий элементов сцены заднего плана; и
на основе по меньшей мере части спектрального изображения, снятого одним из каналов (10а,…,10b) блока (10) съемки изображений, соответствующая спектральная полоса которого содержится в спектральной области полной непрозрачности газа, присутствующего в секторе поля зрения, соответствующем части спектрального изображения,
причем газоанализатор выполнен с возможностью снимать спектральное изображение, по меньшей мере часть которого используется для получения значения температуры окружающей среды, одновременно или во время цикла съемки изображения, такого как спектральное изображение в каждой полосе анализа, в тех случаях, когда блок (20) обработки изображений затем комбинирует указанное значение температуры окружающей среды по меньшей мере с одним значением яркостной температуры указанного спектрального изображения в полосе анализа.
2. Газоанализатор по п. 1, в котором блок (20) обработки изображений выполнен с возможностью оценки коэффициента пропускания излучения, который относится к полосе анализа и который приписан, по меньшей мере частично, целевому газу, в соответствии с уравнением:
полоса_1
кажущаяся_1
задний план_1
задний план_1
окружающая
τ = 1 + (ТВ - ТВ)/( ТВ - Т),
где
полоса_1
τ - значение коэффициента пропускания излучения, который относится к полосе анализа, обозначаемого полоса_1, и, по меньшей мере частично, приписан целевому газу, находящемуся в части поля зрения,
окружающая
Т - значение температуры окружающей среды, получаемое при помощи первых средств (21) получения данных,
задний план_1
ТВ - значение яркостной температуры заднего плана, получаемое при помощи вторых средств (22) получения данных и приписываемое элементам сцены заднего плана, содержащимся в части поля зрения, для полосы анализа полоса_1, и
кажущаяся_1
ТВ - значение кажущейся яркостной температуры, которое соответствует спектральному изображению, снятому для полосы анализа полоса_1, в части поля зрения.
3. Газоанализатор по п. 1 или 2, в котором блок (20) обработки изображений выполнен также с возможностью применения для каждого спектрального изображения, снятого при помощи блока (10) съемки изображений, коррекции значений яркости, чтобы учитывать по меньшей мере один атмосферный компонент, присутствующий в поле зрения, и чтобы использовать скорректированные значения яркости для оценки коэффициента пропускания излучения, относящегося к каждой полосе анализа.
4. Газоанализатор по любому из предыдущих пунктов, в котором вычислительный блок (30) выполнен с возможностью определения количества целевого газа, присутствующего в части поля зрения, посредством сравнения значений коэффициентов пропускания излучения, которые были выведены блоком (20) обработки изображений раздельно для нескольких полос анализа, со значениями указанных коэффициентов пропускания излучения, которые были заранее определены для этих же полос анализа и сохранены в блоке (40) хранения данных, доступном для вычислительного блока, при этом указанные заранее определенные и сохраненные значения относятся к различным профилям концентрации целевого газа на пути излучения, который соединяет элемент сцены заднего плана с блоком (10) съемки изображений.
5. Газоанализатор по любому из предыдущих пунктов, в котором вторые средства (22) получения данных выполнены с возможностью получения значений яркостной температуры заднего плана в соответствии с одним из следующих подходов:
на основе по меньшей мере одного спектрального изображения, которое содержит один из элементов сцены заднего плана, которое было снято каналом блока (10) съемки изображений, выделенным для полосы анализа, и которое указано или считается снятым, когда поле зрения не содержало целевого газа;
на основе по меньшей мере одного спектрального изображения, которое содержит один из элементов сцены заднего плана, которое было снято одним из каналов (10а,…,10b) блока (10) съемки изображений, для которого соответствующая спектральная полоса, называемая контрольной полосой, содержится в спектральной области прозрачности целевого газа, или в котором полоса прозрачности целевого газа имеет большую прозрачность, чем в каждой полосе анализа, при этом блок (20) обработки изображений выполнен с возможностью идентифицировать материал элемента сцены заднего плана на основе указанного спектрального изображения, снятого для контрольной полосы, и с возможностью вывести значение яркостной температуры заднего плана для каждой полосы анализа и для указанного элемента сцены заднего плана на основе значения температуры окружающей среды и значения спектрального коэффициента излучения материала, идентифицированного для указанного элемента сцены заднего плана; и
на основе по меньшей мере одного спектрального изображения, которое содержит один из элементов сцены заднего плана, которое было снято одним из каналов (10а,…,10b) блока (10) съемки изображений, для которого соответствующая спектральная полоса, называемая контрольной полосой, содержится в спектральной области прозрачности целевого газа, или в котором полоса прозрачности целевого газа имеет большую прозрачность, чем в каждой полосе анализа, при этом блок (20) обработки изображений выполнен с возможностью выводить значения яркостной температуры заднего плана для каждой полосы анализа, используя линейную регрессию, на основе значений яркостной температуры заднего плана, выведенных из спектрального изображения, снятого для контрольной полосы.
6. Газоанализатор по п. 5, в котором вторые средства (22) получения данных выполнены также с возможностью получать значения яркостной температуры заднего плана на основе по меньшей мере одного спектрального изображения, снятого одним из каналов (10а,…,10b) блока (10) съемки изображений, для которого спектральная полоса, называемая контрольной полосой, содержится в спектральной области прозрачности целевого газа, или в котором полоса прозрачности целевого газа имеет большую прозрачность, чем в каждой полосе анализа, при этом газоанализатор выполнен с возможностью снимать спектральное изображение, которое соответствует контрольной полосе, одновременно или во время цикла съемки изображения, такого как спектральное изображение для каждой полосы анализа.
7. Газоанализатор по любому из предыдущих пунктов, в котором блок (10) съемки изображений содержит матричный датчик (2) изображений, общий для всех каналов (10а,…,10b) и чувствительный одновременно во всех спектральных полосах указанных каналов, при этом часть (Sa, Sb) фоточувствительной поверхности (S) указанного датчика изображений выделена для каждого канала отдельно от каждого другого канала,
при этом каждый канал (10а,…,10b) содержит внутри блока (10) съемки изображений:
оптическую часть (1a, 1b), выполненную с возможностью формировать изображение содержания поля зрения на части (Sa, Sb) фоточувствительной поверхности, выделенной для указанного канала, при этом поле зрения является общим для всех каналов; и
средства (3a, 3b) спектральной фильтрации, выполненные с возможностью определения спектральной полосы указанного канала.
8. Газоанализатор по любому из предыдущих пунктов, в котором каждый канал (10а,…,10b) блока (10) съемки изображений содержит средства (3a, 3b) спектральной фильтрации, выполненные таким образом, что спектральная полоса указанного канала имеет ширину, составляющую от 10 нм до 500 нм в единицах длины волны излучения.
9. Газоанализатор по п. 8, в котором средства (3a, 3b) спектральной фильтрации выполнены таким образом, чтобы спектральные полосы каналов (10а,…,10b) содержались в первой спектральной области, соответствующей длинам волн излучения, составляющим от 7 мкм до 10 мкм, или содержались во второй спектральной области, соответствующей длинам волн излучения, составляющим от 3 мкм до 5 мкм.
10. Газоанализатор по п. 9, который адаптирован для метана в качестве целевого газа и в котором:
спектральная полоса первого из каналов (10а,…,10b) располагается вокруг 7,7 мкм с шириной спектральной полосы, меньшей 0,35 мкм; и
спектральная полоса второго из каналов (10а,…,10b) располагается вокруг 8,05 мкм с шириной спектральной полосы, меньшей 0,35 мкм;
и, необязательно:
спектральная полоса третьего из каналов (10а,…,10b) располагается вокруг 7,35 мкм с шириной спектральной полосы, меньшей 0,35 мкм;
спектральная полоса четвертого из каналов (10а,…,10b) располагается вокруг 8,35 мкм или 9,05 мкм с шириной спектральной полосы, меньшей 0,35 мкм.
11. Газоанализатор по п. 9, который адаптирован для метана в качестве целевого газа и в котором:
спектральная полоса первого из каналов (10а,…,10b) располагается вокруг 3,375 мкм с шириной спектральной полосы, меньшей 0,30 мкм; и
спектральная полоса второго из каналов (10а,…,10b) располагается вокруг 3,225 мкм с шириной спектральной полосы, меньшей 0,30 мкм;
и, необязательно:
спектральная полоса третьего из каналов (10а,…,10b) располагается вокруг 3,05 мкм с шириной спектральной полосы, меньшей 0,30 мкм; и
спектральная полоса четвертого из каналов (10а,…,10b) располагается вокруг 4,237 мкм или 3,505 мкм с шириной спектральной полосы, меньшей 0,30 мкм.
12. Газоанализатор по любому из предыдущих пунктов, выполненный с возможностью комбинирования спектральных изображений содержания поля зрения, которые сняты раздельно двумя из оптических каналов (10а,…,10b) блока (10) съемки изображений, называемыми базовыми оптическими каналами, чтобы получить спектральное изображение, соответствующее спектральной полосе составного оптического канала, при этом спектральная полоса составного оптического канала получена исходя из относительных положений и спектральной ширины соответствующих спектральных полос двух базовых оптических каналов.
13. Газоанализатор по любому из предыдущих пунктов, который выполнен с возможностью обнаружения нескольких разных целевых газов, которые присутствуют одновременно в одном и том же поле зрения, при этом спектральная полоса по меньшей мере одного из каналов (10а,…,10b) блока (10) съемки изображений содержится одновременно в соответствующих спектральных областях поглощения по меньшей мере двух из целевых газов, так что одно и тоже спектральное изображение, снятое указанным каналом, используется блоком (20) обработки изображений и вычислительным блоком (30) для определения оценок соответствующих количеств указанных по меньшей мере двух целевых газов, присутствующих в поле зрения.