(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 202210880937.7 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 中国科学院长春光学精密机 械与物 理研究所 地址 130033 吉林省长 春市经济技 术开发 区东南湖大路38 88号 (72)发明人 王彪　程林祥　俞泳波　连厚泉　 戴童欣　 (74)专利代理 机构 长春中科长光知识产权代理 事务所(普通 合伙) 22218 专利代理师 陈陶 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种激光气体浓度成像监测装置和方法 (57)摘要 本发明提供了一种激光气体浓度成像监测 装置和方法， 该包括激光发射单元、 光学传递模 组、 光学模组控制单元、 测气光路、 光电信号转换 单元和处理器单元。 通过光学模组控制单元可以 对光学传递模组的光线折转方向进行控制， 而后 通过光接收模组对待测气体反射后的信号进行 聚焦， 聚焦的激光反射信号依次经过第一光电传 感器、 光电信号转换单元处理后生成数字信号， 处理器单元根据多组数字信号得到多组气体浓 度信息， 并将所述多组气体浓度信息与目标区域 的坐标信息相对应， 生成气体浓度图像。 上述方 案能够实现对待测气体的多维度扫描， 基于气体 浓度图像可以快速定位出气体泄漏点所在， 在气 体监测领域具有广阔的发展前 景。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114935556 A 2022.08.23 CN 114935556 A 1.一种激光气体浓度成像监测装置， 其特 征在于， 包括： 激光发射单 元， 用于发出激光； 光学传递模组， 用于将所述激光发射单元发出的激光折转至目标区域； 所述目标区域 内包含有待测气体； 光学模组控制单 元， 用于对所述 光线传递模组的折 转方向进行控制； 测气光路， 沿光路方向上依次设置有光接收模组和第一光电探测器， 所述光接收模组 用于对激光经由所述目标区域内的待测气 体反射后的信号进 行聚焦； 所述第一光电探测器 用于接收聚焦后的激光反射信号并将其 转换为电信号； 光电信号转换单元， 与所述第一光电探测器电连接， 用于对将所述第一光电探测器传 递的电信号 转换为数字信号； 处理器单元， 与所述光电信号转换单元电连接， 用于接收多组所述光电信号转换单元 传递的数字信号， 根据多组数字信号得到多组气体浓度信息， 并将所述多组气体浓度信息 与目标区域的坐标信息相对应， 生成气体浓度图像。 2.如权利要求1所述的激光气体浓度成像监测装置， 其特 征在于， 还 包括： 参比光路， 沿光路方向上设置有参比气室和第二光电传感器， 所述第二光电传感器与 所述光电信号 转换单元电连接； 波分复用器， 用于将所述激光发射单元发出的激光分为两路， 一路进入所述参比光路， 另一路进入所述 光学传递模组。 3.如权利要求2所述的激光气体浓度成像监测装置， 其特征在于， 所述波分复用器按照 1:9的比例将所述激光 发射单元发出的激光分为两 路， 1/10激光信号进入 所述参比光路， 9/ 10激光信号进入所述 光学传递模组。 4.如权利要求2所述的激光气体浓度成像监测装置， 其特征在于， 所述光电信号转换单 元包括： 多路信号选通单元， 用于对第一光电传感器和第二光电传感器传输的电信号进行选 择； 运算放大单元， 与所述多路信号选通单元电连接， 用于对所述多路信号选通单元选定 的电信号进行放大； 模数转换单元， 与所述运算放大单元电连接， 用于将经由所述运算放大单元放大后的 电信号转换为数字信号后发送给处 理器单元。 5.如权利要求1所述的激光气体浓度成像监测装置， 其特 征在于， 还 包括： 激光测距单元， 与所述处理器单元电连接， 用于发射和接收测距激光， 并根据所述测距 激光在发射时和接收时的相位变化， 计算 监测装置与目标面的距离信息； 所述处理器单元还用于 接收所述距离信息， 并根据所述距离信息确定所述目标区域。 6.如权利要求1所述的激光气体浓度成像监测装置， 其特征在于， 所述光学模组控制单 元为步进电机， 所述光学传递模组包括全反射镜和多面全反射镜， 所述全反射镜和所述多 面全反射镜沿光路方向上设置， 所述步进电机用于驱动所述全反射镜沿轴向转动以完成激 光信号的纵向扫描或者用于驱动所述多面全反射镜的折转面转动以完成激光信号的横向 扫描。 7.如权利要求1所述的激光气体浓度成像监测装置， 其特征在于， 所述光接收模组包权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114935556 A 2括： 滤波片， 用于滤除经由所述目标区域内的待测气体反射后的信号中的背景光； 会聚透镜， 用于将滤波片处 理后的激光信号会聚到所述第一 光电传感器中。 8.如权利要求1所述的激光气体浓度成像监测装置， 其特征在于， 所述激光发射单元包 括激光器驱动单元和激光器， 所述激光器驱动单元用于生成激光器调制信号， 驱动所述激 光器产生调制激光信号； 所述激光器驱动单 元还包括： 低频扫描信号产生单 元， 用于产生低频扫描信号； 高频调制信号产生单 元， 用于产生高频调制信号； 信号叠加单元， 用于将所述低频扫描信号和所述高频调制信号叠加为激光器调制信 号； 温控单元， 用于调节所述调制激光信号的温度并使其工作温度温度。 9.如权利要求1所述的激光气体浓度成像监测装置， 其特征在于， 所述激光发射单元与 所述光学传递模组之间还设置有准 直透镜。 10.一种激光气体浓度成像方法， 其特征在于， 所述方法应用于如权利要求1至9任一项 所述的激光气体浓度成像监测装置， 所述方法包括以下步骤： 激光发射单 元发出激光； 光学传递模组将所述激光发射单元发出的激光折转至目标区域； 所述目标区域内包含 有待测气体； 光学模组控制单 元对所述 光线传递模组的折 转方向进行控制； 光接收模组对激光经由所述目标区域内的待测气体反射后的信号进行聚焦； 第一光电探测器接收聚焦后的激光反射信号并将其 转换为电信号； 光电信号 转换单元对将所述第一 光电探测器传递的电信号 转换为数字信号； 处理器单元接收多组所述光电信号转换单元传递的数字信号， 根据多组数字信号得到 多组气体浓度信息， 并将所述多组气体浓度信息与目标区域的坐标信息相对应， 生成气体 浓度图像。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114935556 A 3