深圳英宝硕ENboso：如何选择光谱气体成像仪？

【公司背景】

深圳市英宝硕科技有限公司成立于2014年,总部位于深圳宝安区,是一家专注于危害气体检测解决方案的国家高新技术企业。经过十一年发展,英宝硕在安全生产、公共安全、应急救援、检验检疫四大领域形成了丰富的技术、产品和解决方案,在主动测量(量子级联激光技术)、被动成像(傅里叶快速扫描技术）及快速分离(离子迁移谱技术)三个cutting-edge technology拥有完全自主知识产权实现了进口产品的国产替代。

《深圳英宝硕ENboso：如何选择光谱气体成像仪？》

无论是安全生产，还是应急救援，亦或是公共安全，都可能会用到光谱气体成像仪，以检测和识别危险气体。而选择一台合适的气体光谱成像仪，并不简单，必须确定系统性能和系统将应用的特定场景之间能够有良好的匹配。用于检测和报警，和用于检测识别单一气体类型或混合气体中的单一气体，所需的系统配置和性能都会有不同。

和应用场景相关的参数包括所检测的气体或混合物的路径浓度、被监测空间的大小、气体泄漏到观测位置的距离、泄漏发展速度及其动态行为、大气条件等。而和系统性能相关的参数包括气体识别能力（与光谱分辨率有关）、对泄漏出现和气体量变化的敏感性、测量时间、视场 (FOV)、空间覆盖范围和空间分辨率等。

由此可见，应用场景需求和技术解决方案之间的匹配是一件复杂的事情，**终还需要权衡取舍，包括技术和预算等问题。本文将对选择光谱气体成像仪时的注意事项进行简要的介绍。

01  光谱范围

远距离气体成像仪需要至少在一个大气窗口的光谱范围内反应灵敏，散射低，透光率高。系统的光谱范围必须包括需检测的化学气体的光谱特征。通用的光谱范围是8-12微米，因为许多大的气体分子都有振动能态吸收这些光子能量，另外，被动式光谱成像仪必须使用自然发出的红外辐射，而8-12微米是在室温下波长范围内Strongest。

图1显示了波长与大气透光率之间的关系。

通过1公里城市空气的大气透光率VS氨气

02  选择性——光谱分辨率

气体光谱特征就像独特的签名。选择性是指区分不同气体的能力，它与光谱分辨率直接相关。如果两种气体的吸收线在波长尺度上很接近，那么要区分这些气体，系统的光谱分辨率必须足够高，才能识别特征，并通过这些特征识别气体。

光谱分辨率与测量时间和价格相关。图2是丙烷和二氧化硫的红外吸收光谱图。两者都在7.2-7.7微米这一区域，重叠明显，但形状不同。在光谱分辨率不够的情况下，两种气体无法相互区分。

丙烷和二氧化硫的红外吸收光谱图

大多数被动气体成像仪的光谱分辨率在5cm-1到32cm-1之间。粗分辨率通常用于搜索和没有确定目标的识别检测，更精细的分辨率则用于对目标气体进行更详细的分析和识别。

03  灵敏度

系统灵敏度是一个非常重要的参数，通常用噪声系数来表示，如噪声等效温度(NET)或噪声等效光谱辐射亮度(NESR)。NESR是在特定光谱范围内由成像仪检测到的minimum辐射亮度变化的量度。由于测量时间较长，数据可以随时间平均，高频噪声可以被过滤掉，因此灵敏度通常会随时间增加而提高。所以，系统灵敏度这一参数的选择主要取决于监测对象的演变时间，需在等视场、等光谱分辨率和等测量时间下对不同仪器的灵敏度进行比较。在典型的被动气体成像仪中，NESR为10-8W/cm2/sr/cm-1，在7.5-12微米的红外热范围内，光谱分辨率为5cm-1。

04  视场(FOV) & 瞬时视场(IFOV)

视场是从传感器方向看到的传感器采集信号区域的角度大小，也就是传感器能够感光的范围。瞬时视场(IFOV) 是角分辨率或单个像素的范围。理想情况下，仪器IFOV不应大于被探测物体（如气体云）尺寸的一半 (GR ≥ 2 * tan(IFOV/2) * H，其中GR为云团直径，H为探测距离)。如果仪器IFOV大于这个值，则气体携带的信息信号减少，灵敏度降低。

05  检测性能——校准

光谱气体相机和任何其他测量系统一样，需要定期校准。特别是对于固定装置来说，如果系统可以在不需要人工干预的情况下自动校准，那将非常方便。内置的标准红外源用于校正随时间影响图像质量的电子漂移，并根据所关注的气体路径浓度维持系统校正。

综上所述，在许多情况下，系统参数的选择是非常重要的。英宝硕以多年在红外辐射测量方面的经验，持续为危险气体检测和成像提供高质量的解决方案。

【关于英宝硕】

英宝硕位于中国科技创新之都——深圳,是具有自主研发实力的国家高新技术企业和深圳市专精特新企业。秉承应用驱动创新的经营理念，公司始终专注于先进气体探测产品的研制、生产及推广,为有安全、应急及反恐需求的用户提供一站式服务。(了解更多行业咨询可搜索英宝硕官方网站或微信公众号)

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