本申请涉及成像监测技术领域，尤其涉及一种便携式气体泄漏检测装置。
背景技术：
近几年，随着我国工业化的快速发展，各地工业园区的不断建立。而一些化工园区，涉及到的危险气体泄露、废气偷排等造成的污染事件也随之出现，这对周边环境和居民造成了严重影响。如何在保持经济高速发展的同时，有效的防止工业区对环境和居民的危害已成为各级政府部门日益重视的工作内容。
目前，国内气体泄漏检测的方式为点式化学传感器和线式激光主动探测两种常见的方式，而点式化学传感器需要吸入进行反应才能进行检测，易受天气影响产生误报、漏报。激光线式主动打光的方式，在化工园区危险区域存在一定的安全隐患，并且点式和激光式都不能实现气体泄漏的可视化，无法直观的辅助操作人员观察气体泄漏点。并且，目前的探测多为固定在现场的设备，不利于工作人员的随时随地的去监测。
因此，针对化工园区的气体监测技术领域，有待开发一种便携式的可视化的红外气体泄漏检测装置，以方便携带以随时随地监测，又能实现对气体的检测，又能够通过可视化图像辅助判断。
技术实现要素：
鉴于现有技术的以上问题，本申请提供一种便携式气体泄漏检测装置，以实现便携式、且实现对气体检测的红外监控与可视化监控。
为达到上述目的，本申请提供了一种便携式气体泄漏检测装置，包括：
红外成像模块，所述红外成像模块包括位于光路上的红外光学镜头、滤波片和红外探测器；
可见光成像模块；
显示模块，所述显示模块包括相互电连接的显示器和触摸屏驱动模块；
处理器模块，所述处理器模块与红外成像模块、可见光成像模块和显示模块电连接；
外设模块，所述外设模块包括一键报警模块，所述一键报警模块与处理器模块电连接；
电池模块，为各模块供电；
壳体，所述壳体包括相连的成像壳体部和手持壳体部；成像壳体部内部装配所述红外成像模块、可见光成像模块和处理器模块；手持壳体部内部装配所述电池模块。
由上，由于具有电池模块，因此可以实现所述装置的可移动性和便携式。
并且，还实现通过红外成像模块采集被测目标的红外光谱图像，以对是否有气体泄漏进行监测，另一方面，还可通过可见光成像模块采集被测目标的可见光图像，以便于使用者更为直观的对比查看被测目标气体泄漏情况，以及相关场景情况。
可选的，所述外设模块还包括定位模块，所述定位模块与处理器模块连接。
由上，可以实现将所监测有气体泄漏时，将相关定位信息发送到操作指挥中心。
可选的，所述外设模块还包括通信模块，所述通信模块与处理器模块连接。
使用者判断有气体泄漏时，可以通过操作一键报警模块提供的按钮，触发可见光成像模块进行拍照或录像，并通过通信模块向操作指挥中心发送包含定位信息和拍摄数据的报警信号。
可选的，所述外设模块还包括存储模块，所述存储模块与处理器模块连接。
由上，可实现相关数据的本地的存储，便于以后的分析，例如，便于后期泄漏气体溯源找寻具体泄漏位置以及后期红外光谱图像分析。
可选的，所述红外成像模块还包括：
挡片和挡片驱动模块，所述挡片驱动模块分别与所述挡片和所述处理器模块连接；
tec控温模块，所述tec控温模块与红外探测器和处理器模块连接；
模数转换模块，所述模数转换模块与红外探测器和处理器模块连接。
可选的，所述外设模块还包括扬声器和麦克风，所述扬声器和麦克风分别与处理器模块连接。
由上，可实现与操作指挥中心的语音通信。
可选的，所述显示器垂直所述成像壳体部设置。
可选的，在成像壳体部和手持壳体部连接处还设置有操作面板，该操作面板上包括所述一键报警模块、电源开关按键、切换开关、旋钮；所述切换开关和旋钮分别与所述处理器模块电连接。
本申请的这些和其它方面在以下（多个）实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
以下参照附图来进一步说明本申请的各个特征和各个特征之间的联系。附图均为示例性的，一些特征并不以实际比例示出，并且一些附图中可能省略了本申请所涉及领域的惯常的且对于本申请非必要的特征，或是额外示出了对于本申请非必要的特征，附图所示的各个特征的组合并不用以限制本申请。另外，在本说明书全文中，相同的附图标记所指代的内容也是相同的。具体的附图说明如下：
图1是本申请便携式气体泄漏检测装置立体图的示意图；
图2是本申请便携式气体泄漏检测装置主视图的示意图；
图3是本申请便携式气体泄漏检测装置后视图的示意图；
图4是本申请便携式气体泄漏检测装置内部模块的原理图。
具体实施方式
说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块a、模块b、模块c等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
在以下的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如s110、s120……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。
说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置a和b的设备”不应局限为仅由部件a和b组成的设备。
本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。如有不一致，以本说明书中所说明的含义或者根据本说明书中记载的内容得出的含义为准。另外，本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
为了准确地对本申请中的技术内容进行叙述，以及为了准确地理解本申请，在对具体实施方式进行说明之前先对本说明书中所使用的术语给出如下的解释说明或定义：
红外成像装置：也称为红外成像仪，具体红外成像镜头、该镜头光路上的红外探测器，以将红外光信号转换为电信号。镜头与红外探测器之间具有挡片，该挡片通过设定的时间间隔或手动启动被驱动遮挡或打开镜头到红外探测器之间的光路。挡片的作用是：红外探测器难以根据外界温度和湿度进行自适应调整，当红外成像装置使用一段时间时，或被测物体和湿度发生变化时，需通过挡片遮挡以重置红外探测器参数，达到校准的目的。
fpga：属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵（fieldprogrammablegatearray，fpga）。
arm:arm处理器是acorn有限公司面向低预算市场设计的一款risc微处理器。全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用arm架构。
tec控温模块：tec是半导体致冷片(thermoelectriccooler，tec)，通过通入正负电压实现加热或制冷。应用于红外成像装置时，即对红外成像装置的红外探测器进行控温，即实现对红外探测器温度参数的调整。
mipi：移动产业处理器接口(mobileindustryprocessorinterface，mipi)。mipi是mipi联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。
dvp：一种并口传输协议。
tf、emmc：均为一种存储芯片规格。
mic：麦克风(microphone)。
电源管理芯片（powermanagementintegratedcircuits），是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片，主要负责识别其他模块供电幅值，产生相应的短矩波，推动后级电路进行功率输出。常用电源管理芯片有lmg3410r050、ucc12050、bq25790、hip6301、is6537、rt9237、adp3168、ka7500、tl494等型号芯片。
本申请一方面可以监测场景内的气体的红外辐射并进行成像，形成红外光信号，另一方面可以通过拍照或视频获得可见光图像，从而可以通过红外图像体现是否有气体泄漏，而通过可见光图像用于辅助操作人员对比判断泄漏点在何处。下面参见附图对本申请进行详细说明。
如图1、图2、图3示出了本申请的整体结构，其中包括壳体，该壳体包括内部装配红外成像模块10的成像壳体部71，为水平设置的筒状，其与手持壳体部72连接，手持壳体部72竖直设置，且内部装配有电池61，所述显示器51从成像壳体部71和手持壳体部72连接处向旁侧伸出，且显示器51与成像壳体部71垂直。
在成像壳体部71和手持壳体部72连接处还设置有操作面板73，该操作面板73上包括一键报警模块45、电源开关按键732、切换开关734、旋钮733，其中切换开关734用于在长按和短按的情况下实现摄像、拍照功能。旋钮733用于切换不同显示模式，包括可见，灰度，铁红，极光，熔岩，彩虹，温度等显示模式的切换。所述切换开关和旋钮分别与所述处理器模块电连接。
如图4示出了本申请的便携式气体泄漏检测装置的内部模块一实施例，包括红外成像模块10，可见光成像模块20、处理器模块30、外设模块40、显示模块50以及电池模块60。其中：
红外成像模块10包括位于光路上的（如同轴设置）红外光学镜头、滤波片、挡片101以及红外探测器102，红外镜头的响应波段、滤波片的中心波长以及红外探测器102的响应波段与目标气体的红外吸收波段相匹配。红外成像模块10还包括挡片驱动模块103、tec控温模块104和模数转换模块105。其中，上述挡片驱动模块103、tec控温模块104和模数转换模块105也可以称为红外机芯。
红外光学镜头与滤波片构成光学部分，红外光学镜头用于收集监测场景内的红外辐射并进行成像，滤波片用于获取红外吸收波段为特定波段的气体的红外光信号作为目标红外光信号。滤波片可以放置在红外光学镜头前面，也可以放置在红外光学镜头后面。
红外探测器102用于将接收的目标红外光信号转换为电模拟信号；红外探测器102分为制冷型和非制冷型，制冷型必须配备制冷系统，而非制冷型可以直接在常温下工作，非制冷型红外探测器体积更小、成本和功耗更低。
挡片101用于通过其开合遮蔽或打开红外探测器102的光路，从而实现对红外探测器102进行校正。
挡片驱动模块103与处理器模块30和挡片101相连，用于接收处理器模块30的控制，驱动挡片101的电机动作，实现挡片101的开合，从而实现对红外探测器102的校正。
tec控温模块104与处理器模块30和红外探测器102相连，用于获取红外探测器102的实际温度，通过与目标温度比较后，由处理器模块30输出控制信号驱动该tec控温模块104来完成对红外探测器102的增温或者降温，以达到设定目标温度。tec控温模块104包括温度传感器、半导体制冷热片（tec）和tec驱动电路。
模数转换模块105电连接于红外探测器102和处理器模块30之间，用于接收红外探测器102输出的视频模拟信号，并将视频模拟信号转换为数字信号传输至处理器模块30。
可见光成像模块20用于拍摄场景照片，当操作人员巡检发现场景中有气体泄漏时操作本装置对该场景进行拍照，可同时获得红外图像和可见光图像，红外图像体现是否有气体泄漏，而可见光图像用于辅助操作人员对比判断泄漏点在何处。
处理器模块30用于接收红外成像模块10的红外数字视频信号，以及可见光成像模块20的数字视频信号，并将处理后的数字视频信号输出至显示屏或外设模块，还用于对挡片驱动模块103输出控制信号、对tec控温模块104输出控制信号。处理器模块30内部可以由arm主处理器32和fpga协处理器31构成，fpga协处理器31用于实现所述红外成像部分的控制，arm主处理器32用于将红外数字视频信号、可见光数字视频信号进行处理。
外设模块40包括扬声器41、mic42、tf卡43、emmc44、一键报警模块45、通信模块46、定位模块47。其中一键报警模块45为一按钮，当操作人员发现场景中有气体泄漏时，该按钮被按下时，向处理器模块30发送一触发信号触发报警，处理器模块30接收到该触发信号，立即启动红外成像模块10和可见光成像模块20对当前场景进行录拍，同时通过定位模块47获取当前定位信息，并将拍摄数据与定位信息通过通信模块46发送至远端的指挥控制中心。其中tf卡43、emmc44可以对相关数据进行存储，而扬声器41、mic42则可以用于与扬声器41、mic42的语音通话用。
显示模块50用于显示数字视频信号。其包括显示器51和触摸屏驱动模块52。触摸屏驱动模块52用于实现触屏的输入，当触摸屏为电容屏时，该触摸屏驱动模块52可以是由电容屏触摸驱动芯片如ft5406型号芯片实现。
电池模块60用于为上述各模块供电。其可以包括电池61和电池管理模块62，其中电池管理模块62由电池管理芯片实现。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对基于图4可实现的一具体实施方式进一步进行描述：
该具体实施方式中，红外光学镜头可以为中长波红外镜头，其响应波段可以为6μm-14μm，焦距可以为20mm-70mm，f数可以为小于等于1.1的任意值，该中长波红外镜头的镜头表面镀制增透膜，透过率大于88%。
对于大多数vocs气体而言，其吸收峰波段普遍存在于中波红外与长波红外。从普朗克公式m(λ,t)=c_1⁄(λ^5∙1⁄(exp((c_2⁄λt)-1)))出发，其中m(λ,t)是t温度的黑体辐射，c_1为第一辐射常数、c_2为第二辐射常数、t为温度、λ为波长。一般的，c_1=3.74×10^(-16)w∙m^2，c_2=1.44×10^(-2)w∙k。以27℃黑体为例，其长波红外辐射能量密度为172.5672w/m2，中波红外辐射能量密度为5.8611w/m2，可以看出，长波红外辐射能量约是中波红外辐射能量的29倍。因此选取响应波段为6-14μm的红外镜头。并且，在本具体实施方式中，给出所述中长波红外镜头的最优参数参考数据，该数据仅供参考，针对特殊的使用工况，可在上述范围中自行调整。本实施例给出的最优参数参考数据为响应波段为6μm-8.5μm和8μm-12μm，焦距为18mm，f数为0.7。
该具体实施方式中，滤波片采用带通滤波片。带通滤波片只允许红外吸收波段为特定波段的气体的红外光信号通过，而在此特定波段前后波段的光信号均被截至，防止了其余红外辐射对监测效果的影响。带通滤波片的中心波长的选择取决于待测气体的红外吸收峰，选取的带宽必须在保证信噪比的情况下，使系统具有更高的总体灵敏度，在透射波段内应具有较高的透过率，一能减少对光路中辐射传输的衰减，二能有效滤除其他波段内的无效辐射。
以甲烷为例，查询hitran数据库得知甲烷在长波红外吸收峰为7.661μm，选取带通滤波片的中心波长对应甲烷红外吸收峰为7.661μm，考虑带通滤波片制备难度与总体灵敏度要求选取半高全宽带宽为180nm，平均透过率大于80%，在0.4μm-11μm其余波段平均透过率小于1%。
该具体实施方式中，红外探测器102选用非制冷红外探测器，进一步降低红外图像实时处理系统的成本以及功耗，减小其体积。
该具体实施方式中，可见光成像模块20还可以配置相应的大功率补光装置，以在光线不足时可以拍摄到清晰的照片。
该具体实施方式中，定位模块47可以采用gps定位模块或北斗定位模块。
下面对本申请便携式气体泄漏检测装置的使用过程进行介绍，以便于能够更进一步的理解本发明的工作原理：
操作人员手持本申请便携式气体泄漏检测装置对化工园区内放置有危险气体的区域进行手动扫描，当某个危险化工气体泄漏时，气体云团进入本装置的监测范围，由于红外线的吸收特性，也就是在正常大气环境和包含泄漏气体的环境中传播损耗不一致，本装置的红外光学镜头会收集吸收波段与其响应波段相匹配的气体的红外辐射，然后经过特定波段的带通滤波片以选择所需监测的目标气体的辐射信号，形成目标红外光信号；
经过红外探测器102进行光电转换，将目标红外光信号转换为电信号，通过模数转换模块105将电信号传输给处理器模块30，由处理器模块30处理后成像显示在显示器51上；
操作人员根据显示器51上的显示的图像能够判断是否有危险气体泄漏，当判断有气体泄漏时，操作人员通过操作一键报警模块45提供的按钮，触发可见光成像模块20进行拍照或录像，并通过该通信模块46向操作指挥中心发送包含定位模块47的定位信息和拍摄数据的报警信号。
另外，这些拍摄的数据和定位信息还可通过tf卡43或emmc44进行存储。并且还可以通过扬声器41和mic42经过通信模块46与操作指挥中心进行通话。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本申请保护范畴。
1.一种便携式气体泄漏检测装置，其特征在于，包括：
红外成像模块，所述红外成像模块包括位于光路上的红外光学镜头、滤波片和红外探测器；
可见光成像模块；
显示模块，所述显示模块包括相互电连接的显示器和触摸屏驱动模块；
处理器模块，所述处理器模块与红外成像模块、可见光成像模块和显示模块电连接；
外设模块，所述外设模块包括一键报警模块，所述一键报警模块与处理器模块电连接；
电池模块，为各模块供电；
壳体，所述壳体包括相连的成像壳体部和手持壳体部；成像壳体部内部装配所述红外成像模块、可见光成像模块和处理器模块；手持壳体部内部装配所述电池模块。
2.根据权利要求1所述的便携式气体泄漏检测装置，其特征在于，所述外设模块还包括定位模块，所述定位模块与处理器模块电连接。
3.根据权利要求1所述的便携式气体泄漏检测装置，其特征在于，所述外设模块还包括通信模块，所述通信模块与处理器模块电连接。
4.根据权利要求1所述的便携式气体泄漏检测装置，其特征在于，所述外设模块还包括存储模块，所述存储模块与处理器模块电连接。
5.根据权利要求1所述的便携式气体泄漏检测装置，其特征在于，所述红外成像模块还包括：
挡片和挡片驱动模块，所述挡片驱动模块分别与所述挡片和所述处理器模块电连接；
tec控温模块，所述tec控温模块与红外探测器和处理器模块电连接；
模数转换模块，所述模数转换模块与红外探测器和处理器模块电连接。
6.根据权利要求1所述的便携式气体泄漏检测装置，其特征在于，所述外设模块还包括扬声器和麦克风，所述扬声器和麦克风分别与处理器模块电连接。
7.根据权利要求1所述的便携式气体泄漏检测装置，其特征在于，所述显示器垂直所述成像壳体部设置。
8.根据权利要求7所述的便携式气体泄漏检测装置，其特征在于，在成像壳体部和手持壳体部连接处还设置有操作面板，所述操作面板上包括所述一键报警模块、电源开关按键、切换开关、旋钮；所述切换开关和旋钮分别与所述处理器模块电连接。
技术总结