[发明专利]用于确定气体存在的装置和方法

说明书

提供了一种用于确定气体(103)的存在的装置(100)，该装置(100)包括：一个或多个延迟器(109)，用于根据在相位上彼此偏移的多个偏振光谱调制轮廓来对接收到的辐射的偏振进行光谱调制，其中从一个或多个延迟器(109)输出的辐射包括在共同辐射束中具有根据所述多个偏振光谱调制轮廓进行光谱调制的偏振的辐射；一个或多个偏振器(147、148)；以及辐射检测器(142、144)，用于检测由一个或多个偏振器(147、148)针对相应的偏振态进行滤波的从一个或多个延迟器(109)输出的辐射，其中检测器(142、144)在不同的检测器上选择性地且分开地同时检测符合所述偏振光谱调制轮廓中的至少第一和第二偏振光谱调制轮廓中的每个的偏振辐射，从而提供至少相应的第一和第二偏振相关的辐射强度测量结果，从中能确定气体(103)的存在。

技术领域

本文描述的实施例通常涉及确定气体的存在。更具体地但非排他地，实施例涉及获得偏振相关的辐射强度测量结果，从中能确定气体的存在。一些实施例涉及远程确定气体的存在。一些实施例涉及确定气体的浓度。

背景技术

地球大气中的气体的遥感对于空气污染监视、源检测和气体泄漏检测至关重要。许多光学气体感测仪器都是基于光谱测量的，其中可以通过其特定光谱特征检测痕量气体(trace gas)，诸如NO₂或CH₄。为了获得痕量气体存在的二维图像，光谱仪通常使用扫描机制，其中可以在空间域和光谱域中扫描视场。扫描机制可能需要大量时间来建立2D图像。获得痕量气体浓度的2D图像的其他机制包括高光谱成像和压缩感测技术。这样的方法可以实施色散或波长选择元件以获得足以辨别气体的光谱特征的固有光谱分辨率。

多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪可用于通过利用来自多个观察方向的散射阳光来确定大气中的气体浓度。可以使用摄谱仪检测散射的阳光，该摄谱仪可以收集通过光纤的光并扫描天空以记录所有方向上的完整光谱特征。使用光纤的仪器可能同时具有数个观察方向。在扫描系统中，整个系统(包括光纤)可能指向目标区域，以防止传输差异导致错误的读数。

气体检测的另一个示例涉及使用基于多光路强度的干涉仪方法，诸如使用迈克尔逊干涉仪或傅里叶变换光谱仪，其中入射的辐射束在重组之前被分成两个物理上单独的独立臂。再一个示例涉及使用马赫-曾德尔干涉仪，该马赫-曾德尔干涉仪利用不同的光路，并且具有彼此异相180°的两个输出。由于与这种干涉仪相关联的复杂的光学系统，它们易于变得错位并且对振动特别敏感。这种干涉仪中的多个光路可能意味着小的未对准或移动可能会导致错误的测量结果。振动和温度变化对不同的光路影响不同。结果，当可能需要大量的稳定性时，这种干涉测量技术可能被认为不适用于许多环境，诸如例如在无人机、卫星或任何移动的车辆中。此外，具有多个物理上分离的光路的这种干涉仪对温度和振动变化高度敏感，或者需要定期扫描干涉仪路径长度，从而导致需要温度和振动的稳定性。稳定性要求和敏感的对准导致庞大的设置。

因此，需要一种用于检测气体的紧凑且坚固的成像装置。

发明内容

本公开的第一方面提供了一种用于确定气体的存在的装置。该装置典型地包括一个或多个延迟器，用于典型地在所选频率范围内根据在相位上彼此偏移的多个偏振光谱调制轮廓来对接收到的(典型地是电磁的)辐射的偏振进行光谱调制。该装置典型地包括一个或多个辐射检测器，用于检测由一个或多个偏振器针对相应的偏振态进行滤波的从一个或多个延迟器输出的辐射，一个或多个检测器选择性地(并且典型地分开地-例如在不同的时间在同一检测器上，或同时或在不同时间在不同的检测器上)检测符合所述偏振光谱调制轮廓中的至少第一和第二偏振光谱调制轮廓中的每个的偏振辐射，从而提供至少相应的第一和第二偏振相关的辐射强度测量结果，从中能确定气体的存在。

该装置可以包括一个或多个偏振器。