一种可视化便携氦气检漏设备的制作方法

1.本实用新型涉及但不限于浮空器产品漏气检测技术领域，尤指一种可视化便携氦气检漏设备。


背景技术：

2.目前的浮空器产品外场氦气检漏手段主要是通过喷洒中性起泡液的方式进行氦气检漏，而浮空器产品一般都具有体积大，怕磕碰(尤其是带棱角的物体)等特点。
3.在外场氦气检漏维护过程中，需靠近浮空器球体表面，高空作业平台移动慢，虽然作业时查看天气预报，但天气变化莫测，危险最大的是遭遇突风，使浮空器球体与高空作业平台相撞而球毁人亡。另外，起泡液在冬季低温时会结冰、检漏效果受限因素多(如起泡液浓度、球体压力、漏点尺寸、环境温度等)。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的：本实用新型实施例提供了一种可视化便携氦气检漏设备，以解决现有外场氦气检漏方式，由于需要靠近浮空器球体表面，从而导致检漏过程中存在安全隐患的问题，以及起泡液在低温环境中结冰导致无法检测，检漏效果受限因素较多等问题。
5.本实用新型的技术方案：本实用新型实施例提供一种可视化便携氦气检漏设备，包括：面阵相机1、光谱仪2、光源3和计算机5；
6.其中，所述光源3放置于光谱仪2上方，且光源3和光谱仪2均面向待检测浮空器设置；所述光源3用于为氦气检漏设备提供辐射源，所述辐射源照射到待检测的浮空器表面；
7.所述光谱仪2中设置有色散元件，用于通过其色散元件将待检测浮空器反射回的电磁辐射分离出指定波长或波长区域，并将分离出的指定波长或波长区域投射到面阵相机1上；
8.所述面阵相机1设置于光谱仪2背向待检测浮空器的一侧，用于通过所采集到的指定波长或波长区域，采集场景图像的光谱图像信息；
9.所述计算机5分别与面阵相机1、光谱仪2和光源3相连接，且计算机5放置于光谱仪2上方，用于控制氦气检漏设备中各器件的运行，并且对面阵相机1采集到的光谱图像信息进行处理，从而形成被测浮空器的实时高光谱图像。
10.可选地，如上所述的可视化便携氦气检漏设备中，
11.所述光源3选用聚光灯光源，其产生并发射的光线与被检测对象作用后形成物理或化学信息的载体，反射回来的光线后被光谱仪2接收。
12.可选地，如上所述的可视化便携氦气检漏设备中，
13.所述面阵相机1具有高光谱成像功能，用于获取场景图像中每个像素的光谱信息，具体读取到场景图像的面积、形状、尺寸、位置、温度信息。
14.可选地，如上所述的可视化便携氦气检漏设备中，
15.所述计算机5还用于为其所形成的实时高光谱图像提供存储空间。
16.可选地，如上所述的可视化便携氦气检漏设备中，还包括：观测平台4；
17.所述观测平台4包括：平台安装面和设置于平台安装面底部的安装架体；所述光谱仪2通过支架安装在观测平台4的平台安装面上。
18.可选地，如上所述的可视化便携氦气检漏设备中，
19.所述观测平台4为氦气检漏设备提供稳定的观测点，并且将面阵相机1、光谱仪2、光源3和计算机5集成于一体，便于观测操作。
20.本实用新型的有益效果：本实用新型实施例提供了一种可视化便携氦气检漏设备，是基于面阵相机、光谱仪、光源、观测平台、计算机等组成的可视化便携氦气检漏设备；本实用新型实施例中通过研究氦气的光谱特性，利用高光谱成像技术获得氦气光谱所在谱段的影像信息，从而直观的观测到氦气的泄漏情况。采用本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备，可以在安全距离内直观的观测浮空器球体氦气泄漏的情况，从而解决北方冬季寒冷无法检漏的限制，并且提高检漏效率，避免安全事故的发生。本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果为：
21.(1)，相比于现有氦气检漏方式中，喷洒中性起泡液时环境温度在2℃以下基本无效果，起泡液会在球体表面结成冰、霜的现象，本实用新型实施例提供的技术方案由于无需采用中性起泡液这类物质，因此，外场氦气检漏不受季节限制，
22.(2)，由于本实用新型提供的技术方案在实施过程中始终远离浮空器球体，因此，有效避免了浮空器球体与作业设备相撞而产生安全事故；
23.(3)，相比现有氦气检漏方式，由于喷洒起泡液是通过泄漏的氦气吹出的气泡来间接观测氦气泄漏，受起泡液浓度、裂口形状尺寸、球体压力、温度等影响，漏点处不一定起泡；采用本实用新型提供的技术方案可观测到任意裂口形状泄漏的氦气；
24.综上所述，本实用新型提供的技术方案的操作简便，单人即可操作，节省大量人力、物力；直接观测氦气泄漏情况，检漏效率高；远离浮空器球体，消除了安全隐患。
附图说明
25.附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。
26.图1为本实用新型实施例提供的一种可视化便携氦气检漏设备的整体结构示意图；
27.图2为本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备中以光栅分光为技术基础的高光谱成像的原理示意图。
28.附图标记说明：
29.1-面阵相机、2-光谱仪、3-光源、4-观测平台、5-计算机。
具体实施方式
30.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及
实施例中的特征可以相互任意组合。
31.上述背景技术中已经说明，现有浮空器产品外场氦气检漏手段主要是通过喷洒中性起泡液。现有技术中，用于进行外场氦气检漏的设备具体包括高空作业平台、水箱、增加水泵、高压水管、喷枪、中性起泡液、水，其中中性起泡液和水为消耗品。其原理是通过在浮空器球体表面喷洒特定配比浓度的中性起泡液，近距离观测球体中所泄漏氦气吹出的气泡来判断球体漏点。
32.上述现有氦气检漏方式不足之处有以下几点：
33.a)在于低温效果极差：2℃以下起泡液会在球体表面结成冰、霜；
34.b)检漏效果受限因素较多：如起泡液浓度、裂口形状尺寸、球体压力、环境温度等；
35.c)存在安全隐患：在外场检漏维护过程中，需靠近浮空器球体表面，高空作业平台移动慢，虽然作业时查看天气预报，但天气变化莫测，危险最大的是遭遇突风，使浮空器球体与高空作业平台相撞而球毁人亡。
36.针对现有氦气检漏过程中存在的各种问题，本实用新型实施例提供了一种可视化便携氦气检漏设备，在外场地面安全区域内或与浮空器球体保持一定的安全距离就能够有效的观测到氦气泄漏情况。
37.本实用新型提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
38.图1为本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备在飞机中的安装位置示意图。本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备的主体结构包括：面阵相机1、光谱仪2、光源3和计算机5。
39.如图1所示可视化便携氦气检漏设备的结构中，光源3放置于光谱仪2上方，且光源3和光谱仪2均面向待检测浮空器设置；所述光源3用于为氦气检漏设备提供辐射源，所述辐射源照射到待检测的浮空器表面。
40.本实用新型实施例中的光谱仪2中设置有色散元件，用于通过其色散元件将待检测浮空器反射回的电磁辐射分离出指定波长或波长区域，并将分离出的指定波长或波长区域投射到面阵相机1上；
41.本实用新型实施例中的面阵相机1设置于光谱仪2背向待检测浮空器的一侧，用于通过所采集到的指定波长或波长区域，采集场景图像的光谱图像信息。
42.本实用新型实施例中的计算机5分别与面阵相机1、光谱仪2和光源3相连接，且计算机5放置于光谱仪2上方，用于控制氦气检漏设备中各器件的运行，并且对面阵相机1采集到的光谱图像信息进行处理，从而形成被测浮空器的实时高光谱图像。
43.以下对本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备的工作方式进行说明前，首先对氦光谱、高光谱成像技术和本实用新型的原理进行说明。
44.一，氦光谱
45.氦是一种无色的惰性气体，放电时发深黄色的光(波长706.5nm、587.6nm)，氦原子核外有2个电子，基态时处于1s1s电子组态；受激发时，通常1个电子被激发到较高能态，另1个电子仍处于1s态。氦原子中2个电子角动量遵从ls耦合，2个电子合成的总自旋s＝0和1，能级分成单层结构s＝0和3层结构s＝1两组。能级之间跃迁遵从ls耦合的选择定则，根据选择定则δs＝0，不同多重态之间没有跃迁，因此氦原子光谱有2个主线系，2个锐线系和2个
漫线系等。单层能级之间的跃迁产生单线结构光谱，3层能级之间跃迁产生复杂多线结构光谱。
46.二，高光谱成像技术
47.光谱分辨率在10-2
λ数量级范围内的光谱图像称为高光谱图像。通过搭载在不同空间平台上的高光谱传感器，即成像光谱仪，在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，以数十至数百个连续且细分的光谱波段对目标区域同时成像。在获得地表图像信息的同时，也获得其光谱信息，第一次真正做到了光谱与图像的结合。与多光谱遥感影像相比，高光谱影像不仅在信息丰富程度方面有了极大的提高，在处理技术上，对该类光谱数据进行更为合理、有效的分析处理提供了可能。
48.高光谱图像是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者r、g、b的区别，而是在光谱维度上也有n个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。
49.高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。本实用新型是以光栅分光为技术基础的高光谱成像。如图2所示，为本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备中以光栅分光为技术基础的高光谱成像的原理示意图。
50.在经典物理学中，光波穿过狭缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，不同波长的光会发生不同程度的弯散传播，再通过光栅进行衍射分光，形成一条条谱带。也就是说：空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。经过狭缝的光由于不同波长照射到不同的探测器像元上，光能量很低，因此需要选择高灵敏相机，同时需要加光源。
51.三，本实用新型提供的可视化便携氦气检漏设备的工作原理
52.人眼可见光主要分为三个波段(长波-被视为红色，中波-被视为绿色，短波-被视为蓝色)，光谱成像将光谱分为更多的波段。这种将图像分割成带的技术可以扩展到可见光以外。在高光谱成像中，记录的光谱具有很好的波长分辨率，覆盖范围很广，高光谱成像测量连续光谱带，而不是测量间隔光谱带的多光谱成像。
53.本实用新型提供的可视化便携氦气检漏设备的成像原理即是采用空间光谱扫描进行高光谱数据采集，通过信息处理技术形成可以反映被测浮空器大小、形状等外部特征的图像信息。由于不同成分对光谱吸收的不同，在某个特定波长下图像对某个缺陷会有较显著的反映。因此，针对辐射稳定的氦光谱可在高光谱成像下有明显的反映，这样就能够观测到氦气的泄漏情况，以便于及时、准确的进行处置。
54.本实用新型实施例中的光源3具体选用聚光灯光源，该光源3所述产生并发射的光
线与被检测对象作用后形成物理或化学信息的载体，反射回来的光线后被光谱仪2接收。
55.本实用新型实施例中光谱仪2中的色散元件可以为光栅，具体将待检测浮空器反射回的电磁辐射分离出氦光谱波长或氦光谱波长区域。
56.本实用新型实施例中的面阵相机1是一种可以一次性的获取图像并能及时进行图像采集的相机，该面阵相机1用于获取场景图像中每个像素的光谱信息，具体读取到场景图像的面积、形状、尺寸、位置、温度等信息。
57.本实用新型实施例中的计算机5不仅可以根据场景图像的面积、形状、尺寸、位置、温度等信息，形成被测对象的实时高光谱图像，同时还可以为高光谱图像提供存储空间。
58.本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备，是基于面阵相机、光谱仪、光源、观测平台、计算机等组成的可视化便携氦气检漏设备；本实用新型实施例中通过研究氦气的光谱特性，利用高光谱成像技术获得氦气光谱所在谱段的影像信息，从而直观的观测到氦气的泄漏情况。采用本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备，可以在安全距离内直观的观测浮空器球体氦气泄漏的情况，从而解决北方冬季寒冷无法检漏的限制，并且提高检漏效率，避免安全事故的发生。本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果为：
59.(1)，相比于现有氦气检漏方式中，喷洒中性起泡液时环境温度在2℃以下基本无效果，起泡液会在球体表面结成冰、霜的现象，本实用新型实施例提供的技术方案由于无需采用中性起泡液这类物质，因此，外场氦气检漏不受季节限制，
60.(2)，由于本实用新型提供的技术方案在实施过程中始终远离浮空器球体，因此，有效避免了浮空器球体与作业设备相撞而产生安全事故；
61.(3)，相比现有氦气检漏方式，由于喷洒起泡液是通过泄漏的氦气吹出的气泡来间接观测氦气泄漏，受起泡液浓度、裂口形状尺寸、球体压力、温度等影响，漏点处不一定起泡；采用本实用新型提供的技术方案可观测到任意裂口形状泄漏的氦气；
62.综上所述，本实用新型提供的技术方案的操作简便，单人即可操作，节省大量人力、物力；直接观测氦气泄漏情况，检漏效率高；远离浮空器球体，消除了安全隐患。
63.进一步地，如图1所示，本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备中还包括：观测平台4；该观测平台4包括：平台安装面和设置于平台安装面底部的安装架体；所述光谱仪2通过支架安装在观测平台4的平台安装面上。
64.本实用新型实施例中，通过观测平台4为氦气检漏设备提供稳定的观测点，并且将面阵相机1、光谱仪2、光源3和计算机5集成于一体，便于观测操作。
65.本实用新型实施例提供的可视化便携氦气检漏设备中，采用观测平台4将面阵相机1、光谱仪2、聚光灯光源3和计算机5集成在一起，集成后的观测主体上设置便携计算机卡扣，便于便携计算机的安装和拆卸，观测主体与观测平台可拆分。设备拆分后装箱，箱子尺寸与普通行李箱近似，便于携带。
66.虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种可视化便携氦气检漏设备，其特征在于，包括：面阵相机(1)、光谱仪(2)、光源(3)和计算机(5)；其中，所述光源(3)放置于光谱仪(2)上方，且光源(3)和光谱仪(2)均面向待检测浮空器设置；所述光源(3)用于为氦气检漏设备提供辐射源，所述辐射源照射到待检测的浮空器表面；所述光谱仪(2)中设置有色散元件，用于通过其色散元件将待检测浮空器反射回的电磁辐射分离出指定波长或波长区域，并将分离出的指定波长或波长区域投射到面阵相机(1)上；所述面阵相机(1)设置于光谱仪(2)背向待检测浮空器的一侧，用于通过所采集到的指定波长或波长区域，采集场景图像的光谱图像信息；所述计算机(5)分别与面阵相机(1)、光谱仪(2)和光源(3)相连接，且计算机(5)放置于光谱仪(2)上方，用于控制氦气检漏设备中各器件的运行，并且对面阵相机(1)采集到的光谱图像信息进行处理，从而形成被测浮空器的实时高光谱图像。2.根据权利要求1所述的可视化便携氦气检漏设备，其特征在于，所述光源(3)选用聚光灯光源，其产生并发射的光线与被检测对象作用后形成物理或化学信息的载体，反射回来的光线后被光谱仪(2)接收。3.根据权利要求1所述的可视化便携氦气检漏设备，其特征在于，所述面阵相机(1)具有高光谱成像功能，用于获取场景图像中每个像素的光谱信息，具体读取到场景图像的面积、形状、尺寸、位置、温度信息。4.根据权利要求1所述的可视化便携氦气检漏设备，其特征在于，所述计算机(5)还用于为其所形成的实时高光谱图像提供存储空间。5.根据权利要求1～4中任一项所述的可视化便携氦气检漏设备，其特征在于，还包括：观测平台(4)；所述观测平台(4)包括：平台安装面和设置于平台安装面底部的安装架体；所述光谱仪(2)通过支架安装在观测平台(4)的平台安装面上。6.根据权利要求5所述的可视化便携氦气检漏设备，其特征在于，所述观测平台(4)为氦气检漏设备提供稳定的观测点，并且将面阵相机(1)、光谱仪(2)、光源(3)和计算机(5)集成于一体，便于观测操作。

技术总结
本实用新型实施例公开了一种可视化便携氦气检漏设备，该设备中，光源放置于光谱仪上方，用于为氦气检漏设备提供辐射源；光谱仪用于通过其色散元件将待检测浮空器反射回的电磁辐射分离出指定波长，并将分离出的指定波长投射到面阵相机上；面阵相机采集场景图像的光谱图像信息；计算机控制氦气检漏设备中各器件的运行，并且对面阵相机采集到的光谱图像信息进行处理，从而形成被测浮空器的实时高光谱图像。本实用新型解决了现有外场氦气检漏方式，由于需要靠近浮空器球体表面，从而导致检漏过程中存在安全隐患的问题，以及起泡液在低温环境中结冰导致无法检测，检漏效果受限因素较多等问题。等问题。等问题。


技术研发人员：龚远虎 刘函 李雁 邹星荣 姚浩
受保护的技术使用者：中国特种飞行器研究所
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/8/5