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氣云成像——“有譜”的氣體檢測技術
【Popularization Of Science】
氣云成像技術由于其檢測結果的可視化及監測范圍的大幅擴展而受到安全、應急及環保行業用戶的青睞。隨著原來越多的技術組織，初創公司，投資結構直至大企業的紛紛介入，“氣云成像”檢測技術似乎愈來愈有成為有毒有害氣體檢測技術新寵的趨勢，“氣云成像”技術真的能完全或部分解決傳統氣體檢測技術不能解決的“痛點”問題嗎？
與多數傳統的有毒有害氣體檢測技術(gas detection)不同，氣云成像技術主要是基于紅外吸收光譜技術（infra-red absorbed spectrum）產生的，因而可以俗稱其為“有譜”的技術以區分以催化燃燒，電化學，紫外電離等為**的廣為使用的接觸式快速氣體檢測技術。
目前市面上主要的氣云成像技術可統稱為被動紅外（氣體）遙測技術。顧名思義，被動表明這類產品依賴背景與被測氣體的溫差實現檢測，換句話說如果沒有合適的溫差將沒有檢出；遙測意味著可以實現從幾十米到數公里的檢測。
遙測，成像，說起來夠強悍的，那在實際使用時能達到理論上的效果嗎？本文試圖從一些主要涉及到產品性能的技術指標的定義上淺釋一下目前行業內讓許多用戶混淆的說法。
誤區一 ：氣云成像定義
氣云成像這個名詞的由來應該始于英文“gas cloud imaging“一詞，即GCI技術，**早是由美國Rebellion公司提出音譯而來。但按國內目前行業內及用戶流行的對應氣云成像產品的說法，更多的指向是OGI技術英文optical gas imaging。Gas cloud若是咬文嚼字，更準確的漢譯應該是星云而不是氣云。令人忍俊的是，云本身就是可見的，緣何再用技術來成像讓人可見？再者，漢字云是由雲簡化而來，顧名思義含有水，是大氣中的水蒸氣遇冷液化成的小水滴或凝華成的小冰晶所混合組成的漂浮在空中的可見聚合物(見百度百科解釋)。大家都知道無論何種“氣云成像”技術背后的科學都來自與紅外光譜吸收技術，而大氣中水的大量存在對紅外的強吸收造成的“水窗”會讓其它氣體被完全屏蔽根本不能被測出。因而，筆者認為氣云成像這個名詞的準確性有待考究，用氣體（有毒有害）成像更加合適。
本文討論的氣云成像設備*指基于紅外熱成像技術的產品，其按目前市場上的產品種類可大略分為3-5um制冷和7-14um非制冷兩種類型。
誤區二 定量定性
“定量定性”能力是自氣體檢測技術誕生近100年來不斷演變提升的**技術指標，也是驗證任何氣體檢測技術是否有效的金標準。所謂脫離劑量不能談毒性的說法用于解釋氣體檢測定量定性的重要性恰當不過了。
所有氣云成像技術皆遵守光學吸收的基本定律比爾定律，A=lg (1/T)=Kbc，A為吸光度,T為透射比,是投射光強度比上入射光強度，c為吸光物質的濃度， b為吸收層厚度。簡單說就是要能測得氣體濃度必須測得到氣體云團厚度。而眾所周知，氣云成像設備可以把它理解成一個相機，不具備測厚功能，因而根本不可能測出氣體濃度。除非在準確獲知被測氣體與相機之間的距離，同時知道環境溫濕度風速等影響測量準確性的參數的情況下可以通過后臺軟件計算出來。對于宣稱測量范圍在數公里之外的廠家，在其屏幕上顯示的氣體濃度柱圖，充其量就是個估算出來的有數量級差異的數而已。
Tips：目前的氣云成像產品不具備定量定性能力，所謂的半定量的說法就是自欺欺人。
誤區三 有效探測距離
國內諸多廠家在宣傳氣云成像產品時多在“測的遠，測得多”上下功夫以吸引用戶眼球。比如某公司在其宣傳材料上宣稱可以測得2km外氣體泄漏。國外此行業**的幾家此類公司包括OPGAL,SENTNEL及Providence Photoics等在其所有公開資料上都沒涉及公里級的概念，主要的數據也就200米左右。
也許通過技術手段如加大紅外鏡頭焦距等，在泄漏氣團的面積和厚度足夠大及在定點測試條件下可以檢測到數據，但在真實的使用時候，由于鏡頭的視場角變窄，超長距離探測路徑上各種干擾因素增加，能撲捉到泄漏的機會基本渺茫。換句話說，大概率不可能在其它原位測量設備，如傳統氣體檢測儀器甚至壓力溫度測量儀器沒有檢出前測出早期泄漏。
誤區四 高光譜（Hyperspectral image） vs多光譜(Multispectral image)
高光譜與多光譜的在被動氣體遙測領域可以簡單的解讀為光譜分辨率的高低，分辨率越高區分氣體種類的能力越強。按目前業內的定義，高光譜可以區別檢測出單一氣體種類，多光譜只能測出氣體大致是那一類，比如烷烴，烯烴等。
氣云成像產品都屬于多光譜的范疇，因而不能實現對氣體種類的準確區分。
誤區五 探測下限(LOD)
研究表明，影響氣體成像的**主要因素是探測對象與背景溫差及探測距離。溫差與距離的不***變化可能對特定氣體的測量下限帶來幾個數量級的變化。
對于一個氣云成像設備，檢出下限用ppm-m表達的簡單計算公式如下：LODm?m = α( ??)?對于指定的氣體，α與?基本是個常數。
Tips：如果泄漏發生了一段時間且不在泄漏原點監測，如在空中，氣體擴散速度極快，氣云成像設備很難看到氣體泄漏。而如果將氣云成像設備指向泄漏原點，如法蘭，閥門等設備密封點，應用場景就會收到很大限制，而且會和傳統氣體檢測設備的監測區域重疊。
誤區六 行業標準與報告
目前，在紅外氣體成像領域，尚未形成普遍適用的行業標準和標準測試方法。由于紅外氣體成像技術的多樣性和應用***性，不同廠家和研究機構在設備設計、數據處理和性能評估等方面存在較大差異。
缺乏行業標準和標準測試報告對于紅外氣體成像技術的發展和應用帶來了一些挑戰。首先，缺乏統一的標準測試方法和指標，使得不同設備的性能比較和評估變得困難。其次，缺乏標準測試報告使得用戶在選購和使用設備時難以獲得客觀、可靠的信息。個別廠家利用這一漏洞，通過套用普通安防領域紅外熱成像標準來完成3C認證。同時，還出現了通過限定探測器和制冷機類型來設立招投標門檻的行為。這種行為屬于本末倒置，并且違反了公平競爭和市場規范的原則。
【英寶碩】位于中國科技創新之都深圳，是具有自主研發實力的國家高新技術企業和深圳市專精特新企業。秉承應用驅動創新的經營理念，公司始終專注于紅外光譜氣體傳感系統的研發、生產和銷售，為有應急檢測需求的各類客戶提供持續可靠的產品及技術支持服務。
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