一种主动循环吸气式红外多光路气体浓度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种主动循环吸气式红外多光路气体浓度测量装置，包括多循环吸气室和红外多光路光学系统；所述多循环吸气室包括设在吸气室上的进气孔、与进气孔相连通的吸气泵、与吸气泵对应的气流腔，在气流腔的末端吸气室上设有出气孔，在气流腔的一侧连通有过滤装置；所述红外多光路光学系统包括与过滤装置相连通的循环腔，循环腔中对称设置有红外多光路气体测量机构，在循环腔中设有循环气孔，循环气孔连通至进气孔。本发明专利技术实现了光源和探测器光谱特性与被测气体特征吸收带的匹配。同时气体浓度测量系统依靠吸气室循环腔内的循环气流取样检测气体浓度，保证了对环境气体时时采集计量。

Device for measuring gas concentration of infrared gas path with active circulation and suction

The invention discloses an active infrared multi cycle optical aspirated gas concentration measuring device, including a multi cycle suction chamber and infrared optical system; the circular suction chamber comprises a suction chamber of the air inlet, and the air inlet hole communicated with the suction pump suction pump, the corresponding air cavity. The outlet end of the suction chamber of the air cavity, on one side of the air cavity is communicated with the filtering device; the infrared multi optical path system including circular cavity is connected with the filtering device through the symmetrical circular cavity is provided with a gas infrared optical path measuring mechanism, an air hole is arranged in the circulation circulation cavity, circulation hole connected to the air inlet. The invention realizes the matching between the spectral characteristics of the light source and the detector and the characteristic absorption band of the measured gas. At the same time, the gas concentration measurement system relies on the circulating gas sampling in the circulating chamber of the suction chamber to detect the gas concentration, so as to ensure the constant collection and measurement of the ambient gas.

【技术实现步骤摘要】
一种主动循环吸气式红外多光路气体浓度测量装置
本专利技术涉及气体浓度测量
，具体涉及一种主动循环吸气式装置的红外多光路气体浓度测量光学系统。
技术介绍
采用红外发光管为光源的气体浓度测量系统，在光学系统的设计中需要考虑如下五种干扰对测量的影响。(1)温度的影响。发光管的发射强度和峰值发射波长是随温度变化的，在适中的环境温度范围内，波长的位移并不大(﹤3nm/℃)，但发射强度的变化却很明显。此外，在红外气体测量中常用的硫化铅或硒化铅探测器本身同温度有很大的相关性，这种相关性一般＞1％/℃。(2)由发光管输出功率波动和探测器响应度变化产生的信号波动。红外气体浓度测量系统必须补偿在长期连续工作中由于发光管输出功率波动和探测器响应度变化而引起的信号波动。由于器件加热，所以发光管的输出基本上与电流成正比，并且随电流脉冲的宽度和重复速率而变化。(3)光谱特性。红外发光管光谱半宽度(FWHM)是在0.13um(峰值波长为2.0um)至0.64um(峰值波长在为4.4um)范围内，这样的带宽已超过许多气体的吸收特征带宽。作为结果，透过气体的辐射强度是强烈吸收波长处与微弱吸收波长处的辐射强度之和。所产生的信号因此被冲淡了，并且偏离了Lambert-Beer定律。(4)由灰尘和光学元件的磨损而引起的气室透射率的变化。测量系统长期工作在空气环境中，尽管可以采用适当的防尘措施，但是还会有一部分细微粉尘进入气室，并且会沉积在窗口上影响透射比。另外定期清洗气室，也会造成光学器件的磨损，影响气室的透光能力。所以在光学系统的设计中，必须考虑由灰尘和光学元件的磨损而引起的气室透射率的变化对测量的影响。(5)探测器的失配问题。采用两个或两个以上探测器的系统依赖于所选用探测器各种特性的良好匹配。探测器的失配会导致信号的漂移，带来测量误差。例如，同一批生产的PbSe探测器的温度系数差异就可能大于5％。所以在选用时，必须进行测试和配对。在光学系统的设计中也可以采取适当的措施，消除探测器失配给测量带来的影响。(6)探测器内部与环境实时流通问题。对于气体浓度的检测，传统主要依靠气体自由扩散和主动吸气两种方式；自由扩散，包括气体混合过程的自由扩散和浮力因素。这种方式对于固定的空间或是容器比较适合，如果处于变化的空间，由于自由扩散的缓慢，很容易造成计量与实际环境的差异。而主动吸气相对可以减少这种误差。传统的主动吸气主要通过在气体浓度测量系统外添加吸气泵的方式，把混合气体抽取过来，气体测量胸痛整体处于混合气体的气流中。但是气体浓度测量系统内部工作依然依靠的是自由扩散方式。这些都做不到浓度计量的实时性。由上面的分析可知，在采用红外发光管的光学系统设计中，需要考虑器件温度、光源输出功率波动、探测器响应度变化、探测器失配、灰尘和光具玷污以及气体流通这几方面对测量精度的影响。针对这几个问题，传统的设计是从不同的方面尽可能地寻求解决的办法，其中典型的有以下四种方案：方案一：该方案是将气室的温度控制在恒定温度下。这样，一方面可以避免气体红外吸收率随温度的变化；另一方面，使得红外发光器件和接收器件不受温度的影响。另外，在监测潮湿的气体时，把气室加热到露点以上是一种适当的措施。方案二：该方案通过监测气室、发光管和探测器的温度来校正因温度而引起的信号变化。温度的校正可以按查表或多项式的形式得到定标，并且储存在只读存储器内。上述两种方案都是为了补偿温度的影响而采用的措施。方案三：该方案增加一探测器直接对着发光管，称为参比探测器。将来自参比探测器的信号和测量探测器的信号进行比较，就可以实现对光源输出功率波动和探测器响应度变化的补偿。作为更紧凑的仪器，参比探测器和发光管可以封装在一起，大小可以做到同一个晶体管那样大。由于采用了两个探测器，所以此方案存在探测器失配的问题。同时因参比探测器在光源端，故由灰尘或光学元件磨损而引起的气室透射率的变化均未得到解决。方案四：为了弥补方案三的不足及管光谱特性的不完全匹配，该方案利用干涉滤光片的良好的单色特性，将两片窄带干涉滤光片分别置于参比探测器和测量探测器前，其中一片的波长位于被测气体及混合气体中，主要干扰组分不吸收的波段，称为参比滤光片，形成参比光路；另一片的波长位于被测气体特征吸收光谱段，称为测量滤光片，形成测量光路。参比光路和分析光路是在同一环境下工作的，取两者的电位差进行比较，就避免了因环境变化和光源发光功率及探测器响应度变化引起的漂移。但是该单光源双探测器设计方案依然存在探测器失配的问题。可以看出这几种方案都或多或少地实现了对这几种外部干扰的补偿，但也存在一些不足。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术的目的在于提供一种主动循环吸气装置、红外多光路气体浓度测量光学系统。本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的。一种主动循环吸气式红外多光路气体浓度测量装置，包括多循环吸气室和红外多光路光学系统；所述多循环吸气室包括设在吸气室上的进气孔、与进气孔相连通的吸气泵、与吸气泵对应的气流腔，在气流腔的末端吸气室上设有出气孔，在气流腔的一侧连通有过滤装置；所述红外多光路光学系统包括与过滤装置相连通的循环腔，循环腔中对称设置有红外多光路气体测量机构，在循环腔中设有循环气孔，循环气孔连通至进气孔。进一步，所述红外多光路气体测量机构在循环腔腔体内分布有两组，分别是两个红外发光管、四个红外光探测器、两组透镜及反光镜，两个红外发光管、四个红外光探测器分别相向交错布置；红外发光管设在循环腔室壁上，红外光探测器上带有滤光片，与红外发光管设在同一个循环腔室壁上，透光镜设在红外发光管室壁的对应面上，在透光镜中部设有镀有镀膜的反光镜。进一步，所述红外发光管采用直径在3.17mm的白炽灯作为光源，属于热辐射型光源，波长为2-20μm，适合CO4.65μm和参考光源3.91μm的测量。进一步，所述滤光片为不同的滤光片，分别为中心波长是4.65μm、半带宽是180nm的信号滤光片，或为中心波长是3.91μm、半带宽是90nm的参考滤光片。进一步，所述多循环吸气室为敞开式，红外多光路光学系统为对射和反射式；同时镜面凝雾、灰尘等污染对测量的结果没有影响，光路及气室更可靠地工作。进一步，所述过滤装置包括导流板，与导流板相对应设置的过滤层，在过滤层中分别设有不同密度的滤材，其中在进气口中的滤材密度小于出气口的滤材密度。本循环气室腔体中由两个发光管交替的以脉冲方式发光，经过两组透镜及反光镜组成光学机构，使得四个探测器各自交替产生两个信号，共八个信号。由两组四个信号作对比，得到一个气体浓度只与透射比、室长、室横截面积有关的函数。室长和室横截面积固定，气体浓汁只与气体浓度有关系。其中吸气泵处于样气进气孔与循环气孔之间，造成循环气孔处负压，循环气室的气体自动由样气进气孔的高压区自动向循环气孔流动。此设计不仅补偿了由于温度变化所带来的影响，而且也补偿了由于发光管输出功率的变化、探测器响应度的变化产生的信号波动、探测器的失配、由灰尘或光学元件的磨损而引起的气室透射比的变化带来的影响，实现了光源和探测器光谱特性与被测气体特征吸收带的匹配；同时由循环气流处于动态，保证检测结果的时时性。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术设计了一种由主动吸气式多光路红外气体浓度测量光学系统结构；其中双光源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动循环吸气式红外多光路气体浓度测量装置，其特征在于，包括多循环吸气室和红外多光路光学系统；所述多循环吸气室包括设在吸气室上的进气孔、与进气孔相连通的吸气泵、与吸气泵对应的气流腔，在气流腔的末端吸气室上设有出气孔，在气流腔的一侧连通有过滤装置；所述红外多光路光学系统包括与过滤装置相连通的循环腔，循环腔中对称设置有红外多光路气体测量机构，在循环腔中设有循环气孔，循环气孔连通至进气孔。

【技术特征摘要】
1.一种主动循环吸气式红外多光路气体浓度测量装置，其特征在于，包括多循环吸气室和红外多光路光学系统；所述多循环吸气室包括设在吸气室上的进气孔、与进气孔相连通的吸气泵、与吸气泵对应的气流腔，在气流腔的末端吸气室上设有出气孔，在气流腔的一侧连通有过滤装置；所述红外多光路光学系统包括与过滤装置相连通的循环腔，循环腔中对称设置有红外多光路气体测量机构，在循环腔中设有循环气孔，循环气孔连通至进气孔。2.根据权利要求1所述的主动循环吸气式红外多光路气体浓度测量装置，其特征在于，所述红外多光路气体测量机构在循环腔腔体内分布有两组，分别是两个红外发光管、四个红外光探测器、两组透镜及反光镜，两个红外发光管、四个红外光探测器分别相向交错布置；红外发光管设在循环腔室壁上，红外光探测器上带有滤光片，与红外发光管设在同一个循环腔室壁上，透光镜设在红外发光管室壁的对应面上，在透光镜中部设有镀有镀膜的反光镜。3.根据权利要求2所述的主动循环吸气式红外多光路气体浓度测量装置，其特征在于，所述红...

【专利技术属性】
技术研发人员：范国强，
申请(专利权)人：西安硅光电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61