测量一氧化碳浓度的仪器及方法技术

一种测量一氧化碳浓度的仪器及方法，其首先由旋转部件转动使填充有纯净一氧化碳气体的气室相对于发光部件，并使发光部件发出的红外光线进入填充有一氧化碳的气室，然后透过气室的光线经过入光窗进入多次反射腔体，并由多次反射腔体的反射回路将其送至出光窗，并经过滤波部件后送入光电转换部件形成相应的与一氧化碳气室相关的第一电信号，接着旋转部件再次转动使填充有第二气体的气室相对于发光部件，使光线依次经过相应气室、入光窗、多次反射腔体、出光窗、滤波部件及光电转换部件后形成相应的与第二气体气室相关的第二电信号，最后根据第二电信号及第一电信号计算出填充在多次反射腔体内的气体中的一氧化碳浓度，可实现一氧化碳浓度的精确测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。技术背景国内外的研究和实践均证明， 一氧化碳是一种侵害血液、神经的有害气体。长期接触低 浓度一氧化碳对人体心血管系统、神经系统都会产生强烈的毒害作用。而浓度不定的一氧化 碳在环境空气中的存在，也会影响着大气环境空气质量，因此监测环境空气中一氧化碳浓度 的含量是保证人体身心健康和控制环境污染所必需的技术手段。现今对环境中一氧化碳监测仪器测定的方法主要有红外吸收光谱法、定电位电解法、置 换汞法和气相色谱法等，其中红外吸收光谱法是现今较先进和抗干扰能力较强的技术。目前 环境空气中一氧化碳检测仪大都是基于红外吸收光谱法进行测量，如文献"光电子激光， 2002,13(2),133~135"中公开的"新型红外一氧化碳气体分析仪"和文献"光学技术， 2001，27(1),91~94"公开的"利用红外光谱吸收原理的一氧化碳浓度测量装置研究"等，均是利 用一氧化碳气体对特定波长光能的吸收量与一氧化碳气体浓度之间的定量关系进行测量。但 是由于不同气体之间的特征吸收光谱带彼此会有重叠，因而除目标气体外的其它气体也会吸 收测量波长范围内的光能，由此造成测量误差，这些其它气体被称为干扰气体，在环境空气 中常常也会存在，因此现有测量方法由于干扰气体的存在而导致测量结果极为不精确，同时 上述文献中提到的仪器或装置从测量方法上也无法消除由此造成的误差，显然，现有方法得 到的测量结果并不能实时精确地反映环境中的一氧化碳浓度。此外，由于环境空气在传送过 程中温度和压力都可能发生改变，浓度也可能发生改变，因此常常需要对测量结果进行额外 的修正才能精确的得到环境空气内部的一氧化碳浓度。再有，现有测量装置中的光电探测器 自身的光电探测特性也会随温度变化而变化，这对测量结果都会产生严重的影响。因此，如何避免现有一氧化碳浓度测量中存在的诸多问题提高测量精度，实已成为本领 域技术人员亟待解决的技术课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有高精度及高稳定性的测量一氧化碳浓度的仪器。 本专利技术的另一目的在于提供一种测量一氧化碳浓度的方法，以消除光源波动及光电转换部件的光点转换特性随温度变化等所引起的测量误差。为了达到上述目的，本专利技术提供测量一氧化碳浓度的仪器，包括用于提供包含一氧化 碳的特征吸收光谱在内的红外光源的发光部件；具有两个气室且使每一气室都能相对于所述 发光部件设置以接收所述发光部件发出的红外光的旋转部件，其中， 一气室填充有纯净一氧 化碳气体，另一气室填充有与一氧化碳的特征吸收光谱不同的第二气体；填充包含一氧化碳 的气体的多次反射腔体，其具有接收入射红外光线的入光窗、将所述入射红外光线进行多次 反射的反射回路、及与所述反射回路有光路连接的出光窗，其中，所述入光窗相对于所述发 光部件设置以便能接收穿过相应气室的入射红外光；贴设于所述多次反射腔体的出光窗外侧 且仅能使处于一氧化碳的特征吸收光谱带的光线通过的滤波部件；贴设于所述滤波部件表面 且用于将通过所述滤波部件的光线转换为电信号的光电转换部件；用于将所述光电转换部件 送入的电信号进行包括放大、及数学运算在内的各项处理以获得与所述多次反射腔体内填充 的气体中的一氧化碳浓度相关的数据的模拟数据处理器；用于将所述模拟数据处理器输出的数据进行模数转换的数据采集部件；用于根据所述模数转换器输出的数据计算所述多次反射 腔体内填充的气体中的一氧化碳浓度的浓度计算部件。其中，所述第二气体可为氮气；所述旋转部件可具有电机；所述入光窗和所述出光窗的 材料可为蓝宝石；所述光电转换部件为锑化铟光电探测器。其中，所述反射回路可包括反射由所述入光窗送入的光线的第一平面反射镜、反射由 所述第一平面反射镜传来的光线的第一 1/2抛物面反射镜、反射由所述第一 1/2抛物面反射 镜传来的光线的抛物面反射镜、反射由所述抛物面反射镜传来的光线的第二 1/2抛物面反射 镜、及反射由所述第二 1/2抛物面反射镜传来的光线并将所述光线传送至所述出光窗的第二 平面反射镜。其中，所述模拟数据处理器可包括用于将所述光电转换部件送入的电信号进行放大的 放大器；用于当所述旋转部件旋转使相应切光片未能阻断光路时，对光电耦合器形成的气室 交换脉冲信号进行放大的脉冲放大器；用于根据所述脉冲放大器输出的气室交换脉冲信号将 所述放大器输出的信号分离为与两气室分别相关的信号的信号分离器；用于将所述信号分离 器分离出的信号进行减法运算的减法器。所述测量一氧化碳浓度的仪器还可包括相对于所述旋转部件的一侧设置有光电耦合器； 所述旋转部件的两侧外缘分别设置有能阻断相应光电耦合器光路的切光片。所述测量一氧化碳浓度的仪器也可包括与所述数据采集部件相连接，且用于采集环境 温度的温度传感器；与所述数据采集部件相连接，且用于采集环境压力的压力传感器；与所述数据采集部件相连接，且用于采集流量的流量传感器。此外，所述浓度计算部件配置有输入输出接口，所述输入输出接口可接设有三通电磁阀、 报警器及气泵；所述浓度计算部件还可配置有打印机接口、显示器接口及键盘接口；其内部 可设有计时器。本专利技术的测量一氧化碳浓度的方法，包括步骤1)旋转部件转动使填充有纯净一氧化碳 气体的气室相对于发光部件，并使所述发光部件发出的红外光线进入填充有一氧化碳的气室； 2)能透过填充有纯净一氧化碳的气室的光线经过入光窗进入多次反射腔体，并由所述多次反 射腔体的反射回路将其送至出光窗；3)所述出光窗射出的光线经过滤波部件后送入光电转换 部件形成相应的与一氧化碳气室相关的第一电信号；4)旋转部件再次转动使填充有第二气体 的气室相对于发光部件以使所述发光部件发出的红外光线进入填充有第二气体的气室，其中， 所述第二气体的特征吸收光谱与一氧化碳的特征吸收光谱不同；5)能透过填充有第二气体的 气室的光线经过入光窗进入多次反射腔体，并由所述多次反射腔体的反射回路将其送至所述 出光窗；6)所述出光窗射出的光线经过滤波部件后送入光电转换部件形成相应的与第二气体 气室相关的第二电信号7)根据所述第二电信号及所述第一电信号计算出填充在所述多次反 射腔体内的气体中的一氧化碳浓度。此外，所述测量一氧化碳浓度的方法还可包括一报警步骤，即当计算出的一氧化碳浓度 超过预设值时报警器报警；也可包括一气室交换脉冲信号形成步骤，即当所述旋转部件旋转 时，设置在所述旋转部件两侧的切光片都未能切断相应光电耦合器光路而形成气室交换脉冲 信号；也可包括一校正步骤，即在对气体中的一氧化碳浓度进行测量前先将多次反射腔体内 填充一氧化碳标准气，并进行预测以校准测量一氧化碳浓度的仪器。综上所述，本专利技术的采用气体滤波相关检测技术可精确 测量一氧化碳的浓度，同时可有效消除光源波动及光电转换部件的光点转换特性随温度变化 等所引起的测量误差。附图说明图1为本专利技术的测量一氧化碳浓度的仪器的光学部分的结构示意图。图2为本专利技术的测量一氧化碳浓度的仪器的信号处理部分的结构示意图。图3为本专利技术的测量一氧化碳浓度的方法的流程图。具体实施方式以下将以对环境空气中的一氧化碳浓度进行测量为例来进行详细说明。请参阅图1及图2，本专利技术的测量一氧化碳浓度的仪器主要包括发光部件l、旋转部件 2、多次反射腔体、滤波部件5、光电转换部件8、模拟数据处理器、浓度计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量一氧化碳浓度的仪器，其特征在于包括：用于提供包含一氧化碳的特征吸收光谱在内的红外光源的发光部件；具有两个气室且使每一气室都能相对于所述发光部件设置以接收所述发光部件发出的红外光的旋转部件，其中，一气室填充有纯净一氧化碳气体，另一气室填充有与一氧化碳的特征吸收光谱不同的第二气体；填充包含一氧化碳的气体的多次反射腔体，其具有接收入射红外光线的入光窗、将所述入射红外光线进行多次反射的反射回路、及与所述反射回路有光路连接的出光窗，其中，所述入光窗相对于所述发光部件设置以便能接收穿过相应气室的入射红外光；贴设于所述多次反射腔体的出光窗外侧且仅能使处于一氧化碳的特征吸收光谱带的光线通过的滤波部件；贴设于所述滤波部件表面且用于将通过所述滤波部件的光线转换为电信号的光电转换部件；用于将所述光电转换部件送入的电信号进行包括放大、及数学运算在内的各项处理以获得与所述多次反射腔体内填充的气体中的一氧化碳浓度相关的数据的模拟数据处理器；用于将所述模拟数据处理器输出的数据进行模数转换的数据采集部件；用于根据所述模数转换器输出的数据计算所述多次反射腔体内填充的气体中的一氧化碳浓度的浓度计算部件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖存杰，鲁毅钧，王斌，燕锐，许林军，陈茜，徐新宏，潘沪湘，王云景，方晶晶，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军医学研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]