智能型红外多组分有害气体监测仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种智能型红外多组分有害气体监测仪，包括有自带抛物面反射镜的红外光源，红外光源前方的光路中安装有聚焦透镜和能旋转的气体相关滤波轮，气体相关滤波轮上设有一个遮光片作为同步孔，另设有多组测量气室及与之对应的参考气室，所述的各测量气室、各参考气室的前方或后方安装有滤光片，经过气体相关滤波轮滤波及调制后的出射光，进入多次反射吸收池的入射口，多次反射吸收池上有进、出气口，多次反射吸收池的出射口后的光路中，安装有红外探测器，红外探测器的输出信号接入到信号处理与显示单元，同时与ＰＣ机进行通讯。本实用新型专利技术由于结合了气体相关滤波和光学滤波，使得多组分气体测量的交叉干扰问题得到很好的解决，在气体相关滤波轮形成的时间多光束系统，只需要一只红外探测器，这样可以节省红外探测器的数量，避免不同探测器带来的离散性。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于环境监测、应急和预警
，具体是一种智能型红外多组分有害 气体监测装置。技术背景多组分气体定量分析在环境保护领域中有着广泛的应用。工业、交通、气候的变化给 环境保护带来了越来越大的压力。在环保领域中开发先进的气体监测技术符合我国建设节 约型社会、节能减排的政策导向，因此有害气体的高精度检测对于经济社会发展具有十分 重要的意义。目前气体测量方法主要包括电化学法、非色散红外法、激光吸收谐波法和傅立叶变换 分析法。电化学法测量精度低，重复性较差，仅适合一般应用；简单非色散红外法存在交 叉敏感的缺点；激光吸收谐波法和傅立叶变换分析法虽然有很好的测量效果，但结构复杂、 价格昂贵，且关键部件必须依赖进口。
技术实现思路
鉴于气体监测技术的现状，研究、设计合理性价比的多组分有害气体监测方法和装置 十分必要。本技术提供了一种智能型红外多组分有害气体监测装置，在解决多组分气 体测量分析过程中存在的交叉干扰和分辨率的矛盾方面取得了技术突破。本技术的技术方案如下智能型红外多组分有害气体监测仪，其特征在于包括有红外光源，红外光源前方的光 路中安装有聚焦透镜和能旋转的气体相关滤波轮，气体相关滤波轮上设有一个遮光片作为 同步孔，另设有多组测量气室及与之对应的参考气室，所述的各测量气室、各参考气室的 前方或后方安装有滤光片，经过气体相关滤波轮旋转滤波及调制后的出射光，进入多次反 射吸收池的入射口，多次反射吸收池上有进、出气口，多次反射吸收池的出射口后的光路 中，安装有红外探测器，红外探测器的输出信号接入到信号处理与显示单元，同时与PC机 进行通讯。所述的智能型红外多组分有害气体监测仪，其特征在于每组测量气室及与之对应的参 考气室，其测量气室内充相干扰的气体组分，参考气室中充高浓度的测量气体组分，所述的相干扰的气体组分的红外光谱吸收峰与测量气体组分相近；测量气室的前方或后方安装的滤光片透过测量气体组分的红外光谱吸收峰，而参考气室前方或后方安装的滤光片透过 其中的测量气体组分的红外光谱吸收峰，所述的滤光片均为窄带滤光片。所述的智能型红外多组分有害气体监测仪，其特征在于所述的每组测量气室及与之对应的参考气室，包括二个测量气室及其共用的一个参考气室，设二个测量气室为ma、 mb,参考气室为rab， rab中同时充有测量气体组分A、 B，为消除交叉干扰，測量气室Ma中充有相干扰的气体组分B，测量气室MB中充有相干扰的气体组分A;测量气体组分A、 B 的红外光谱吸收峰相近；测量气室ma前方或后方安装的滤光片透过测量气体组分A的红 外光谱吸收峰，测量气室mb前方或后方安装的滤光片透过测量气体组分B的红外光谱吸 收峰，参考气室rab前方或后方安装的滤光片同时透过气体A、 B红外光谱吸收峰，所述 的滤光片均为窄带滤光片。所述的测量气体组分A与相干扰的气体组分A均是指A气体，测量气体组分B与相 干扰的气体组分B均是指B气体。所述的红外多组分有害气体监测仪，其特征在于所述的气体相关滤波轮由步进电机驱动。所述的智能型红外多组分有害气体监测仪，其特征在于所述的气体相关滤波轮的测量 气室与参考气室均为由干涉滤光片和透红外窗口片密封的气室。所述的智能型红外多组分有害气体监测仪，其特征在于所述的多次反射气体吸收池为 内壁经镀镍处理的铝合金材质吸收池。所述的智能型红外多组分有害气体监测仪，其特征在于所述的红外光源为自带抛物面 反射镜，辐射波长范围为2 2(^m。本技术的特点在于以下方面特殊结构气体相关滤波轮；合理的调制频率和驱动 电机选择；可灵活调整的多次反射气体吸收池；长寿命的红外光源；高灵敏度的红外探测 器；先进的模拟与数字信号处理方法。(1) 气体相关滤波轮本技术的气体相关滤波轮一方面跟随电机转动把连续的红外光调制成一定频率的 脉冲光，另一方面通过安装滤光片对待测气体的吸收光谱进行选择，更重要的是对测量气 室充有特定气体组分以消除交叉干扰，各气室均设有单独的充气口。(2) 步进电机及其驱动为提高光电信号的信噪比和减小相邻测量气室之间的相互影响，红外光的调制频率不 宜太高，取200Hz。对于共十六个测量、参考气室的气体相关滤波轮，步进电机转速n应为n = 60 X 200/16 = 750rpm为使气体相关滤波轮在给定转速下平稳运行，选取步进电机作为气体相关滤波轮的驱 动电机。步进电机属于无刷电机，可靠性高，易于起动和停止，且停止时有自锁能力，易 于定位。采用专用驱动器进行步距细分控制，通过减小步距，可以在超低转速下高转距地 稳定运行。(3) 多次反射气体吸收池根据朗伯-比尔定律(Beer-LambertLaw)，气体分子与红外光相作用时，其入射光强度 Io的衰减随光程L和浓度C的增加而增加I=Io exp(-(xCL)也就是说，对于特定的测量系统，光程L越长，可测量气体组分浓度C越低，测量灵 敏度越高。本技术中吸收池具有特殊设计的三维调整架，可灵活调整反射次数以调整 光程，从而改变测量量程，优化测量结果。采用镀银或镀金的球面反射镜，保证红外光在 多次反射过程中不致被衰减得太多，确保很高的反射率。(4) 红外光源采用自带抛物面反射镜的广谱红外光源，性能稳定，发散角小，辐射功率强。该红外 光源辐射波长范围为2 20^im，覆盖了众多气体的吸收谱，适于测量多组分气体。为使光强 稳定，采用恒流供电方式。(5) 红外探测器采用带有浸没透镜的光导型高灵敏度红外探测器作为光电信号检测器件，该器件具有 极高的响应速度，和普通热释电探测器相比具有明显的优势。本技术采用的探测器时 间常数小于l微秒，光谱范围为2 8pm，完全满足应用要求。为探测器提供10mA的直流偏 流，确保非常高的探测率。(6) 信号处理单元本技术信号处理单元的前置放大级采用低噪声交流放大电路。采用高速DSP数据 采集卡对光电信号进行AD转换，对吸收峰的面积进行计算后取测量通道和参比通道的比 值作为原始数据，这些比值包含了相应测量气体组分的浓度信息。本技术及其装置通过读取己知浓度的气体组分，记录相应的AD采样、处理后的数据，通过多元非线性校正 技术进行浓度标定和修正。标定参数存储在装置的非易失性存储器EEPROM中，作为测量 过程中计算气体浓度的依据。装置通过RS-232接口与计算机通讯，传递气体浓度的测量数 据。装置在检测到异常浓度后，则产生报警输出。和普通非色散红外传感器的空间多光束系统相比，本技术由于采用了气体相关滤 波轮而形成了时间多光束系统。在时间多光束系统中，只需要一只红外探测器，这样可以 节省红外探测器的数量，避免不同探测器带来的离散性，而且由于数量减少，可以采用更 高品质的器件。附图说明附图1为气体相关滤波轮示意图。附图2 (a)、 (b)分别为多次反射气体吸收池4次反射和16次反射光斑分布图。 附图3为红外光源恒流供电电路图。 附图4为信号处理框图。 附图5为系统构成示意图。具体实施方式智能型红外多组分有害气体监测仪主要组成部分包括步进电机l、红外光源2、聚焦 透镜3、气体相关滤波轮4、多次反射气体吸收池5、采样气泵6、红外探测器7、信号处理 板8、操作显示单元9，系统构成如附图5所示。红外光源2发出的红外光，经聚焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
智能型红外多组分有害气体监测仪，其特征在于包括有红外光源，红外光源前方的光路中安装有聚焦透镜和能旋转的气体相关滤波轮，气体相关滤波轮上设有一个遮光片作为同步孔，另设有多组测量气室及与之对应的参考气室，所述的各测量气室、各参考气室的前方或后方安装有滤光片，经过气体相关滤波轮旋转滤波及调制后的出射光，进入多次反射吸收池的入射口，多次反射吸收池上有进、出气口，多次反射吸收池的出射口后的光路中，安装有红外探测器，红外探测器的输出信号接入到信号处理与显示单元，同时与ＰＣ机进行通讯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑜，陈滋健，程益德，赵建华，
申请(专利权)人：安徽敏测光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]