混合气体中特定成分浓度检测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种混合气体中特定成分浓度检测系统和方法。浓度检测系统的多通道光电探测器至少具有两个探测通道，其中一个为参考通道，其余的为待测气体通道；红外光源发出的红外光通过光学气室后到达多通道光电探测器的与待测成分对应的待测气体通道，待测气体通道输出的信号依次经过滤波放大电路、模数转换电路处理后进入处理器，处理器通过处理，得到待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；该比值输入计算机，计算机根据该比值并结合内置的浓度反演模型计算出混合气体中特定成分浓度。本发明专利技术能够同时检测待测气体中多种成分的浓度，检测精度高，误差小于4.5%。同时具有体积小、重量轻等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
混合气体中特定成分浓度检测系统和方法


[0001]本专利技术涉及汽车尾气监测、煤矿气体监测和大气环境检测，具体涉及一种混合气体中特定成分浓度检测系统和方法，本专利技术可同时检测尾气中CO、CO2、C3H8的浓度，属于气体检测


技术介绍

[0002]随着工业的快速发展，各种有害气体的排放不断增长，对空气造成了严重的污染，空气污染受到越来越多的关注。在空气污染中，机动车尾气排放是一类重要的污染源。研究表明，机动车尾气造成的污染大约占整个城市空气污染的60％。机动车尾气成分复杂，含有一氧化碳（CO），二氧化碳(CO2)，碳氢化合物混合物和悬浮颗粒等。机动车尾气最容易导致的问题便是温室效应、光化学烟雾以及雾霾，这些问题严重污染了环境，危害了人类健康。为了治理尾气污染，出现了很多污染治理技术，伴随治理技术出现了很多汽车尾气的测量方法（包括成分测量和浓度测量），比如安徽光机电研究所用TDLAS测量汽车尾气浓度，其存在测量设备价格昂贵、体积大、重量重，不方便移动等不足，导致其难以得到广泛推广。中北大学用NDIR来监测煤矿中气体的浓度，然而其监测的煤矿中CO、CO2的监测浓度范围分别是0
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4.45%和0
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4.8%，而汽车尾气中CO浓度范围为0
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14%，CO2浓度范围为0
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20%，因此不能满足汽车尾气中CO和CO2的测量要求。同时，现有技术通常一次只能测量待测气体中一种成分的浓度，如果要测多种成分，就需要分别测量多次，由此导致测量效率低，且结构复杂。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提出一种混合气体中特定成分浓度检测系统和方法，本专利技术检测精度高，检测成本低，可一次性检测多种气体的浓度，效率高；而且检测范围宽，满足机动车尾气中待测成分的浓度范围。
[0004]本专利技术的技术方案是这样实现的：混合气体中特定成分浓度检测系统，包括红外光源、光学气室、多通道光电探测器、滤波放大电路、模数转换电路、处理器和计算机，光学气室具有进气口和排气口，多通道光电探测器至少具有两个探测通道，其中一个为参考通道，其余的为待测气体通道，每个待测气体通道对应一种待测成分；计算机内置浓度反演模型；光学气室位于红外光源和多通道光电探测器之间，红外光源发出的红外光通过光学气室后到达多通道光电探测器的与待测成分对应的待测气体通道，与待测成分对应的待测气体通道输出的信号依次经过滤波放大电路、模数转换电路处理后进入处理器，处理器通过处理，得到待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；该比值输入计算机，计算机根据该比值并结合内置的浓度反演模型计算出混合气体中特定成分浓度并显示。
[0005]优选地，还包括光源驱动电路，光源驱动电路的输出接红外光源，以驱动红外光源发出红外光。
[0006]本专利技术还提供了检测混合气体中特定成分浓度的方法，先获取前述的混合气体中
特定成分浓度检测系统，然后按如下步骤进行：1）建立该特定成分的浓度反演模型；1.1）配置该特定成分不同浓度的样品气体；1.2）开启浓度检测系统的红外光源和多通道光电探测器，分别将该特定成分不同浓度的样品气体通入光学气室，得到该特定成分不同浓度的样品气体对应的待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；1.3）将该特定成分不同浓度值和得到的对应的比值进行数学拟合，即得到该特定成分的浓度反演模型；2）开启浓度检测系统的红外光源和多通道光电探测器，将待测气体通入光学气室，得到待测成分对应的待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；3）将步骤2）得到的比值代入步骤1）的浓度反演模型中，即得到待测气体中所测成分的浓度。
[0007]其中步骤1.3）的数学拟合采用最小二乘法，得到该特定成分浓度和比值的函数关系式；或者建立以该比值为纵坐标、该特定成分浓度为横坐标的坐标系，将得到的多组该特定成分浓度值和对应的比值在坐标系上进行拟合，得到该特定成分浓度和比值对应关系的曲线；该函数关系式或者曲线即为所述浓度反演模型。
[0008]所述混合气体为机动车排放的尾气；混合气体中的特定成分为CO、CO2或者C3H8中的一种或者多种。
[0009]CO的浓度范围为0
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14%；CO2的浓度范围为0
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20%；C3H8中的浓度范围为0
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5000ppm。
[0010]如果混合气体中需要检测的特定成分有多个，则重复步骤1）分别建立每个待测成分的浓度反演模型；浓度检测系统中的多通道光电探测器的待测气体通道数量大于等于待测成分的个数；在进行步骤2）操作时，得到每个待测成分的比值。
[0011]步骤1.1）配置该特定成分不同浓度的样品气体，是将该特定成分浓度已知的标气和惰性气体混合以稀释得到需要的浓度；惰性气体为氮气。
[0012]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术能够同时自动检测待测气体中多种成分的浓度，可以直接输出检测结果，如机动车尾气中CO、CO2、C3H8浓度，检测效率高。
[0013]2、本专利技术基于光电探测器输出电压比值和浓度之间的关系并结合最小二乘法建立的浓度反演模型，模型简单，检测精度高，计算误差小于4.5%，大大提高了现有检测精度。3、本专利技术浓度检测范围宽，满足机动车尾气中待测成分的浓度范围，特别适用于测量汽车尾气排放中污染物气体的浓度检测，大大提高了汽车排放尾气检测能力。为治理超标排放车辆，监测废气排放，改善城市空气质量提供技术支持，也将在一定程度上提高我国机动车尾气的分析检测技术。
[0014]4、本检测系统同时具有体积小、重量轻等优点。
附图说明
[0015]图1是本专利技术浓度检测系统组成图。
[0016]图2是本专利技术浓度检测系统运行流程图。
[0017]图3是CO浓度C与电压比值之间的拟合关系图。
具体实施方式
[0018]以下结合附图对本专利技术的具体实施方案做详细描述。
[0019]参见图1，本专利技术混合气体中特定成分浓度检测系统，包括红外光源、光学气室、多通道光电探测器、滤波放大电路、模数转换电路、处理器和计算机，光学气室具有进气口和排气口，多通道光电探测器至少具有两个探测通道，其中一个为参考通道，其余的为待测气体通道，每个待测气体通道对应一种待测成分；计算机内置浓度反演模型；光学气室位于红外光源和多通道光电探测器之间，红外光源发出的红外光通过光学气室后到达多通道光电探测器的与待测成分对应的待测气体通道，与待测成分对应的待测气体通道输出的信号依次经过滤波放大电路、模数转换电路处理后进入处理器，处理器通过处理，得到待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；该比值输入计算机，计算机根据该比值并结合浓度反演模型计算出混合气体中特定成分浓度并显示。
[0020]为了实现红外光源可控工作，本专利技术还包括光源驱动电路，光源驱动电路的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.混合气体中特定成分浓度检测系统，包括红外光源、光学气室、多通道光电探测器、滤波放大电路、模数转换电路、处理器和计算机，光学气室具有进气口和排气口，多通道光电探测器至少具有两个探测通道，其中一个为参考通道，其余的为待测气体通道，每个待测气体通道对应一种待测成分；计算机内置浓度反演模型；光学气室位于红外光源和多通道光电探测器之间，红外光源发出的红外光通过光学气室后到达多通道光电探测器的与待测成分对应的待测气体通道，与待测成分对应的待测气体通道输出的信号依次经过滤波放大电路、模数转换电路处理后进入处理器，处理器通过处理，得到待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；该比值输入计算机，计算机根据该比值并结合内置的浓度反演模型计算出混合气体中特定成分浓度并显示。2.根据权利要求1所述的混合气体中特定成分浓度检测系统，其特征在于，还包括光源驱动电路，光源驱动电路的输出接红外光源，以驱动红外光源发出红外光。3.根据权利要求1所述的混合气体中特定成分浓度检测系统，其特征在于，所述处理器为单片机，单片机型号为STM32RCT6。4.检测混合气体中特定成分浓度的方法，其特征在于，先获取权利要求1所述的混合气体中特定成分浓度检测系统，然后按如下步骤进行：1）建立该特定成分的浓度反演模型；1.1）配置该特定成分不同浓度的样品气体；1.2）开启浓度检测系统的红外光源和多通道光电探测器，分别将该特定成分不同浓度的样品气体通入光学气室，得到该特定成分不同浓度的样品气体对应的待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；1.3）将该特定成分不同浓度值和得到的对应的比值进行数学拟合，即得到该特定成分的浓度反演模型；2）开启浓度检测系统的红外光源和多通道光电探测器，将待测气体通入光学气室，得到待...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永彩，高潮，徐漫琳，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：