一种光谱吸收式气体检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术的一种光谱吸收式气体检测装置及方法，该装置包括光源、探测器、可变量程气池、窗片、密封圈、微型直线导轨、气嘴、信号处理电路；信号处理电路包括光源驱动、探测信号放大滤波、A/D转换、MCU单元；光源和探测器安装在可变量程气池的两端，里面有玻璃窗片将其与气池里的气体隔离开，探测器附带前置处理电路，且探测器的信号线和光源的供电线均为柔性导线；可变量程气池前后两侧开有两个气嘴，用来进出样品气，整个探测装置安装在可精确调整长度的直线导轨上。本装置从机械角度解决了使用光学方法检测不同浓度气体时量程受限问题，可实现不同浓度气体高精度定量化测量，适用性广，不局限于具体特定气体。局限于具体特定气体。局限于具体特定气体。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱吸收式气体检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及气体检测
，具体涉及一种光谱吸收式气体检测装置。

技术介绍

[0002]气体检测在生产、生活中，随处可见。如机动车尾气检测、天然气管道泄漏、电池密封检查等等。常用的气体检测手段有电化学法、火焰离子化(FID)、激光光谱法、非分散红外、非分散紫外等。这些方法各有其优缺点，针对不同的应用对象，选择合适的方法至关重要。
[0003]在环境气体检测过程中，不同的应用场合，或者同一场合不同的环境变量，待测气体的浓度变化范围相差都很大。例如，进行机动车尾气检测时，不同的车型、不同的油品、不同的路况、不同驾驶员等都会造成尾气检测中污染气体浓度发生很大变化；一般的光学检测仪器，其气池、探测器及光源等参数是固定的，从而导致探测气体浓度的量程受限。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种光谱吸收式气体检测装置，利用光电效应和朗博比尔定律的原理检测气体浓度，不局限于某种气体类型，而且具有适应性广泛，且检测浓度范围大，稳定性高等特点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种光谱吸收式气体检测装置，包括光源、探测器，还包括可变量程气池，
[0007]光源设置在可变量程气池外部的一端，探测器设置在可变量程气池外部的另一端；
[0008]可变量程气池为密封腔体结构，可变量程气池的两端设有玻璃窗片；
[0009]可变量程气池前后两侧开有两个气嘴，用来进、出样品气，可变量程气池设置在直线导轨上。
[0010]进一步地，所述探测器附带前置信号处理电路，所述信号处理电路包括依次连接的光源驱动模块、探测信号放大滤波模块、A/D转换模块及MCU单元。
[0011]进一步地，所述可变量程气池具体为套筒式结构，中间设有密封橡胶圈。
[0012]进一步地，直线导轨的两端分别设置滑块和锁紧结构。
[0013]进一步地，直线导轨上设置刻度。
[0014]进一步地，直线导轨上还设置多个固定孔位，用于调整后锁定。
[0015]进一步地，所述探测器的信号线和光源的供电线均为柔性导线。
[0016]另一方面，本专利技术还公开一种光谱吸收式气体检测方法，包括以下步骤，
[0017]S1、接通供电，待控制电路工作到稳定状态，MCU单元发出控制信号驱动光源，使光源工作在设定频率，并实时检测环境温度和压力，保证整个装置均处在设定环境下；
[0018]S2、将待测气体从气池的一端气嘴通入，从另一端流出，此时探测器感知到光强变化，并转换成电信号；
[0019]S3、通过前置放大滤波模块、电压跟随模块、二级三级放大滤波模块和A/D转换模块，对微弱的光电信号进行信号调理，并将数据通过SPI通信方式传输给MCU单元；
[0020]S4、MCU单元结合实时检测的温度、压力信息，通过数据分析处理，根据修正的朗博比尔定律和标定的参数得到待测气体浓度；
[0021]S5、若得到的气体浓度不在当前气池长度所能探测的最佳浓度范围，则给用户反馈信息，此时用户根据提示信息重新调整气池长度并锁定，装置重复步骤S3、S4、S5，直到得到合适的结果。
[0022]由上述技术方案可知，本专利技术的光谱吸收式气体检测装置，该装置包括光源、探测器、可变量程气池、窗片、密封圈、微型直线导轨、气嘴、信号处理电路。信号处理电路包括光源驱动、探测信号放大滤波、A/D转换、MCU单元。光源和探测器安装在可变量程气池的两端，里面有玻璃窗片将其与气池里的气体隔离开，探测器附带前置处理电路，且探测器的信号线和光源的供电线均为柔性导线。可变量程气池前后两侧开有两个气嘴，用来进出样品气，整个探测装置安装在可精确调整长度的的直线导轨上。本装置从机械角度解决了使用光学方法检测不同浓度气体时量程受限问题，可实现不同浓度气体高精度定量化测量，不局限于具体特定气体，对待测气体的类型、浓度范围没有特殊要求，适用性广泛，具有快速、高精度检测气体浓度的优点，且稳定性好，使用方便。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例的侧视结构示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例的俯视结构示意图；
[0025]图3是本专利技术实施例的电路原理示意图；
[0026]图4、图5、图6是标准配气台配置的标准气浓度与小数吸收相对变化之间的关系曲线；其中，图3为0
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0.5％浓度的CO拟合结果，图4为0
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5％浓度的CO拟合结果，图5为0
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10％浓度的CO拟合结果。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0028]如图1和图2所示，本实施例所述的光谱吸收式气体检测装置，包括光源、探测器、可变量程气池、窗片、密封圈、微型直线导轨、气嘴、信号处理电路。
[0029]所述光源和探测器分别安装在可变量程气池1外部的两端，里面有玻璃窗片将其与气池里的气体隔离开，具体为在可变量程气池1的首尾两端各设置光窗一2和光窗二3，可变量程气池1的两端还分别设置气嘴一4和气嘴二5，2个气嘴一个用于进气，一个用于出气，用户根据实际气路随意安排。所述探测器附带前置信号处理电路，且探测器的信号线和光源的供电线均为柔性导线。所述信号处理电路包括光源驱动、探测信号放大滤波、A/D转换、MCU单元。
[0030]可变量程气池1具体为可变量程气池为套筒式结构，中间有密封橡胶圈，可有效防止在变长过程中气体泄漏，气池1两端安装光源和探测器的位置均有玻璃窗片。可变量程气
池及探测单元安装在微型直线导轨即直线导轨6上，直线导轨6的两端分别设置滑块和锁紧结构，微型直线导轨上有刻度，可精确调整气池长度。
[0031]还包括2个锁紧模块用来固定气池1的长度，其中锁紧一7用来锁定气嘴一4所在的气池端，锁紧二8用来锁定气嘴二5所在的气池端。
[0032]还包括2个滑块用来改变气池1的长度，其中滑块一9用来调整气嘴一4所在气池端的长度，滑块二10用来调整气嘴二5所在气池端的长度。
[0033]还有多个固定孔位，方便调整后锁定。
[0034]图3气体检测装置的电路原理示意图。其电路部分包括前置探测放大滤波、三级放大滤波、A/D转换、光源驱动、温度压力检测、MCU信号处理。MCU发出调制信号驱动光源以一定频率工作，探测器探测到光强的变化，转换成电信号，经前置放大板放大信号后，输入到主板进行三级放大滤波，再进行A/D转换，最终进入到数据分析处理单元(MCU)进行反演计算，实现未知气体浓度的测量，其中温度检测是用来修正，压力检测则是保证气路稳定和反演计算的前提。
[0035]图4、5、6是标准配气台配置的标准气浓度与小数吸收相对变化之间的关系曲线。其中图4为0<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱吸收式气体检测装置，该装置包括光源、探测器，其特征在于，还包括可变量程气池，光源设置在可变量程气池外部的一端，探测器设置在可变量程气池外部的另一端；可变量程气池为密封腔体结构，可变量程气池的两端设有玻璃窗片；可变量程气池前后两侧开有两个气嘴，用来进、出样品气，可变量程气池设置在直线导轨上。2.根据权利要求1所述的光谱吸收式气体检测装置，其特征在于：所述探测器附带前置信号处理电路，所述信号处理电路包括依次连接的光源驱动模块、探测信号放大滤波模块、A/D转换模块及MCU单元。3.根据权利要求1所述的光谱吸收式气体检测装置，其特征在于：所述可变量程气池具体为套筒式结构，中间设有密封橡胶圈。4.根据权利要求3所述的光谱吸收式气体检测装置，其特征在于：直线导轨的两端分别设置滑块和锁紧结构。5.根据权利要求1所述的光谱吸收式气体检测装置，其特征在于：直线导轨上设置刻度。6.根据权利要求1所述的光谱吸收式气体检测装置，其特征在于：直线导轨上还设置多个固定孔位，用于调...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国华，张玉钧，王煜，范博强，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：