红外碳硫分析仪制造技术

本实用新型专利技术提出一种红外碳硫分析仪，包括前置测量装置。前置测量装置包括红外传感器、参考信号电路、预处理电路以及相关器。红外传感器的输出连接预处理电路的输入。预处理电路的输出连接相关器的输入。参考信号电路的输出分别连接红外传感器和相关器的输入。本实用新型专利技术的前置测量装置中采用相关接收技术，能够精确地测量出被掩埋在噪声中的有用信号，从而大大提高红外碳硫分析仪对低碳及超低碳分析的精度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术有关于一种元素分析仪，且特别是有关于一种红外碳硫分析仪。
技术介绍
近年来，随着我国钢铁工业技术的不断进步，为适应国家经济建设各领域的不同 需求，各种各样的新型钢材不断被开发出来。由于钢材的性能不同，其不同材料中所含有的 微量元素的成份也越来越复杂。与此相对应，为确保对钢铁材料有效的质量控制，因此对钢 铁分析行业也提出了更高的要求，比如超低碳优质钢材中碳的测量。所谓超低碳是指钢材 中的含碳量小于0. 0030 %，目前我国对超低碳优质钢的冶炼工艺已日趋成熟，但对超低碳 试样的分析方法，正在试验和探索之中。对于含碳量在0.01% -0.001%范围内的钢材，其碳的测量国内一些大型企业及 钢研所均采用国外进口的高频红外碳硫分析仪，由于该仪器价格昂贵，且在分析试样前要 对陶瓷坩埚进行打底、造浴等一系列复杂的前期准备工作，不易掌握，因此在国内难以推 广。而且，当仪器分析低碳或超低碳试样时，红外传感器的输出信号很小，这个信号通常和 噪声夹杂在一起的，若用普通放大器进行放大，最后对分析结果会造成很大的误差。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供一种操作简便，成本低，分析精度高的红外碳硫分析 仪，可以满足我国广大中小钢铁及机械企业对低碳及超低碳测量的需求。本技术提出一种红外碳硫分析仪，包括前置测量装置。前置测量装置包括红 外传感器、参考信号电路、预处理电路以及相关器。红外传感器的输出连接预处理电路的输 入。预处理电路的输出连接相关器的输入。参考信号电路的输出分别连接红外传感器和相 关器的输入。本技术中，所述参考信号电路包括依次连接的晶体震荡器、分频及滤波电路、 放大电路以及移相电路，所述放大电路的输出连接红外传感器的输入，移相电路的输出连 接相关器的输入。其中，移相电路可以使参考信号和待测信号相位一致。本技术中，所述预处理电路包括依次连接的前置放大器、陷波电路、选频电路 以及主放大电路，所述前置放大器的输入连接红外传感器的输出，主放大电路的输出连接 相关器的输入。预处理电路可以使进入相关器的待测信号能达到一定的幅度。本技术中，所述相关器包括开关乘法器和低通滤波器。进一步的，开关乘法器 包括电容Cl，电阻Rl R5，乘法器Al A2，二极管Dl，三极管Ql以及变阻器Wl，所述低通 滤波器包括电阻R6 R9，电容C2 C3以及乘法器A3，电阻R3、R4分别连接乘法器A2的 输入端，乘法器A2的输出端通过电阻R5、R6、R7连接至乘法器A3的输入端，变阻器Wl与乘 法器A2并联连接。本技术的有益效果是，本技术的前置测量装置中采用相关接收技术，能 够精确地测量出被掩埋在噪声中的有用信号，从而大大提高红外碳硫分析仪对低碳及超低碳分析的精度。附图说明图1所示为根据本技术的红外碳硫分析仪的功能方块图。图2所示为图1中的相关器的工作原理图。图3所示为图2的电路原理图。具体实施方式为让本技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实 施例，并配合附图，作详细说明如下。本技术中，采用电弧燃烧炉(图未示)配合前置测量装置10及计算机11，能 快速、准确地测定中、低碳钢、不锈钢、合金钢、石油催化剂等材料的碳、硫元素，其中碳的测 量范围为1. 5% -0. 0005% O如图1所示，前置测量装置10包括红外传感器100、参考信号电路101、预处理电 路102以及相关器103。参考信号电路101包括晶体震荡器104、分频及滤波电路105、放 大电路106和移相电路107。其中，晶体震荡器104用于产生交流信号，其频率稳定度可达 到1 X 10_5，该信号经分频和放大后供红外传感器100以及作为参考信号使用，可以保证待 测信号和参考信号频率相同。其中，分频及滤波电路105和放大电路106均可以选用现有 技术中可以实现分频和放大的电路。为了使进入相关器103的待测信号能达到一定的幅度，对红外传感器100的输出 信号要进行预处理。图1中，预处理电路102包括前置放大器108、陷波电路109、选频电路 110以及主放大电路111用以完成预处理，主要包括小信号放大及工频干扰的抑制。上述这 些电路均可采用现有技术中的相关电路。为使参考信号和待测信号相位一致，在参考信号 电路101中还需加入移相电路107。本技术中，移相电路107可以选用现有技术中的相 关电路。结合图2和图3，相关器102包括开关乘法器112和低通滤波器113。首先分析一 下相关接收的基本原理。相关接收在无线电电路中，相当于十分成熟的超外差振荡技术。相 关接收技术的核心部件就是相关器(简称PSD)，相关器是由乘法器和积分器组成，乘法器 通常采用开关乘法器，积分器由低通滤波器构成。如图2所示，设相关器的输入信号为&(0 =版⑴+ =+抨)+ _),其中，Vsi (t)为红外传感器输出的待测有用信号，n(t)为噪声。参考信号为 Vr(t) = VrCOS(art+ φτ),则该两信号经过相关器后的输出为 Iim fV0=[Γ Vsiit) + n(tWrit)dt7 —> OOIim 1 rT(f=T^^ — = fsr{r) + frn(j)上式中U τ )、frn( τ )分别是待测有效信号与参考信号及参考信号与噪声信号 的相关函数，对于fm( τ )项，由于噪声的频率和相位都是随机量，可以认为参考信号和噪4声不相关，因此它们的相关函数^ τ)为零，即经过长时间的积分^ τ)为零。但实际上 积分时间不可能无限长，也就是说fm( τ )不可能真正为零，它表现为剩余噪声，但它对测 量的影响已经大大降低。而τ )项经过相关器的输出为Iim 1 f fsr(r)=[ Vsiityr{t)dtΓ — QO 2Γ ^tIim 1 ,τ Γ11]=^ —L ；”厂rCOS[(代+ (代+- W +(代一队)—Γ σο 2Γ [22J由上式可知，积分内两项是传感器有效信号与参考信号的和频及差频相关，当 = r时，且噪声相关函数frn(T)为零时，则相关器的输出Fo = KraFrCO^。在相关器的输出中，K为低通滤波器的传输系数…为待测信号与参数信号的相位 差，当待测信号与参考信号同频率时，相关器的输出信号与待测信号、参考信号的振幅成正 比，亦与两信号的相位差有关。调整参考信号的相位代，当队=代时，则相关器的输出与两 信号的幅度成正比。总之，由于输入信号Vs (t)中的噪声n(t)与参考信号不相关，经积分 后，噪声被滤除，而有效信号得到放大。因而仪器的测量精度得到了提高。如图3所示，本技术中，开关乘法器112由电容(1、电阻1 1、1 2、1 3、1 4、1 5、乘 法器Al、A2、二极管D1、三极管Ql以及变阻器Wl等组成。低通滤波器113由电阻R6、R7、 R8、R9、电容C2、C3、乘法器A3等组成。相关器103的工作过程是经过预处理的信号Vs (t)通过电阻R3、R4送到开关乘 法器112的输入端。参考信号Vr(t)通过电容Cl送到乘法器Al的输入端，在参考信号的 驱动下，使二极管D1、三极管Ql工作在开关状态，由于Ql工作于开关状态，且开关的频率和 Vs (t)中的相关信号Vsi (t)频率相同，故本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外碳硫分析仪，包括前置测量装置，其特征在于，所述前置测量装置包括红外传感器、参考信号电路、预处理电路以及相关器，红外传感器的输出连接预处理电路的输入，预处理电路的输出连接相关器的输入，参考信号电路的输出分别连接红外传感器和相关器的输入。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐随山，杨立新，
申请(专利权)人：南京华欣分析仪器制造有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84