CN1758051A - 基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪 - Google Patents
基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1758051A CN1758051A CN 200510041139 CN200510041139A CN1758051A CN 1758051 A CN1758051 A CN 1758051A CN 200510041139 CN200510041139 CN 200510041139 CN 200510041139 A CN200510041139 A CN 200510041139A CN 1758051 A CN1758051 A CN 1758051A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- detector
- gas
- optical filter
- white pond
- power supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 40
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003891 environmental analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪，大致可分为光源、相关轮、怀特池、滤光片、探测器、前置放大器、数据处理板等几部分。利用非分散红外的方法，采用一个光源，在一个怀特池中，同时检测CO、CH4两种气体的浓度。本发明的精确度与分辨率均较已有技术有了显著提高。
Description
技术领域
本发明属于一种环境检测、环境分析、空气质量检测设备，具体是一种基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪。
背景技术
多组份气体的定性、定量检测在环境保护、化工控制、家用报警、食品保鲜、温室环境控制、航空航天等领域有着广泛的应用。使用气体传感器进行多组份气体的定性定量研究，可以极大的降低测量成本，减小测量周期，并可实现在线的实时测量。但由于当前气体传感器普遍存在着交叉敏感和选择性差等缺点，使用单一传感器很难实现多组份气体的检测分析。
采用红外法进行多组份气体的分析，则存在精确度差、分辨率低等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪，是利用非分散红外的方法，采用一个光源，在一个怀特池中，同时检测CO、CH4两种气体的浓度。
本发明的技术方案如下：
基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪，其特征在于有一个怀特池，在怀特池的入射窗片处安装有电源底座，怀特池的出射窗片处安装有探测器座；在电源底座上有一个开孔，开孔内安装有能斯特灯，电源底座外侧固定安装有电机，电机转轴穿过电源底座，电机转轴上安装有相关轮，位于底座与怀特池入射窗片之间，相关轮上的同一圆周位置安放有三个玻璃腔，腔内分别装有纯N2，高浓度CH4，和高浓度CO气体，能斯特灯与玻璃腔、怀特池的入射窗片在入射光路上；探测器座上安装有红外探测器，探测器外侧固定安装有电机，电机转轴穿过探测器座，电机转轴上安装有滤光片轮，位于探测器座与怀特池出射窗片之间，滤光片轮上安装有CO滤光片与CH4滤光片，怀特池的出射窗片、滤光片、探测器位于出射光路上；探测器的信号接到前置放大器与数据处理装置。
红外探测器是PbS材料做成，相应的波段在2-5个微米之间。
本发明装置大致可分为光源、相关轮、怀特池、滤光片、探测器、前置放大器、数据处理板等几部分。
光源：采用镍铬合金的能斯特灯，该灯在红外的2-5个微米处有很好的辐射，完全可以用来作为近红外部分的光源。并且光强大，性能稳定。
相关轮：
相关轮的作用一是可以把连续的光辐射调制成脉冲辐射；二是在相关轮上安放三个小的玻璃气体腔，分别放纯N2，高浓度CH4，高浓度CO气体。这样的话，通过N2的光辐射就是进行探测气体的光量，而通过CH4和Co的光辐射就作为参考量在后续的计算中应用。
怀特池：
密封的怀特池内充满待测气体，光源发出的辐射光从入射窗片进来，经过装在怀特池两端的反射镜来回反射一定的之后，从出射窗片射出被探测器接收。在这个过程中，待测气体将吸收辐射光强，
滤光片轮：
在滤光片轮上装两个滤光片，一个是中心波长为4.65微米的CO气体滤光片，一个是中心波长为3.3微米的CH4气体滤光片。
因为光源辐射的光谱范围很宽，所以在探测器探测之前，用这两个滤光片把其它波段的干扰光滤掉。这个滤光片轮是可以转动的，当需要测CO气体时，转动滤光片轮将把CO的滤光片调整到探测器前面；当需要测CH4气体时，转动滤光片轮将把CH4的滤光片调整到探测器前面。
探测器：
采用的红外探测器是PbS材料做成的。相应的波段在2-5个微米之间。探测器在分析仪中的作用非常重要，它的性能将直接决定测量的稳定性和准确性。
前置放大器：
前置放大器是用来将探测器出来的微弱信号放大、整形，从而变成可以满足后续计算需要的信号。
数据处理板：
从前置放大器输出的模拟电信号被送到数据处理板，在数据处理板中进行相关算法，得到的结果进行AD转换，并在液晶屏上显示。
测量原理
第一点：各种分子具有不同的能级，不论是吸收外来的辐射能还是向外放射能发生跃迁，都有各自特定的频率。也就是说，当有外来辐射能的频率符合某种分子所规定的频率才有可能被该种分子所吸收，并产生所谓有选择性的吸收能量的跃迁。而且产生此跃迁时，辐射电磁波的频率必然与吸收所要求的频率数值相同。这就是各种分子吸收辐射或辐射电磁波的能量的选择性，这种选择性是对频率而言。这种频率就叫做各种分子的特征频率，或特征波长。在4.65微米处，CO有特征吸收，即，CO在4.65微米处有特征吸收波长。而CH4在3.3微米处有特征吸收波长。
第二点：在0.76微米-25微米范围的红外线区域的特点是它对热能的辐射能力很强，因此利用分子对红外线热效应进行成分分析的另一个基础。
第三点：根据比尔定律。气体对红外光的吸收作用在一定的范围之内遵循朗伯-比尔定律，即：
I1＝L0E-KCL
式中：I0——红外辐射的初始能量；
I1——红外辐射被气体吸收后的能量；
K——气体的红外线吸收系数；
L——光程，即红外光通过气体层的厚度；
C——被测气体的浓度。
K是气体的一个吸收特性系数，不同的气体，该值不一样。定律表明，吸收作用的大小与气体的性质、光程及气体浓度直接有关。所以，当气室长度L一定时，从上式看出，I1的大小仅与气体浓度有关，测量出I1的大小就等于测量出气体浓度的变化。
基于以上原理，工作过程如下：
1.能斯特灯通电之后，经过加热，发出稳定的红外辐射。
2.电机带动相关轮发生转动，转动一周的过程中，连续光被调制成三束光进入怀特池，即，连续光通过N2玻璃腔体时的一束，连续光通过高浓度CO玻璃腔体时的一束，连续光通过高浓度CH4玻璃腔体时的一束。
3.因为在2-5个微米范围，N2没有吸收，所以这束光在后续的过程中是作为CO和CH4的测量信号，暂时称为信号1。经过高浓度CO玻璃腔体的这一束，在CO的特征吸收部分4.65微米处的能量被完全吸收，所以这束光在后续的过程中是作为CO的参比信号，暂时称为信号2。经过高浓度玻CH4璃腔体的这一束，在CH4的特征吸收部分3.3微米处的能量被完全吸收，所以这束光在后续的过程中是作为CH4的参比信号，暂时称为信号3。
4.信号2和信号3进入怀特池中，经过一定的光程之后，光强并不发生改变，而信号1进入怀特池，经过一定的光程之后，在3.3和4.65微米处会被CH4和CO吸收掉一部分红外能量，吸收程度与气体的浓度有关，，这样信号1中就是包含了CO和CH4的浓度信息。
5.在怀特池中来回反射N次之后，辐射光经过小孔射出怀特池，反射的次数是事先设定好的，反射次数定了，光程长也就确定了。
6.在出射小孔处有可自动调整的两个滤光片，精密滤光片只分别容许CO和CH4吸收特征波长的光通过，所以这样就排除了其它气体的干扰。
7.当辐射光经过CO滤光片时，信号1中CH4部分的吸收信号将被排除，而探测器所获得的就是单纯和CO浓度有关的信号，相当于朗伯-比尔定律中的I1，信号2就相当于I0，而信号3对于CO浓度的计算来说就变得毫无意义。所以通过这两个信号值就可以计算出来CO的浓度值。
8.同样，当辐射光经过CH4滤光片时，信号1中CO部分的吸收信号将被排除，而探测器所获得的就是单纯和CH4浓度有关的信号，相当于朗伯-比尔定律中的I1，信号2就相当于I0，而信号2对于CH4浓度的计算来说就变得毫无意义。所以通过这两个信号值就可以计算出来CH4的浓度值。
9.经过滤光片之后的辐射光被红外探测器检测。
10.再由前置放大器将其转换成电压值。
11.电压值送给数据处理板进行相关运算。
12.运算之后就得出了CO和CH4的浓度。
本发明装置的精确度、分辨率均较已有技术有了显著提高。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明相关轮结构示意图。
图3为本发明滤光片轮结构示意图。
具体实施方式
基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪，其特征在于有一个怀特池1，在怀特池1的入射窗片2处安装有电源底座3固定安装在怀特池1左侧壁，怀特池1的出射窗片12处安装有探测器座4固定安装在怀特池1右侧壁；在电源底座3上有一个开孔9，开孔9内安装有能斯特灯，电源底座3外侧固定安装有电机8，电机8转轴穿过电源底座3，电机8转轴上安装有相关轮7，位于底座3与怀特池入射窗片2之间，相关轮7上的同一圆周位置安放有三个玻璃腔13，腔内分别装有纯N2，高浓度CH4，和高浓度CO气体，能斯特灯与玻璃腔3、怀特池的入射窗片2在入射光路上；探测器座4上安装有红外探测器14，探测器14外侧固定安装有电机5，电机5转轴穿过探测器座4，电机5转轴上安装有滤光片轮6，位于探测器座4与怀特池出射窗片12之间，滤光片轮6上安装有CO滤光片15与CH4滤光片16，怀特池1的出射窗片12、滤光片15、16、探测器14位于出射光路上；探测器14的信号接到前置放大器10与数据处理装置11。
红外探测器14是PbS材料做成，相应的波段在2-5个微米之间。
Claims (2)
1、基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪，其特征在于有一个怀特池，在怀特池的入射窗片处安装有电源底座，怀特池的出射窗片处安装有探测器座；在电源底座上有一个开孔，开孔内安装有能斯特灯，电源底座外侧固定安装有电机，电机转轴穿过电源底座，电机转轴上安装有相关轮，位于底座与怀特池入射窗片之间，相关轮上的同一圆周位置安放有三个玻璃腔，腔内分别装有纯N2，高浓度CH4，和高浓度CO气体，能斯特灯与玻璃腔、怀特池的入射窗片在入射光路上；探测器座上安装有红外探测器，探测器外侧固定安装有电机，电机转轴穿过探测器座，电机转轴上安装有滤光片轮，位于探测器座与怀特池出射窗片之间，滤光片轮上安装有CO滤光片与CH4滤光片，怀特池的出射窗片、滤光片、探测器位于出射光路上；探测器的信号接到前置放大器与数据处理装置。
2、根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于红外探测器是PbS材料做成，相应的波段在2-5个微米之间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510041139 CN1758051A (zh) | 2005-07-19 | 2005-07-19 | 基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510041139 CN1758051A (zh) | 2005-07-19 | 2005-07-19 | 基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1758051A true CN1758051A (zh) | 2006-04-12 |
Family
ID=36703532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200510041139 Pending CN1758051A (zh) | 2005-07-19 | 2005-07-19 | 基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1758051A (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102095699A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-06-15 | 宇星科技发展(深圳)有限公司 | 多组分气体分析仪及气体分析检测系统 |
| CN102103075A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-06-22 | 江苏远望仪器有限公司 | 一种气体红外线吸收检测方法 |
| CN102183481A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-09-14 | 江苏远望仪器有限公司 | 一种气体红外线吸收检测装置 |
| CN102455286A (zh) * | 2010-10-25 | 2012-05-16 | 通用电气公司 | 用于测量气体的至少两种组分的气体分析器 |
| CN102004283B (zh) * | 2009-09-02 | 2012-05-23 | 中国科学院半导体研究所 | 光纤耦合怀特腔 |
| CN102507461A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-06-20 | 南京智达分析仪器有限公司 | 负滤波式双组份红外气体分析仪 |
| CN107044958A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-08-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于紫外宽带二级吸收光谱的氧气浓度测量系统及测量方法 |
| CN108982398A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-12-11 | 中船重工安谱（湖北）仪器有限公司 | 一种长光程痕量有毒有害气体检测装置 |
| CN109765184A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-17 | 深圳供电局有限公司 | 光学气体吸收池以及光学气体检测系统 |
-
2005
- 2005-07-19 CN CN 200510041139 patent/CN1758051A/zh active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102004283B (zh) * | 2009-09-02 | 2012-05-23 | 中国科学院半导体研究所 | 光纤耦合怀特腔 |
| CN102455286A (zh) * | 2010-10-25 | 2012-05-16 | 通用电气公司 | 用于测量气体的至少两种组分的气体分析器 |
| CN102103075A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-06-22 | 江苏远望仪器有限公司 | 一种气体红外线吸收检测方法 |
| CN102183481A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-09-14 | 江苏远望仪器有限公司 | 一种气体红外线吸收检测装置 |
| CN102095699A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-06-15 | 宇星科技发展(深圳)有限公司 | 多组分气体分析仪及气体分析检测系统 |
| CN102507461A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-06-20 | 南京智达分析仪器有限公司 | 负滤波式双组份红外气体分析仪 |
| CN107044958A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-08-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于紫外宽带二级吸收光谱的氧气浓度测量系统及测量方法 |
| CN107044958B (zh) * | 2017-03-17 | 2019-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于紫外宽带二级吸收光谱的氧气浓度测量系统的氧气浓度测量方法 |
| CN108982398A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-12-11 | 中船重工安谱（湖北）仪器有限公司 | 一种长光程痕量有毒有害气体检测装置 |
| CN109765184A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-17 | 深圳供电局有限公司 | 光学气体吸收池以及光学气体检测系统 |
| CN109765184B (zh) * | 2019-01-16 | 2022-06-07 | 深圳供电局有限公司 | 光学气体吸收池以及光学气体检测系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110044824B (zh) | 一种基于石英音叉的双光谱气体检测装置及方法 | |
| Wu et al. | Stand-off detection of chemicals by UV Raman spectroscopy | |
| CN1260571C (zh) | 机动车尾气多污染组份实时遥测装置的光路结构 | |
| CN109991189B (zh) | 一种基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量装置及其测量方法 | |
| CN101424636A (zh) | 一种快速无损检测绿茶成分含量的装置及方法 | |
| CN101813623A (zh) | 散射物质多维光谱测量装置与方法 | |
| CN106483088A (zh) | 一种基于紫外光调制的气体浓度测量装置及方法 | |
| CN106769973A (zh) | 利用光声光谱法检测氨气气体检测装置及方法 | |
| CN205844192U (zh) | 一种双光路水体石油烃类原位监测装置 | |
| CN103278472A (zh) | 一种傅立叶红外光谱仪及样品气体吸收池 | |
| CN105424635A (zh) | 紫外光谱烟气分析仪 | |
| CN111077099B (zh) | 一种基于红外吸收光谱的甲醛浓度检测方法及装置 | |
| CN1758051A (zh) | 基于气体相关滤波的非分散红外法多组份气体分析仪 | |
| CN104964964A (zh) | 一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪 | |
| CN109813639B (zh) | 一种基于红外光调制技术的颗粒物与气体浓度同步测量装置及其测量方法 | |
| CN100543455C (zh) | 臭氧氧化紫外扫描光谱积分方式测量总有机碳的方法 | |
| CN205317662U (zh) | 一种紫外光谱烟气分析仪 | |
| CN114778475B (zh) | 一种可变光程ndir宽量程气体检测方法和系统 | |
| CN203490167U (zh) | 一种用于傅立叶红外光谱检测装置的样品气体吸收池 | |
| CN101929952A (zh) | 空气质量连续在线监测仪标气校准方法及校准装置 | |
| CN107643261A (zh) | 一种长光程怀特池doas法测量污染气体浓度的监测仪 | |
| CN204008454U (zh) | 用于检测贮藏稻谷中霉菌指标的便携式近红外光谱分析仪 | |
| CN211741064U (zh) | 一种基于红外吸收光谱的甲醛浓度检测装置 | |
| CN206740639U (zh) | 利用光声光谱法检测氨气气体检测装置 | |
| CN2921827Y (zh) | 用于测量低浓度臭氧的便携式光度计 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |