一種可攜式可移動多組分氣體分析儀的製作方法

2023-09-17 08:22:05 2

專利名稱：一種可攜式可移動多組分氣體分析儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於紅外光譜定量分析技術領域，並涉及一種可攜式可移動多組分氣體分 析儀。
背景技術：
隨著環境汙染，氣候變暖，恐怖活動這些全球性事件的加劇，越來越多的場合要求 對現場的環境氣體能實時測量和分析。現有的應用紅外光譜進行氣體定量分析的儀器，根 據測量使用的波長通道來分，可分為有限通道的專用型分析儀和多波長連續通道的通用型 分析儀。專用型氣體分析儀，由於選用的波長通道有限且分布離散，分析的氣體種類一般不 超過十種；而通用型分析儀，由於在較寬的波長範圍內採用了連續通道測量，所以可分析的 氣體種類多達幾十種至上百種。國內外市場上成熟的通用型氣體分析儀如MKS(美國)，CICP(美國)等品牌均 不具備遠程操控能力。對環境氣體分析時，需要檢驗人員進入目標環境以操作儀器，在一 些毒性氣體汙染嚴重的場合，檢驗人員即便佩戴防護器具，也很難保證長期作業的安全性。 GASMET(芬蘭)的某些氣體分析儀雖然配備了藍牙通訊，但藍牙的有效通訊距離十分有限， 一般在數十米以內，這實質上並不能確保毒氣彌散場合的安全性，同時藍牙軟體的開發較 為複雜，且僅能運行於支持藍牙設備的儀器上，這些增加了分析儀軟硬體的成本，且不便於 系統後續的維護和升級。

發明內容
本發明是一種具可移動分析能力的多組分氣體分析儀，檢驗人員只要使用任何正 常通訊手機自帶的WAP (Wireless Application Protocol)瀏覽器或聯網便攜計算機上的 網頁瀏覽器即可對遠端的氣體分析儀測控，而無需在手機或便攜計算機上安裝額外軟體。 手機網絡覆蓋全球，使得可攜式可移動多組分氣體分析儀的使用擺脫了空間距離上的限 制，檢驗人員可在遠離現場的安全場所，長時間測控遠端的氣體分析儀並及時獲得氣體分 析數據，而這是目前國內外市場上現有氣體分析儀尚未做到的。根據本發明的一個方面，提供了一種可攜式可移動多組分氣體分析儀，其特徵在 於包括中紅外多組分氣體分析儀，用於進行基於傅立葉變換的紅外光譜氣體定量分析，可移動分析模塊，用於實現對所述中紅外多組分氣體分析儀的無線網絡遠程操 控。根據本發明的一個進一步的方面，所述中紅外多組分氣體分析儀包括長光程氣體池；紅外傅立葉光譜儀；跨接在所述中紅外傅立葉光譜儀和所述長光程氣體池之間的波紋管，用於保證由 中紅外傅立葉光譜儀出射的紅外幹涉光能出入長光程氣體池並保證測量光譜氣路的密封性。根據本發明的一個進一步的方面，所述可移動分析模塊進一步包括微型計算機，其包括光譜分析軟體模塊，用於控制中紅外傅立葉光譜儀的運行，並負責存儲氣體定量 分析數據，IS服務程序模塊，用於使接入網際網路的一個便攜計算機和/或一個手機能與所述 微型計算機交換數據和指令，進而控制中紅外傅立葉光譜儀的運行，並實時獲取由所述光 譜分析軟體模塊生成的氣體分析數據；交互DLL程序模塊，用於負責IS服務程序和光譜分析軟體模塊之間的通訊。本發明屬於中紅外GOOOcnT1 900CHT1)多波長連續通道的通用型氣體分析儀，可 分析氣體種類達五十餘種。


圖1A-1C顯示了根據本發明的一個實施例的可攜式可移動多組分氣體分析儀組 成結構。圖2顯示了根據本發明的一個實施例的可攜式可移動多組分氣體分析儀測控流程。圖3顯示了根據本發明的一個實施例的可攜式可移動多組分氣體分析儀光譜定 量分析時序圖。圖4顯示了根據本發明的一個實施例的可攜式可移動多組分氣體分析儀的手機 端測控界面示例照片。圖5顯示了根據本發明的一個實施例的可攜式可移動多組分氣體分析儀便攜計 算機端測控界面截圖。
具體實施例方式本發明的目的在於提供一種可攜式可移動多組分氣體分析儀，該儀器基於傅立葉 紅外光譜氣體定量分析原理和無線網絡遠程操控的優點，使得對毒氣汙染嚴重場合的遠距 離、非現場、長期性的監測成為可能，這種儀器既適用於普通環境下的氣體分析檢測，亦適 用於應急和反恐等惡劣環境的檢測。根據本發明的可攜式可移動多組分氣體分析儀的一個實施例的組成結構，其中紅 外多組分氣體分析儀和可移動分析模塊，其中圖1A、1B和IC顯示了所述中紅外多組分氣體 分析儀的一個實施例，其包括基座(1)、微型計算機(3)、密封殼體0)、通信線纜(5)、中 紅外傅立葉光譜儀(6)、波紋管(7)、長光程氣體池(8)、進氣管(9)、電磁閥(10)、第一控制 線纜(11)、排氣管(12)、微型採樣泵(13)、功率電路(14)、第二控制線纜(15)、減震橡膠墊 (16)、便攜把手(17)。其中基座(1)用於支撐整個儀器重量，其上固定有微型計算機(3)、功率電路(14)、減 震橡膠墊(16)。微型計算機(3)固定於基座(1)上，所述微型計算機包括光譜分析軟體模塊 (201)、交互DLL程序模塊(202)和IS服務程序模塊(203)
密封殼體(4)與基座(1)通過諸如螺絲固緊，用於保證微型計算機(3)、中紅外傅 立葉光譜儀(6)、長光程氣體池(8)、微型採樣泵(13)、功率電路(14)在長期工作中不受外 界氣體腐蝕和粉塵的汙染。通信線纜(5)負責中紅外傅立葉光譜儀(6)與微型計算機( 之間的數據傳輸。中紅外傅立葉光譜儀(6)安裝於減震橡膠墊(16)上，減緩外界振動對光譜儀測量 的影響。波紋管(7)跨接在中紅外傅立葉光譜儀(6)和長光程氣體池(8)之間，保證由中 紅外傅立葉光譜儀(6)出射的紅外幹涉光能出入長光程氣體池(8)，同時保證了測量光譜 氣路的密封性。長光程氣體池(8)置於中紅外傅立葉光譜儀(6)上，與中紅外傅立葉光譜儀(6) 之間的光路由波紋管⑵密封。根據一個具體實施例，進氣管(9)用特氟龍製成，其上連有電磁閥(10)，並與長光 程氣體池(8)連接。電磁閥(10)裝於進氣管(9)上。控制線纜(11) 一端連於功率電路(14)上，另一端連於電磁閥(10)上，控制電磁 閥(10)的開關。根據一個具體實施例，排氣管(1 用特氟龍製成並連接長光程氣體池(8)和微型 採樣泵(13)。微型採樣泵(13)在電磁閥(10)關閉時，可將長光程氣體池⑶內抽到真空態；在 電磁閥(10)開啟時，可將外部環境氣體通過進氣管(9)連續抽進長光程氣體池(8)內，並 通過排氣管(12)，使長光程氣體池(8)內氣體與外部環境氣體連通起來。功率電路(14)固定於基座(1)上，接收微型計算機(3)通過控制線纜(15)傳送 的指令，去控制微型採樣泵(1 的運轉和電磁閥(10)的開關狀態。控制線纜(15)聯通微型計算機(3)和功率電路(14)。減震橡膠墊(16)固定於基座(1)上，其上固定有中紅外傅立葉光譜儀(6)；便攜把手(17)安裝於密封殼體(4)兩側，方便儀器整體的搬移；如圖IA和IC所示，根據本發明的一個實施例的所述可移動分析模塊包括無線上 網卡⑵和微型計算機(3)。無線上網卡(2)可安裝於微型計算機(3)上，並為微型計算機(3)、接入網際網路的 便攜計算機(18)、手機(19)提供數據和指令的無線傳輸。在如圖2所示的根據本發明的實施例中，微型計算機(3)內裝有光譜分析軟體模 塊001)、交DLL程序模塊(20 和IS服務程序模塊003)。接入網際網路的便攜計算機(18)通過無線網絡與微型計算機C3)交換數據和指令。手機(19)(可以是GSM，CDMA，或3G手機)通過GSM，CDMA，或3G網絡與微型計算 機( 交換數據和指令；光譜分析軟體模塊(201)用於控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，並負責存儲 氣體定量分析數據。交互DLL程序模塊(20 ，負責IS服務程序和光譜分析軟體模塊(201)之間的通訊。
根據本發明的一個實施例，IS服務程序模塊Q03)由動態網頁語言和 WML(Wireless Markup Language)語言混合編寫。藉助動態網頁語言，接入網際網路的便攜 計算機(18)可通過網頁瀏覽器與微型計算機C3)交換數據和指令，進而控制中紅外傅立葉 光譜儀(6)的運行，並實時獲取由光譜分析軟體生成的氣體分析數據；藉助WML語言，手機 (19)可通過WAP瀏覽器與微型計算機(3)交換數據和指令，進而控制中紅外傅立葉光譜儀 (6)的運行，並實時獲取由光譜分析軟體生成的氣體分析數據。根據本發明的一個實施例的可攜式可移動多組分氣體分析儀的操作方式包括測 量分析方式和控制方式。在測量分析方式下，測量和分析過程在中紅外傅立葉光譜儀(6)和微型計算機 (3)上進行。由於所述可攜式可移動多組分氣體分析儀基於傅立葉變換紅外光譜原理，其定 量依據為比爾吸收定律，即被測氣體的吸光度A與校準摩爾吸光係數a、氣體池有效吸收光程L之間的關係
A = aCL+ ε其中ε為光譜殘差，理想分析情況下，為光譜測量的隨機噪聲。 對m組分氣體在η個波長通道處的吸收，有矩陣形式的比爾定律
權利要求
1.可攜式可移動多組分氣體分析儀，其特徵在於包括中紅外多組分氣體分析儀，用於進行基於傅立葉變換紅外光譜的氣體定量分析，可移動分析模塊，用於實現對所述中紅外多組分氣體分析儀的無線遠程操控。
2.如權利要求1所述的可攜式可移動多組分氣體分析儀，其特徵在於所述中紅外多組 分氣體分析儀包括長光程氣體池(8)；紅外傅立葉光譜儀(6)跨接在所述中紅外傅立葉光譜儀(6)和所述長光程氣體池(8)之間的波紋管(7)，用於 保證由中紅外傅立葉光譜儀(6)出射的紅外幹涉光能出入長光程氣體池(8)，同時保證了 測量光路的氣密性。
3.如權利要求2所述的可攜式可移動多組分氣體分析儀，其特徵在於所述可移動分析 模塊進一步包括微型計算機(3)，其包括光譜分析軟體模塊(201)，用於控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，並負責存儲氣體 定量分析數據，網際網路服務程序模塊(203)，用於使接入網際網路的一個便攜計算機(18)和/或一個手 機(19)能與所述微型計算機(3)交換數據和指令，進而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運 行，並實時獲取由所述光譜分析軟體模塊(201)生成的氣體分析數據；交互DLL程序模塊(202)，用於進行所述網際網路服務程序和光譜分析軟體模塊(201)之 間的通訊。
4.如權利要求3所述的可攜式可移動多組分氣體分析儀，其特徵在於所述網際網路服務 程序模塊(203)由動態網頁語言和WML語言混合編寫，其中，藉助所述動態網頁語言，所述便攜計算機(18)可通過網頁瀏覽器與所述微型計算機 (3)交換數據和指令，進而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，並實時獲取由光譜分析軟 件生成的氣體分析數據；藉助所述WML語言，所述手機(19)可通過WAP瀏覽器與微型計算機(3)交換數據和指 令，進而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，並實時獲取由光譜分析軟體生成的氣體分 析數據。
5.如權利要求4所述的可攜式可移動多組分氣體分析儀，其特徵在於所述可移動分析 模塊進一步包括一個無線上網卡(2)，用於進行所述IS服務程序模塊(203)與所述便攜計算機(18)和 /或所述手機(19)直接的通訊。
6.如權利要求1-5中任何一項所述的可攜式可移動多組分氣體分析儀，其特徵在於所 述中紅外多組分氣體分析儀進一步包括一個基座(1)，所述微型計算機(3)被固定在所述基座上；波紋管(7)，其跨接在中紅外傅立葉光譜儀(6)和長光程氣體池(8)之間，用於保證由 中紅外傅立葉光譜儀(6)出射的紅外幹涉光能出入長光程氣體池(8)，同時保證了測量光 路的氣密性；一個進氣管(9)，其與長光程氣體池(8)連接；連在所述進氣管(9)上的一個電磁閥(10)；第一控制線纜(11)，用於連接一個功率電路(14)和所述電磁閥(10)，從而控制電磁閥 (10)的開關第二控制線纜(15)，用於聯通微型計算機(3)和所述功率電路(14)；所述功率電路(14)，其固定於基座(1)上，用於接收微型計算機(3)通過第二控制線纜 (15)傳送的指令，從而控制一個微型採樣泵(13)的運轉和電磁閥(10)的開關狀態；所述微型採樣泵(13)，用於在電磁閥(10)關閉時將長光程氣體池(8)內抽到真空態， 且在電磁閥(10)開啟時將外部環境氣體通過進氣管(9)連續抽進長光程氣體池(8)內，並 使長光程氣體池(8)內氣體與外部環境氣體連通起來；固定在所述基座(1)上的一個密封殼體(4)，用於保證所述微型計算機(3)、中紅外傅 立葉光譜儀(6)、長光程氣體池(8)、微型採樣泵(13)、功率電路(14)不受外界氣體腐蝕和 粉塵的汙染。
7.如權利要求6所述的可攜式可移動多組分氣體分析儀，其特徵在於所述可移動分析 模塊進一步包括排氣管(12)，用於連接長光程氣體池(8)和微型採樣泵(13)；減震橡膠墊(16)，它固定於基座(1)上，該減震橡膠墊上固定有中紅外傅立葉光譜儀(6)；安裝於密封殼體(4)兩側的便攜把手(17)，方便儀器整體的搬移。
8.如權利要求1-5中任何一項所述的可攜式可移動多組分氣體分析儀，其特徵在於所 述網際網路服務程序模塊(203)由動態網頁語言和WML語言混合編寫，其中藉助所述動態網頁語言，接入網際網路的便攜計算機(18)可通過網頁瀏覽器與微型計 算機(3)交換數據和指令，進而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，並實時獲取由光譜分 析軟體生成的氣體分析數據；藉助所述WML語言，手機(19)可通過WAP瀏覽器與微型計算機(3)交換數據和指令， 進而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，並實時獲取由光譜分析軟體生成的氣體分析數 據。
9.根據權利要求8所述的可攜式可移動多組分氣體分析儀，其中所述動態網頁語言 可以是 ASP (Active Server Pages)、PHP (Hypertext Preprocessor)、JSP (Java Server Pages)、ASP. NET (Active Server Page. NET)語言。
全文摘要
本發明的可攜式可移動多組分氣體分析儀，包括中紅外多組分氣體分析儀和可移動分析模塊。中紅外多組分氣體分析儀包括傅立葉中紅外光譜儀、長光程氣體池、微型採樣泵、功率電路、電磁閥、進氣管、排氣管。可移動分析模塊包括與中紅外多組分氣體分析儀集成在一起的微型計算機、裝於微型計算機上的無線上網卡、接入網際網路的便攜計算機；該微型計算機裝有光譜分析軟體、交互DLL程序和網際網路服務程序。該可攜式可移動多組分氣體分析儀具備遠距離、非現場測控能力，除適用於一般的氣體光譜定量分析，尤其適於毒性汙染嚴重，不便於人員停留的環境，在反恐和應急檢測中尤能體現優勢。
文檔編號G01N21/35GK102053070SQ20101021976
公開日2011年5月11日 申請日期2010年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者任利兵, 尉昊贇, 李巖 申請人:清華大學