長廊寬吸收光譜的毒氣報警器的製作方法

2023-07-30 23:48:41 2

專利名稱：長廊寬吸收光譜的毒氣報警器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種毒氣報警器，特別涉及一種屬於物質分析和安防技術領域，適用 於較大範圍公共場所周邊或中間線段的毒氣和火災安防報警的長廊寬吸收光譜的毒氣報
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背景技術：
人類長久以來不斷努力感知並防範毒氣，在技術上採用過生物探測和器具探測來 感知和防範毒氣；現在，隨著現代傳感器技術發展，能夠實現快速、便捷探測毒氣。現有的探測毒氣的傳感器一類是採用聚合物導體或金屬氧化物半導體材料製作 的氣體感應傳感器，這類的氣體感應傳感器會由於聚合物導體或金屬氧化物半導體這些材 料的電阻率隨接觸氣體濃度增加而改變，但這類氣體感應傳感器的靈敏度一般，基本上一 種材料對應一種氣體，適合以點大量布置實現區域防範毒氣。另一類是採用離子遷移譜、氣相色譜、敏感物質螢光猝變技術高靈敏定性分析氣 體，適合近距離探測多種毒氣，有手持探測和固定檢測的設備，但這類設備的成本高，只能 應用少數幾臺設備，難以應付大範圍實時探測的要求。還有一類是應用於大氣汙染成分和程度分析的差分光譜分析設備，主要是由一臺 發射和接收的差分光譜分析儀及一塊反光鏡組成，能分析空氣中的so2、co2、o3等氣體，但目 前不能寬光譜探測各種毒氣，也不能將此一套設備用於長廊等警戒區域的四周來探測防範
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發明內容
本發明的目的在於提供一種長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，克服上述現有的毒氣 探測設備難以對區域四周等大範圍同時探測多種毒氣的缺陷，達到在一個區域的四周和中 間折線段探測空氣中可能出現的各種毒氣並進行報警。本發明所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現一種長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，它包括一發射裝置，通過寬光譜光束輸出初始光譜；一接收分析裝置，用於接收光束，讀取氣體吸收光譜並差譜出吸收譜線進行比對 判斷和進行報警；及若干反光鏡裝置，置於所述發射裝置與所述接收分析裝置之間的光路中並用於改 變光束的走向以警戒不同形狀的區域；所述發射裝置輸出的初始光譜通過寬光譜長光纖輸入到所述接收分析裝置中，所 述發射裝置和所述接收分析裝置分別設置在警戒區域的兩端。在本發明的一個實施例中，所述發射裝置包括發射裝置殼體、大包容角反光碗、寬 光譜近似點光源和光源的恆功率電源；所述大包容角反光碗嵌裝在所述發射裝置殼體中， 所述的寬光譜近似點光源光譜寬度為290nm-1700nm，所述大包容角反光碗與所述寬光譜近似點光源構成平行光探照燈，所述光源的恆功率電源設置在所述發射裝置殼體中並與所述 寬光譜近似點光源連接，在所述大包容角反光碗的後端設置有一取樣物鏡，通過所述取樣 物鏡將所述寬光譜近似點光源成像在所述發射裝置殼體上的發射機光纖插座的出射端面 上，所述發射機插座通過寬光譜長光纖與所述接收分析裝置連接。進一步，所述大包容角反光碗的前端設置有寬光譜窗口玻璃，所述寬光譜窗口玻 璃上鍍有寬光譜增透膜，所述增透膜的寬光譜增透範圍為290nm-1700nm。進一步，所述大包容角反光碗的反光面呈近拋物線面，所述反光碗的近拋物線面 焦點位置放置近似的點光源，所述反光面上鍍有金或銀的高反膜層。在本發明的一個實施例中，所述反光鏡裝置包括安裝支架和反光鏡，所述反光鏡 設置在所述安裝支架上，所述反光鏡玻璃背面鍍有使光譜在所述反光鏡表面達到接近全入 射角反射的金或銀膜。進一步，所述反光鏡裝置還包括一組對所述反光鏡表面進行自清潔的撣塵裝置， 所述撣塵裝置包括撣塵器和撣塵器電機，所述撣塵器電機設置在所述安裝支架上，所述撣 塵器設置在所述撣塵器電機上方並與所述撣塵器電機連接，所述撣塵器的撣塵刷設置在所 述反光鏡的表面進行撣塵。再進一步，所述撣塵器的後端設置有風機，所述撣塵器靠近所述反光鏡表面的位 置設置有形成正壓層的吹氣除塵口。在本發明的一個實施例中，所述接收分析裝置包括寬光譜光束接收物鏡組、寬光 譜雙譜段光譜儀、差譜比對處理器和裝置本體，所述寬光譜光束接收物鏡組、寬光譜雙譜段 光譜儀和差譜比對處理器分別設置在所述裝置本體中，所述寬光譜雙譜段光譜儀的兩個輸 入端通過Y形輸入光纖與光切換開關的輸出端連接，光切換開關的一個輸入端通過取樣光 纖接到所述光束接收物鏡組的像端，光切換開關的另一個輸入端依次通過光纖耦合器和光 纖插座與寬光譜長光纖連接，連接到所述發射裝置，所述寬光譜雙譜段光譜儀的輸出端連 接差譜比對處理器。進一步，所述寬光譜雙譜段光譜儀中設置有高靈敏線陣傳感器。本發明的長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，採用了寬光譜雙譜段測試滿足對各種毒 氣吸收峰的仔細辨別，達到一次性對各種毒氣的探測報警，採用寬光譜長光纖輸送初始光 譜使發射裝置和接收分析分置警戒區域二端，反光鏡裝置讓光束變向適應多種形狀區域警 戒，差譜法去除其他幹擾提高吸收光譜比對的準確性，此設計獨特新穎，適合用於多種場合 警戒和毒氣報警，實現本發明的目的。本發明的特點可參閱本案圖式及以下較好實施方式的詳細說明而獲得清楚地了解。


圖1是本發明的長廊寬光譜吸收的毒氣報警器的結構示意圖；圖2是本發明的長廊寬光譜吸收的毒氣報警器的發射機的結構示意圖；圖3是本發明的長廊寬光譜吸收的毒氣報警器的自清潔反光鏡的結構示意圖；圖4是本發明的長廊寬光譜吸收的毒氣報警器的接收分析機的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面 結-合具體圖示，進一步闡述本發明。
實施例如圖1所示，本發明的長廊寬光譜吸收的毒氣報警器，它包括一發射裝置100、一 接收分析裝置200及若干反光鏡裝置300，發射裝置100輸出的初始光譜通過寬光譜長光纖 400輸入到接收分析裝置200中，發射裝置100和接收分析裝置200分別設置在警戒區域的 兩端，一般安排光束行進在需防範毒氣出現及車輛行人不易阻擋的位置；發射裝置100發 射的寬光譜光束在空氣中經反光鏡裝置300反射沿長廊到達接收分析裝置200，路途中各 氣體對光束造成光譜吸收，發射裝置100輸出的初始光譜通過寬光譜長光纖400輸入到接 收分析裝置200，接收分析裝置200接收光束去除幹擾，測出光束行進中遇到毒氣產生的吸 收譜線，通過計算機比對毒氣樣品判斷出毒氣進行報警，能同時分析多種氣體。如圖2所述，發射裝置100包括發射裝置殼體110、大包容角反光碗120、寬光譜近 似點光源130和光源恆功率電源140 ；大包容角反光碗120嵌裝在發射裝置殼體110中，大 包容角反光碗120與寬光譜近似點光源130構成平行光探照燈，發射穩定的高軸向光強寬 光譜平行光束500，光譜範圍達到290nm-1700nm，涵蓋各種毒氣識別吸收譜線；光源的恆功 率電源140設置在發射裝置殼體110中並為寬光譜近似點光源130供電。大包容角反光碗120的反光面呈近似拋物線面，大包容角反光碗120更多利用了 寬光譜近似點光源130的光能分布，近拋物面反光設計成匯聚寬光譜近似點光源130的光 線成平行光發射，大包容角反光碗120的反光面上鍍有金或銀的高反膜層以得到高的軸向 光強。在大包容角反光碗120的後端設置有一取樣物鏡150，通過取樣物鏡150將寬光譜 近似點光源130成像在發射裝置殼體110上的發射機光纖插座160的出射端面上，提供初 始的光譜分布曲線，發射機光纖插座160通過寬光譜長光纖400與接收分析裝置200連接， 將初始光譜輸送到接收分析裝置200。大包容角反光碗120的前端設置有寬光譜窗口玻璃170，寬光譜窗口玻璃170上鍍 有寬光譜增透膜，寬光譜增透膜的光譜寬度為290nm-1700nm，減少光能損失。發射裝置100 一般安裝在使光束行進於需防範毒氣出現的警戒區域及車輛行人不易阻擋的位置上。在本實施例中，寬光譜近似點光源130為氙燈光源，氙燈光源包含290nm-1700nm 毒氣主要的吸收峰光譜分布，高壓下氙氣放電後通過光源恆功率電源140加低壓恆流恆壓 穩定光源發光。如圖3所示，反光鏡裝置300用於改變光束走向適應多種形狀區域警戒，反光鏡裝 置300包括安裝支架310和反光鏡320，反光鏡320設置在安裝支架310上，反光鏡320背 面鍍有用於使光譜在反光鏡320表面達到接近全入射角反射的金或銀膜321，反光鏡320對 290nm-1700nm光譜範圍達到接近全入射角反射。為了防止灰塵影響工作，反光鏡裝置200還包括對反光鏡320表面進行自清潔的 撣塵裝置330，撣塵裝置330包括撣塵器331和撣塵器電機332，撣塵器電機332設置在安裝 支架310上，撣塵器331設置在撣塵器電機332上方並與撣塵器電機332連接，撣塵器331
5的撣塵刷33設置在反光鏡320的表面進行撣塵，撣塵器331的後端設置有風機340，撣塵器 331靠近反光鏡320表面的位置設置有形成正壓層的吹氣除塵口 334，提供高速氣流，自動 擋灰除塵保持反光鏡320表面的清潔。根據警戒路線的走向，在需要光束轉向處將反光鏡裝置300安裝在光束行進路線 上，使反射光束轉向至需要的方向，以探測拐彎的長廊或探測折線區域的毒氣。如圖4所示，接收分析裝置200包括光束接收物鏡組210、寬光譜雙譜段光譜儀 220、差譜比對處理器230和裝置本體240，光束接收物鏡組210、寬光譜雙譜段光譜儀220 和差譜比對處理器230分別設置在裝置本體240中，寬光譜雙譜段光譜儀220的兩個輸入 端通過Y形輸入光纖250與光切換開關260的輸出端連接，光切換開關260的一個輸入端 通過取樣光纖270接到光束接收物鏡組210的像，光切換開關260的另一個輸入端依次通 過光纖耦合器280和光纖插座290與寬光譜長光纖400連接，連接到發射裝置100，寬光譜 雙譜段光譜儀220的輸出端連接差譜比對處理器230，寬光譜雙譜段光譜儀220中設置有高 靈敏線陣傳感器221。接收分析裝置200通過光束接收物鏡組210將寬光譜平行光束500聚焦在取樣光 纖270的進光端面上，取樣光纖270另一端接光切換開關260 —輸入端，光纖插座290用光 纖耦合器280和光切換開關260另一輸入端相接，光切換開關260輸出端接Y形輸入光纖 250的輸入頭，輸出二頭分接寬光譜雙譜段光譜儀220 二輸入窗口，光切換開關260控制寬 光譜雙譜段光譜儀220分別對光束或光纖原始光譜測光譜數值，寬光譜雙譜段光譜儀220 進行分光後由高靈敏線陣傳感器221精確讀出光譜分布數值送到差譜比對處理器230計算 處理，通過寬光譜雙譜段光譜儀220的高靈敏線陣傳感器221精確測試二者光譜幅度，進行 相除和求對數計算，得到光束路途中流動氣體吸收的高頻分量和光源、光學系統及環境等 背景影響的低頻分量，通過高通濾波得到氣體的吸收譜線數值，將吸收譜數值比對各種樣 品庫，運用差譜法消除燈光、常見氣體吸收的常見幹擾，通過計算測試吸收譜線對應各毒氣 吸收譜的概率，確定是否毒氣，實現安裝方便、快速探測範圍大、對多種毒氣進行報警。毒氣的出現會改變光束的光譜分布，一定濃度的毒氣將使光束產生一定幅度的一 組吸收峰，光束光譜寬度和雙譜段光譜儀的光譜測試範圍達到290nm-1700nm以包含各種 毒氣主要吸收峰的光譜分布，當毒氣出現在寬光譜平行光束500上改變光束的光譜分布， 一定濃度的毒氣使光束產生一定幅度的一組吸收峰，二者的比值就出現波動，對數計算能 區分開吸收峰與光學上的背景變化，通過高通處理消除背景的影響，得吸收峰數值，用差譜 法去除的各種燈光幹擾和常見氣體影響，消除塵埃的閃爍，對得到的光束路途中氣體吸收 譜數值比對各種毒氣樣品庫，尋找有無一致的，或運用差值計算確定毒氣吸收譜的存在，對 毒氣進行報警。寬光譜雙譜段光譜儀220的高靈敏線陣傳感器221精確測出光束光譜與原始光譜 對應幅度數值的微小差別，計算機得出二者比值的細微波動，通過對數處理分開快變化的 吸收譜線和慢變化的包括光源、光學件和環境的背景幹擾以及長光纖的拉曼散射幹擾等， 高低不同的變化值用高通處理濾除背景的低頻分量就得到吸收譜線的波數和幅度值。差譜比對處理器230對吸收譜線先嘗試差譜掉容易出現的香菸、車輛尾氣、水汽 等氣體吸收譜值和去除掉車輛燈光、手機液晶屏、物體反光等燈光變化對測試影響，再與樣 品庫毒氣吸收光譜數據進行比對是否有一致的樣品出現，再加入經驗值和概率判斷法則對比對結果作出是否毒氣判斷，進行報警。在本實施例中，發射裝置100光束出射位置至接收分析裝置200接收終點之間折 線總長應短於光束軸向光強除以光譜儀額定照度再去除光程中反光鏡的反射損失和接收 物鏡光纖的光能損失以及灰塵水汽對空氣光透過率的影響等最後得到值的平方根，探測毒 氣的有效性須滿足毒氣在光束區域的濃度和長度所決定的吸收峰幅度達到接收探測的靈敏度。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明範圍內，本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
權利要求
一種長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，它包括一發射裝置，通過寬光譜光束輸出初始光譜；一接收分析裝置，用於接收光束，讀取氣體吸收光譜並差譜出吸收譜線進行比對判斷和進行毒氣報警；及若干反光鏡裝置，置於所述發射裝置與所述接收分析裝置之間的光路中並用於改變光束的走向以警戒不同形狀的區域；所述發射裝置輸出的初始光譜通過寬光譜長光纖輸入到所述接收分析裝置中，所述發射裝置和所述接收分析裝置分別設置在警戒區域的兩端。
2.如權利要求1所述的長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，所述發射裝置包 括發射裝置殼體、大包容角反光碗、寬光譜近似點光源和光源恆功率電源；所述大包容角反 光碗嵌裝在所述發射裝置殼體中，所述大包容角反光碗與所述寬光譜高近似點光源構成平 行光探照燈，所述光源恆功率電源設置在所述發射裝置殼體中並與所述寬光譜近似點光源 連接，在所述大包容角反光碗的後端設置有一取樣物鏡，通過所述取樣物鏡將所述寬光譜 近似點光源成像在所述發射裝置殼體上的發射機插座的出射端面上，所述發射機插座通過 寬光譜長光纖與所述接收分析裝置連接。
3.如權利要求2所述的長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，所述大包容角反 光碗的前端設置有寬光譜窗口玻璃，所述寬光譜窗口玻璃上鍍有增透範圍為290nm-1700nm 的寬光譜增透膜。
4.如權利要求2所述的長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，所述大包容角反 光碗的反光面呈近拋物線面，所述反光面上鍍有金或銀的高反膜層。
5.如權利要求1所述的長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，所述反光鏡裝置 包括安裝支架和反光鏡，所述反光鏡設置在所述安裝支架上，所述反光鏡背面鍍有用於使 光譜在所述反光鏡表面達到接近全入射角反射的金或銀膜。
6.如權利要求5所述的長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，所述反光鏡裝置 還包括一組對所述反光鏡表面進行自清潔的撣塵裝置，所述撣塵裝置包括撣塵器和撣塵器 電機，所述撣塵器電機設置在所述安裝支架上，所述撣塵器設置在所述撣塵器電機上方並 與所述撣塵器電機連接，所述撣塵器的撣塵刷設置在所述反光鏡的表面進行撣塵。
7.如權利要求6所述的長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，所述撣塵器的後 端設置有風機，所述撣塵器靠近所述反光鏡表面的位置設置有形成正壓層的吹氣除塵口。
8.如權利要求1所述的長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，所述接收分析裝 置包括光束接收物鏡組、寬光譜雙譜段光譜儀、差譜比對處理器和裝置本體，所述光束接收 物鏡組、寬光譜雙譜段光譜儀和差譜比對處理器分別設置在所述裝置本體中，所述寬光譜 雙譜段光譜儀的兩個輸入端通過Y形輸入光纖與光切換開關的輸出端連接，光切換開關的 一個輸入端通過取樣光纖接到所述光束接收物鏡組的像端，光切換開關的另一個輸入端依 次通過光纖耦合器和光纖插座與寬光譜長光纖連接，連接到所述發射裝置，所述寬光譜雙 譜段光譜儀的輸出端連接差譜比對處理器。
9.如權利要求1所述的長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，其特徵在於，所述寬光譜雙譜 段光譜儀中設置有高靈敏線陣傳感器。
全文摘要
本發明的目的在於公開一種長廊寬吸收光譜的毒氣報警器，它包括一發射裝置、一接收分析裝置及若干反光鏡裝置；所述發射裝置輸出的初始光譜通過寬光譜長光纖輸入到所述接收分析裝置中，所述發射裝置和所述接收分析裝置分別設置在警戒區域的兩端；採用了寬光譜雙譜段吸收光譜的測試滿足一次性對各種毒氣的探測報警，採用寬光譜長光纖輸送初始光譜使發射裝置和接收分析分置警戒區域二端，反光鏡裝置讓光束變向適應多種形狀區域警戒，差譜法去除其他幹擾提高吸收光譜比對的準確性，設計獨特新穎，適合用於多種場合警戒和毒氣報警，實現本發明的目的。
文檔編號G08B21/14GK101833847SQ20101017560
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月13日 優先權日2010年5月13日
發明者吳晶, 唐前進, 成誠, 朱弘, 邵傑, 陳建永 申請人:公安部第三研究所