可攜式紅外線微量氣體分析儀的製作方法
2023-12-09 23:56:46
專利名稱：可攜式紅外線微量氣體分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬一種微量氣體分析儀，特別是採用紅外技術的微量氣體分析儀。
目前使用的微量氣體分析儀主要有兩種，一種是如
圖1A所示的紅外線分析儀，它是利用氣體對紅外線有選擇性吸收的原理製成的，它利用馬達1旋轉切光器3，被調製的兩紅外線光源2發出的紅外線同時地並分別地進入分析室4和參比室5，參比室5內充有不吸收紅外線的N2氣，分析室4內是流經的待分析氣體；如果待分析的氣體中沒有待測組份，則兩室都不吸收紅外能量，到達微音器6的紅外能量相等，膜片7不動，感應器8無信號輸出；如果分析室4中有待測組份，如CO2，則吸收部分能量，致使分析室4側的能量小於參比室5側能量，到達的紅外能量差使薄膜微通音器6的膜片7振動，則感應器8輸出隨CO2的濃度變化的信號。這種儀器存在的問題是靈敏度低、重量量，不適於製成便攜的微量濃度的檢測儀器。圖1B中是一種以半導體探測器，如銻化銦組成的時間雙光路儀器，它是用電機1旋轉輪盤9，利用輪盤9上設置的參比濾光片10和分析濾光片11對紅外光源2的濾光，並使其穿過分析室12，由銻化銦傳感器13輸出相應的測量信號，這是一種時間雙光路儀器，雖然體積較小，但檢測靈敏度不夠，只適於做0-1％CO範圍內的測量，做不到測0.00001％CO的靈敏度。
本實用新型的目的是提供一種可攜式紅外線微量氣體分析儀，其靈敏度高、可靠性好，結構輕巧、使用方便。
本實用新型的基本結構為它包括電機、由電機驅動的旋轉濾波相關輪、紅外光源、容納檢測氣體的樣品室、檢測輸出反映被測氣體濃度信號的半導體紅外探測器，輸入端與紅外探測輸出端相連進行放大處理的自動增益放大器，輸入端與自動增益放大器的輸出端相連的分離器，兩個輸入端分別與分離器的兩個輸出端相連的差動放大器，輸入端與差動放大器輸出端相連的A/D變換器、與A/D變換器輸出端相連，對它輸出的數位訊號進行處理的微處理器和顯示處理結果的顯示裝置。本實用新型中樣品室為多次反射氣室，在多次反射氣室紅外光入口與紅外光出口濾光片之間設有多個反射紅外光的球面反射鏡；在旋轉濾波相關輪上設置了一參比氣室和一樣品氣室，該旋轉濾波相關輪設置在紅外光源和多次反射氣室的紅外光入口之間。
本實用新型所述的半導體紅外微量氣體分析儀採用了氣體濾波相關技術，與傳統的分析儀相比具有很好的橫向抗幹擾能力，誤差小，可測0.01PPMCO，靈敏度高、使用方便可靠。
圖1A是採用微音器的紅外線氣體分析器的示意圖。
圖1B是一種採用銻化銦半導體探測器的時間雙光路分析器示意圖。
圖2是本實用新型的組成示意圖。
圖3是本實用新型實施例的AGC放大器和同步分離器電原理圖。
圖4是圖3所示電路中各電壓信號邏輯關係圖。
以下結合附圖對本實用新型的實施例、特徵及原理作一詳細介紹本實用新型的實施例採用圖2所示組成結構，它包括電機15，電機15與旋轉濾波相關輪16樞接使其旋轉，旋轉濾波相關輪16上設有可透過紅外光的一參比氣室17和一樣品氣室18，在相關輪16旋轉時該兩氣室17和18切過光源14和多次反射氣室20的紅外光入口濾光片19間的光路；在多次反射氣室的紅外光入口濾光片19和它的紅外光出口濾光片22間的空間設置了C、B1、A、B2和D五塊反射鏡，在實際使用中可根據測量範圍的不同以4為差值選擇不同的反射次數，反射次數可在24-48次之間，使光程可在4.2米-8.4米之間調整選擇；測試氣體是由多次反射氣室20的入口21進入，從其出口23流出；紅外光出口濾光片22正對一半導體紅外探測器24。在測量過程中，參比氣室17內充有高濃度的CO氣，因此當參比氣室17進入光路中時，其中的CO吸收了紅外輻射能量，因此在多次反射氣室20內的CO將不能引起紅外輻射能量的進一步減少，半導體探測器24得到的是一恆定的信號，作為參比信號。旋轉濾波相關輪16上的樣品氣室18中充的是不吸收紅外輻射能量的N2氣體，所以當樣品氣室18進入光路中時，半導體紅外探測器24所取到的信號大小完全依賴於多次反射氣室20內的CO濃度，該信號為分析信號，半導體紅外探測器24採用硒化鉛半導體傳感器。
由半導體探測器24輸出的參比信號和分析信號作為AGC放大器的輸入信號Vi加到AGC放大器25的輸入端，經放大後加至同步分離器26的輸入端。本實施例中AGC放大器25和同步分離器26採用的電路如圖3所示，半導體紅外探測器24輸出的信號作為輸入信號Vi經電阻R2加至放大器251的正向輸入端③，放大器251的另一輸入端②接電阻R1和R3的連接端，電阻R1的另一端接地，電阻R3的另一端接放大器251的輸出端①。放大器251的輸出端①連接分離器26的輸入端③、⑧。放大器251採用集成電路TL064，分離器26採用集成電路MCI4066。設置在相關輪16旁邊的光電耦合器34在相關輪16旋轉時產生對應於相關輪上參比氣室17和樣品氣室18的信號S和R，經邏輯電路3整形後分別加至分離器26的解調端⑥和⑤。其邏輯關係如圖4所示，其中Vi是自半導體紅外探測器輸出的信號電壓，其中包括參比電壓VS和測試電壓VR，它們經加至分離器26解調端的解調信號解調後，經分離器26的輸出端④、⑨輸出分離出的信號VS′和VR′。該兩信號VS′和VR′分別經放大器27、28放大後加至差動放大器29的兩輸入端。其中信號VR的一路經電阻R5接比較器252的反向輸入端⑥和電容C1的一端，電容器C1的另一端接電阻R4和光電耦合器的一端連接點，VR′經比較器252比較後，輸出一信號到光電耦合器PH，控制其光敏電阻值的變化，使其隨受溫度等環境因素影響引起的VR、VS的變化而變化，控制對信號Vi的衰減器，從而保證信號Vi幅度不變。而氣體濃度變化造成的VS變化不受此影響，比較器252也採用TL064放大器電路。
差動放大器29採用TL064電路構成，其將經放大器27、28放大後的信號VR、VS相減後輸出一模擬信號，該信號經A/D變換器30變換為數位訊號，經微處理器31進行處理，並通過顯示部分32顯示出相應的測出值。微處理器31採用80C31。顯示部分31採用常規發光管顯示器。
權利要求1.一種可攜式紅外線氣體分析儀，它包括電機、由電機驅動的旋轉濾波相關輪、紅外光源、容納檢測氣體的樣品室、檢測輸出反映被測氣體濃度信號的半導體紅外探測器、輸入端與紅外探測器輸出端相連進行放大處理的自動增益放大器、輸入端與自動增益放大器的輸出端相連的分離器、兩個輸入端分別與分離器的兩個輸出端相連的差動放大器、輸入端與差動放大器輸出端相連的A/D變換器、與A/D變換器輸出端相連進行數位訊號處理的微處理器和顯示處理結果的顯示裝置，其特徵在於樣品室為多次反射氣室，在多次反射氣室的紅外光入口和紅外光出口濾光片之間設置有5個反射紅外光的球面反射鏡；在旋轉濾波相關輪上設置了可透過紅外光的一參比氣室和一樣品氣室，該旋轉濾波相關輪設置在紅外光源和多次反射氣室的紅外光入口之間。
2.根據權利要求1所述的氣體分析儀，其特徵在於半導體紅外探測器為硒化鉛半導體傳感器。
專利摘要一種可攜式紅外線微量氣體分析儀,由電機、電機驅動的旋轉濾波相關輪、紅外光源、容納檢測氣體的樣品室、檢測輸出反映被測氣體濃度信號的半導體紅外探測器、放大信號的自動增量放大器、分離器及對信號進行處理顯示的微處理器構成。樣品室採用多次反射氣室,其內設有多個球面反射鏡,通過調整光反射的次數來改變氣室內光路的長度,因此具有很好的抗幹擾能力,誤差小、靈敏度高。
文檔編號G01N21/25GK2290850SQ97203549
公開日1998年9月9日 申請日期1997年4月18日 優先權日1997年4月18日
發明者張堯海 申請人:張堯海