專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣體檢測(cè)設(shè)備，特別涉及一種濾光片型氣體檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)生活中存在著各種有毒有害的氣體，對(duì)生產(chǎn)和生活環(huán)境帶來(lái)了巨大 的危害。為了保證人身安全和保護(hù)環(huán)境，對(duì)日常生活的城市煤氣，汽車(chē)尾氣 等進(jìn)行檢測(cè)勢(shì)在必行。目前較為先進(jìn)的方法是采用紅外吸收原理檢測(cè)氣體。 紅外檢測(cè)克服了以往檢測(cè)方法傳感器容易中毒老化，易受環(huán)境影響的缺點(diǎn)。 隨著發(fā)光二極管技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外發(fā)光二極管已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 的快速檢測(cè)技術(shù)中。
目前常用的采用紅外吸收原理的紅外濾光片型氣體^^測(cè)裝置中，發(fā)光二
極管作為光源發(fā)出的光譜帶寬一般為100nm左右，通過(guò)窄帶濾光片進(jìn)行濾光 來(lái)提高光譜的單色性。如申請(qǐng)?zhí)枮镃N200510129959. 6的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)， 公開(kāi)了一種"多波長(zhǎng)分光態(tài)二氧化碳自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置"，該自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置包括3 個(gè)超高亮發(fā)光二極管作為光源，3片窄帶干涉濾光片分別設(shè)置于發(fā)光二極管前 端，3片聚焦透鏡分別設(shè)置于3片窄帶干涉濾光片前，以將3個(gè)單色光聚集在 同一焦點(diǎn)上，并通過(guò)處于焦點(diǎn)的光纖傳輸；該專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)的技術(shù)方案必須 保證3個(gè)聚焦透鏡焦點(diǎn)重合，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性不高。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種紅外濾光片型氣體檢測(cè)裝置，其目的之 一是提高氣體檢測(cè)的靈敏度，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性。
本實(shí)用新型提供的氣體檢測(cè)裝置，包括提供工作光源的光源組，對(duì)工作 光源進(jìn)行濾光的濾光片組，將經(jīng)濾光后的光源進(jìn)行聚焦并準(zhǔn)直擴(kuò)大的透鏡組， 用于容納被檢測(cè)氣體的氣室，和用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)氣室的光源并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)的光電檢測(cè)器，以及對(duì)光電檢測(cè)器所輸出的電信號(hào)進(jìn)行處理和輸出的 單片機(jī)電路。
其中，所述濾光片組、透鏡組、氣室和光電^^測(cè)器的軸心在同一軸線上。 所述透鏡組由中心處于同 一軸線的第 一聚焦透鏡、發(fā)散透鏡和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡組 成，所述第一聚焦透鏡設(shè)置在發(fā)散透鏡的正前方，使兩者的焦點(diǎn)重合，準(zhǔn)直 擴(kuò)束鏡設(shè)置在發(fā)散透鏡后方。優(yōu)選地，還包括設(shè)置在氣室和光電檢測(cè)器之間的第二聚焦透鏡，將透過(guò) 氣室的光聚集在所述光電檢測(cè)器上。其中，所述單片機(jī)電路包括控制單元、恒流驅(qū)動(dòng)電路、前置放大電路、鎖相放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述恒流驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制單元輸出的脈沖 信號(hào)驅(qū)動(dòng)光源組發(fā)光，所述前置放大電路將光電檢測(cè)器的信號(hào)放大后輸入鎖相放大電路，所述鎖相放大電路提取與控制單元參考信號(hào)的頻率和相位相同 的信號(hào)進(jìn)行放大后輸入，所述A/D轉(zhuǎn)換電路接收鎖相放大電路的輸出信號(hào)， 并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入控制單元。優(yōu)選地，所述濾光片組由多片濾光片組成，所述濾光片是窄帶干涉濾光 片。優(yōu)選地，所述光源組由多個(gè)發(fā)光二極管組成；所述光電檢測(cè)器是紅外光 檢測(cè)器。優(yōu)選地，所述第一聚焦透鏡是菲涅爾透鏡，所述發(fā)散透鏡選用雙凸 透鏡。本實(shí)用新型的氣體檢測(cè)裝置，通過(guò)聚焦透鏡、發(fā)散透鏡和準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡的 組合，可將多方位的光線聚集到同一光軸上，并能平行射出；且保證單色光 能直射通過(guò)氣室，擴(kuò)束后能增大檢測(cè)面積，保證所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠 性，并提高檢測(cè)靈敏度，具有更廣泛的實(shí)用性。此外，該裝置無(wú)移動(dòng)部件(如 電機(jī)，濾光轉(zhuǎn)盤(pán)等)，便于攜帶；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)被檢測(cè)物無(wú)損傷，檢測(cè)速度 快。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2-1是本實(shí)用新型實(shí)施例的濾光片組正面示意圖；圖2-2是本實(shí)用新型實(shí)施例的濾光片組A-A剖面示意圖；圖3-1是本實(shí)用新型實(shí)施例的氣室結(jié)構(gòu)正面示意圖；圖3-2是本實(shí)用新型實(shí)施例的氣室結(jié)構(gòu)B-B剖面示意圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例單片機(jī)電路的電路框圖。本實(shí)用新型目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn) 一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
圖1是本發(fā)明實(shí)施例氣體^^測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖，該裝置包括光源 組2、濾光片組3、透鏡組4、氣室7、光電^^測(cè)器9和單片機(jī)電路11。所述 光源組2提供工作光源，發(fā)出的光束依次經(jīng)濾光片組3、透鏡組4、氣室7后 聚集在光電檢測(cè)器9上，光電檢測(cè)器9輸出電信號(hào)至單片機(jī)電路11，經(jīng)單片
機(jī)電路11輸出^r測(cè)結(jié)果。其中，所述光源組2和光電檢測(cè)器9分別安裝或焊 接于PCB電路板10上，PCB電路板10與所述單片機(jī)電路11連接，或者單片機(jī) 電路11也可設(shè)置于PCB電路板10上。
所述光源組2由多個(gè)獨(dú)立的發(fā)光二極管21組成，優(yōu)選地，本實(shí)施例的發(fā) 光二極管21為4個(gè)。所述濾光片組3、透鏡組4、氣室7、光電檢測(cè)器9的軸 心處在同一軸線上，即同一光軸上。
結(jié)合圖2-1和圖2-2所示，所述濾光片組3設(shè)置在光源組2的正前方， 該濾光片組3由多片濾光片34組成，濾光片組3才艮據(jù)濾光片34的形狀尺寸 和光路要求，設(shè)計(jì)濾光片定位裝置，以方便裝卸濾光片34;優(yōu)選地，本實(shí)施 例的濾光片34為4片。所述濾光片定位裝置包括第一定位盤(pán)31、第二定位盤(pán) 32和若干螺釘33，第一定位盤(pán)31和第二定位盤(pán)32通過(guò)若干螺釘33固定連 接，所述濾光片組3的多片濾光片34夾持固定在第一定位盤(pán)31和第二定位 盤(pán)32之間。其中，所述濾光片34是窄帶干涉濾光片。
所述透鏡組4由中心處在同一光軸上的第一聚焦透鏡41、發(fā)散透鏡42和 準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡43組成，第一聚焦透鏡41設(shè)置在發(fā)散透鏡42的正前方，使兩者 的焦點(diǎn)重合，準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡43設(shè)置在發(fā)散透鏡42的后方。
為提高檢測(cè)精度，本實(shí)施例還可以包括第二聚焦透鏡44,該第二聚焦透 鏡44設(shè)置在氣室7和光電檢測(cè)器9之間，將透過(guò)氣室的光聚集在所述光電檢 測(cè)器9上。
本實(shí)施例所述第一聚焦透鏡41、第二聚焦透鏡44均選用菲涅爾透鏡，發(fā) 散透鏡42選用雙凸透鏡。優(yōu)選地，所用菲涅爾透鏡的直徑為60. OO隨，焦距 為85. OO隨；所用雙凸透鏡的直徑為20. OO隱，焦距為80. OO誦。所述準(zhǔn)直擴(kuò) 束透鏡6的擴(kuò)束倍數(shù)為2. 00，最大入射光直徑為20. OOmm,最大出射光直徑 為40. OOmm,外徑50. OO腿,長(zhǎng)度90腿。
具體來(lái)說(shuō)，第一聚焦透鏡41可將各方向的單色光聚集，再由發(fā)散透鏡42 將光平行射出，準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡43將光進(jìn)行準(zhǔn)直射出，保證單色光能直射過(guò)氣 室7,并經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡擴(kuò)束后，增大光的檢測(cè)面積，提高檢測(cè)準(zhǔn)確度及靈敏 度。
結(jié)合圖3-1和圖3-2所示，所述氣室7用于容納被檢測(cè)的氣體，其位于準(zhǔn) 直擴(kuò)束鏡43和光電檢測(cè)器9之間；當(dāng)包括第二聚焦透鏡44時(shí)，所述氣室7設(shè) 置于第二聚焦透鏡44和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡43之間。所述氣室7由空心圓管即儲(chǔ)氣管 "和第一石英玻璃片71及第二石英玻璃片74構(gòu)成，所述儲(chǔ)氣管73上設(shè)有輸 入被檢測(cè)氣體的進(jìn)氣管72和輸出被4企測(cè)氣體的出氣管75。第一石英玻璃片71 和第二石英玻璃片74通過(guò)強(qiáng)力膠固定在儲(chǔ)氣管73上，并保證密封良好。進(jìn)氣 管72和出氣管75通過(guò)強(qiáng)力膠與儲(chǔ)氣管73連接。優(yōu)選地，儲(chǔ)氣管73的外徑為50mm，內(nèi)徑為42mm,長(zhǎng)度為300mm,第一石英玻璃片71和第二石英玻璃片74 的直徑分別為46mm，厚度為l隨。
優(yōu)選地，所述光電^r測(cè)器9是紅外光4企測(cè)器PD24-20。 結(jié)合圖4所示，所述單片機(jī)電路11包括用于輸出2K Hz方波信號(hào)和數(shù)據(jù) 采集的控制單元110、根據(jù)控制單元IIO輸出的脈沖頻率驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光 的恒流驅(qū)動(dòng)電路lll、將光電檢測(cè)器9的信號(hào)放大的前置放大電路112、在前 置放大信號(hào)的基礎(chǔ)上提取與參考信號(hào)頻率(2K Hz)和相位相同的信號(hào)的鎖相 放大電路113、將光電檢測(cè)器9的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換電路114、 用于采集檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度和樣品溫度的溫度采集電路115、實(shí)現(xiàn)控制單元110與 PC通訊的串行通訊電路116以及用于驅(qū)動(dòng)LCD顯示檢測(cè)過(guò)程及結(jié)果的顯示電 路117。
優(yōu)選地，所述控制單元110可以采用單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理模塊(Digital Signal Processing，DSP ).
以檢測(cè)一氧化碳(CO )為例，根據(jù)CO氣體對(duì)1570nm和2300nm兩個(gè)波段 有吸收峰的特點(diǎn)，本實(shí)施例優(yōu)先地采用1570nm、 2300nm作為CO的檢測(cè)波長(zhǎng)， 1680nm作為參考波長(zhǎng)；1940nm作為H20的檢測(cè)波長(zhǎng)，用于對(duì)CO檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行 修正。4個(gè)發(fā)光二極管21的中心波長(zhǎng)分別為1580nm， 1680rnn， 1980線2280線 帶寬為50—100nm之間，額定工作電流200mA,脈沖調(diào)制最大電流2A。 4片濾 光片34的中心波長(zhǎng)為1570nm， 1680nm， 1940nm， 2300nm，帶寬20nm,封裝 直徑15mm，厚度6mm，光透過(guò)率63—85°/。之間。
具體使用時(shí)，上述4個(gè)發(fā)光二極管21分時(shí)工作不會(huì)互相干擾，通過(guò)控制 單元110輸出2KHz的脈沖信號(hào)給恒流驅(qū)動(dòng)電路111使發(fā)光二極管21發(fā)光。 發(fā)光二極管21發(fā)出的紅外光經(jīng)濾光片34輸出所需單色光。第一聚焦透鏡41 將各個(gè)方位的紅外光聚焦在發(fā)散透鏡42的焦點(diǎn)距離位置上，紅外光束經(jīng)發(fā)散 透鏡42發(fā)散后再由準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡43準(zhǔn)直擴(kuò)大，以此保證紅外光直射過(guò)氣室7 和增大檢測(cè)面積。紅外光通過(guò)氣室7后有一部分能量被氣體吸收，剩余的光 能由第二聚焦透鏡44聚集在光電檢測(cè)器9上。光電檢測(cè)器9輸出相應(yīng)的電信 號(hào)，經(jīng)前置放大電路112對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大，由鎖相放大電路113提取與 參考信號(hào)頻率(2KHz)和相位相同的信號(hào)，鎖相放大電路113的參考頻率直 接由單片機(jī)11G的I/O 口獲得；而A/D轉(zhuǎn)換電路114將放大后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)輸入控制單元110。在每次采集光照信號(hào)前都先采集光電檢測(cè)器9本 身的漂移信號(hào)，將紅外光信號(hào)減去光照前的漂移信號(hào)得出純光照信號(hào)，以此 來(lái)提高檢測(cè)精度，并且能減小環(huán)境變化對(duì)檢測(cè)器的影響。每個(gè)單色光語(yǔ)重復(fù) 采集數(shù)據(jù)5次并取平均值。每次采集光照信號(hào)后都通過(guò)溫度采集電路115來(lái) 采集環(huán)境溫度和氣室中的樣品溫度，所迷溫度傳感器使用DS18B20數(shù)字溫度
傳感器。如此重復(fù)地將四個(gè)波長(zhǎng)的單色光吸收特性檢測(cè)完畢，并由控制單元
110將結(jié)果輸出給LCD顯示電路117顯示。也可將采集到的各種信號(hào)通過(guò)串行 通訊電路116傳送給PC機(jī)存儲(chǔ)記錄。
以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專(zhuān) 利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程 變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型 的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，包括提供工作光源的光源組，對(duì)工作光源進(jìn)行濾光的濾光片組，將經(jīng)濾光后的光源進(jìn)行聚焦并準(zhǔn)直擴(kuò)大的透鏡組，用于容納被檢測(cè)氣體的氣室，和用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)氣室的光源并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電檢測(cè)器，以及對(duì)光電檢測(cè)器所輸出的電信號(hào)進(jìn)行處理和輸出的單片機(jī)電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述濾光片組、透鏡組、 氣室和光電檢測(cè)器的軸心在同一軸線上。
3. 如權(quán)利要求2所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述透鏡組由中心處于 同一軸線的第一聚焦透鏡、發(fā)散透鏡和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡組成，所述第一聚焦透 鏡設(shè)置在發(fā)散透鏡的正前方，使兩者的焦點(diǎn)重合，準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡設(shè)置在發(fā)散 透鏡后方。
4. 如權(quán)利要求3所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一聚焦透鏡是菲 涅爾透鏡，所述發(fā)散透鏡選用雙凸透鏡。
5. 如權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，還包 括設(shè)置在氣室和光電檢測(cè)器之間的第二聚焦透鏡，將透過(guò)氣室的光聚集在 所述光電檢測(cè)器上。
6. 如權(quán)利要求5所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第二聚焦透鏡是菲 涅爾透鏡。
7. 如權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述 單片機(jī)電路包括控制單元、恒流驅(qū)動(dòng)電路、前置放大電路、鎖相放大電路 和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述恒流驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制單元輸出的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)光 源組發(fā)光，所述前置放大電路將光電檢測(cè)器的信號(hào)放大后輸入鎖相放大電 路，所述鎖相放大電路提取與控制單元參考信號(hào)的頻率和相位相同的信號(hào) 進(jìn)行放大后輸入，所述A/D轉(zhuǎn)換電路接收鎖相放大電路的輸出信號(hào)，并轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)輸入控制單元。
8. 如權(quán)利要求7所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述單片機(jī)電路還包括 用于采集檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度和樣品溫度的溫度采集電路，實(shí)現(xiàn)控制單元與PC通訊 的串行通訊電路，以及用于驅(qū)動(dòng)LCD顯示檢測(cè)過(guò)程及結(jié)果的顯示電路。
9. 如權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述 氣室由一儲(chǔ)氣管和第一石英玻璃片和第二石英玻璃片構(gòu)成，所述儲(chǔ)氣管上 設(shè)有進(jìn)氣管和出氣管。
10. 如權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述 濾光片組由多片濾光片組成，所述濾光片是窄帶干涉濾光片。
11.如權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述 光源組由多個(gè)發(fā)光二極管組成；所述光電檢測(cè)器是紅外光檢測(cè)器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供的氣體檢測(cè)裝置，包括提供工作光源的光源組，對(duì)工作光源進(jìn)行濾光的濾光片組，將經(jīng)濾光后的光源進(jìn)行聚焦并準(zhǔn)直擴(kuò)大的透鏡組，用于容納被檢測(cè)氣體的氣室，和用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)氣室的光源并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電檢測(cè)器，以及對(duì)光電檢測(cè)器所輸出的電信號(hào)進(jìn)行處理和輸出的單片機(jī)電路。本實(shí)用新型的氣體檢測(cè)裝置，通過(guò)聚焦透鏡、發(fā)散透鏡和準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡的組合，可將多方位的光線聚集到同一光軸上，并能平行射出；且保證單色光能直射通過(guò)氣室，擴(kuò)束后能增大檢測(cè)面積，保證所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性，并提高檢測(cè)靈敏度，具有更廣泛的實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01N21/17GK201177598SQ20072018348
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者清 宮, 航 曲, 智 潘, 范文華, 陳大軍 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司