專利名稱：一種隧道用一氧化碳探測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體檢測(cè)儀器，特別是關(guān)于一種隧道用一氧化碳探測(cè)儀。
背景技術(shù)：
隧道是一種特殊的管狀構(gòu)造物，洞內(nèi)會(huì)存在大量的煙、粉塵以及汽車排放的 尾氣，這些氣體若不及時(shí)合理的排出，將直接影響到隧道內(nèi)空氣質(zhì)量及能見度， 尤其是汽車排放的尾氣中一氧化碳濃度達(dá)到一定比例后，將給駕駛員帶來嚴(yán)重的
健康危害。隧道內(nèi)意外發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)釋放大量的一氧化碳?xì)怏w， 一般可以通過 一氧化碳檢測(cè)儀檢測(cè)出一氧化碳的濃度，第一時(shí)間預(yù)報(bào)火情，以采取相應(yīng)的應(yīng)急 措施，避免火災(zāi)的發(fā)生?？梢姍z測(cè)一氧化碳濃度對(duì)火災(zāi)的預(yù)報(bào)和駕駛員的行車安 全至關(guān)重要。
目前，檢測(cè)隧道內(nèi)一氧化碳濃度的儀器一般采用開放式的氣室，其只能對(duì)自 由擴(kuò)散到該儀器內(nèi)的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，從而導(dǎo)致儀器檢測(cè)速度慢，無法及 時(shí)預(yù)報(bào)火災(zāi)災(zāi)情。特別是距離檢測(cè)儀比較遠(yuǎn)的一氧化碳?xì)怏w有些往往檢測(cè)不到， 從而影響了氣體濃度值測(cè)量的準(zhǔn)確性。另外，傳統(tǒng)的一氧化碳檢測(cè)儀包括發(fā)射和 接收兩部分，二者相隔數(shù)米，平行設(shè)置在隧道的一側(cè)，不但占地面積較大，而且 給檢測(cè)儀的安裝調(diào)試和維修帶來不便?，F(xiàn)有國(guó)內(nèi)使用的隧道用一氧化碳檢測(cè)儀一 般是采用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格比較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量精度高，整體封閉式，可以在 隧道內(nèi)任意位置進(jìn)行主動(dòng)、多路采樣測(cè)量的隧道用一氧化碳探測(cè)儀。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種隧道用一氧化碳探測(cè)儀，其特征在于 包括設(shè)置在一機(jī)箱內(nèi)的多個(gè)采樣氣嘴和與其對(duì)應(yīng)連接的多個(gè)電磁閥；各所述電 磁閥并聯(lián)連接在一光學(xué)檢測(cè)單元的進(jìn)氣端， 一抽氣泵連接在所述光學(xué)檢測(cè)單元的 出氣端；所述光學(xué)檢測(cè)單元電連接有一信號(hào)處理單元；所述抽氣泵和各所述電磁 閥電連接有一控制單元；所述光學(xué)檢測(cè)單元、信號(hào)處理單元和控制單元電連接有 一電源；其中，所述光學(xué)檢測(cè)單元包括一光源，依次設(shè)置在所述光源光路上的一 切光器、 一氣體相關(guān)輪、 一濾光片、 一多次反射氣室和一探測(cè)器；所述信號(hào)處理 單元包括兩電路，其中一所述電路包括串接的一前置放大器、 一主放大器、一 AGC控制單元、 一峰值檢波器、 一采樣保持器、 一減法器及校正網(wǎng)絡(luò)、 一數(shù)據(jù)處理單 元和一通訊單元；另一所述電路為一脈沖放大器和一邏輯電路連接后，并聯(lián)在所 述峰值檢波器上；所述數(shù)據(jù)處理單元包括一單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)預(yù)置有一計(jì)算一 氧化碳?xì)怏w濃度的程序模塊。
所述計(jì)算一氧化碳?xì)怏w濃度的程序模塊中預(yù)置有一氧化碳的紅外線吸收系數(shù) K和所述多次反射氣室內(nèi)置的反射光程L和一計(jì)算一氧化碳濃度的公式
所述信號(hào)處理單元中的前置放大器和脈沖放大器分別連接有所述光學(xué)檢測(cè)單 元中的探測(cè)器。
所述電磁閥連接所述多次反射氣室上的入口，所述抽氣泵連接所述多次反射 氣室上的出口。
所述探測(cè)器位于所述多次反射氣室內(nèi)最后一拋物面反射鏡的焦點(diǎn)處。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于本發(fā)明可以將多條采樣管道設(shè)置在隧道內(nèi)的不
同位置，并將內(nèi)置抽氣泵與多條采樣管道相連接，因此不僅可以主動(dòng)地采集到隧 道內(nèi)不同位置的氣體，還可以對(duì)采集到的氣體中一氧化碳?xì)怏w濃度進(jìn)行測(cè)量，然 后綜合分析，得到更為準(zhǔn)確的一氧化碳?xì)怏w濃度。2、由于本發(fā)明中一氧化碳探測(cè)
儀的各組成部分均安裝在同一封閉式的機(jī)箱內(nèi)，機(jī)箱密封性可以達(dá)到IP65防護(hù)等 級(jí)，因此采用本發(fā)明不僅可以在惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行，而且便于安裝調(diào) 試和維修。3、本發(fā)明由于采用了多次反射氣室，大大減小了氣室的體積，從而有 效地縮小了一氧化碳探測(cè)儀的體積。4、由于本發(fā)明中各組成部件大部分可以釆用 本領(lǐng)域的常用器件，因此可以降低成本。本發(fā)明具有高度的智能化和靈活性，體 積小，測(cè)量精準(zhǔn)性高，可以廣泛應(yīng)用在各種隧道對(duì)一氧化碳?xì)怏w濃度的檢測(cè)中。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本發(fā)明的信號(hào)處連單元的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括一個(gè)封閉式機(jī)箱l，機(jī)箱1上設(shè)置有四個(gè)采樣氣嘴2 (僅以此為例，但不限于此)，以與外界采樣管道3連接。每個(gè)采樣氣嘴2連接一 個(gè)電磁閥4，四個(gè)電磁閥4并聯(lián)連接在一光學(xué)檢測(cè)單元6的進(jìn)氣端， 一抽氣泵5連接在光學(xué)檢測(cè)單元6的出氣端，且光學(xué)檢測(cè)單元6與一信號(hào)處理單元7電連接。
各電磁閥4和抽氣泵5分別與一控制單元8電連接，從而實(shí)現(xiàn)控制單元8對(duì)各電 磁閥4和抽氣泵5的開關(guān)控制，控制單元8可以采用單片機(jī)，也可以采用其它控 制設(shè)備。 一電源9分別為光學(xué)檢測(cè)單元6、信號(hào)處理單元7和控制單元8供電。
如圖2所示，本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)單元6包括一光源61，光源61的光路上依次 設(shè)置有一不停轉(zhuǎn)動(dòng)的切光器62、 一氣體相關(guān)輪63、 一濾光片64、 一多次反射氣室 65和一探測(cè)器66。其中光源61可以采用一紅外激光器，也可以采用其它形式的 裝置，切光器62為現(xiàn)有技術(shù)的各種切光器。氣體相關(guān)輪63為已有技術(shù)中的具有 兩個(gè)密封濾波室的相關(guān)輪，其中一個(gè)濾波室作為參比室，其內(nèi)部充有高濃度一氧 化碳?xì)怏w，另一個(gè)濾波室作為分析室，其內(nèi)部充有高純度的氮?dú)?。氣體相關(guān)輪63 是利用精細(xì)光譜理論提高選擇性，使其它背景氣體對(duì)一氧化碳不產(chǎn)生干擾吸收。 濾光片64僅允許透過能夠被一氧化碳吸收的那部分波長(zhǎng)的光。多次反射氣室65 為一現(xiàn)有技術(shù)的裝置，其內(nèi)具有多個(gè)拋物面反射鏡(圖中未示出)，光程為L(zhǎng);多 次反射氣室65上部具有一入口 651和一出口 652，入口651連接電磁閥4，出口 652連接抽氣泵5，且出口 652作為排出被測(cè)氣體的通道。探測(cè)器66位于多次反 射氣室65內(nèi)最后一拋物面反射鏡的焦點(diǎn)處，其可以采用一半導(dǎo)體紅外探測(cè)器，也 可以采用與光源61對(duì)應(yīng)的其它裝置，探測(cè)器66用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
本發(fā)明光學(xué)檢測(cè)單元6操作時(shí)，光源61發(fā)出的紅外激光(僅以此為例進(jìn)行說 明)通過參比室中的一氧化碳?xì)怏w時(shí)，紅外激光中的能夠被一氧化碳?xì)怏w吸收的 波長(zhǎng)的光會(huì)被吸收掉；但是紅外激光通過分析室中的氮?dú)鈺r(shí)，紅外激光是完全不 被吸收的。當(dāng)通過抽氣泵5進(jìn)入多次反射氣室65的氣體中沒有一氧化碳?xì)怏w時(shí)， 探測(cè)器66接收的通過分析室和參比室的光信號(hào)，即分析和參比光信號(hào)的強(qiáng)度是不 變化的；而當(dāng)多次反射氣室65的氣體中有一氧化碳?xì)怏w時(shí)，參比光信號(hào)的強(qiáng)度仍 然保持不變，而分析光信號(hào)強(qiáng)度將會(huì)發(fā)生變化。
如圖3所示，本發(fā)明的信號(hào)處理單元7，其包括兩路，其中一路為依次連接的 一前置放大器71， 一主放大器72、 一AGC控制單元73、 一用于檢測(cè)信號(hào)的波形 峰值的峰值檢波器74、 一用于保持信號(hào)的波形峰值的采樣保持器75、 一減法器及 線性化校正網(wǎng)絡(luò)76、 一數(shù)據(jù)處理單元77和一為通訊接口的通訊單元78。 AGC控 制單元73在本實(shí)施例中由一型號(hào)為P873-25的線性光電耦合器和一型號(hào)為TL062 的雙運(yùn)算放大器組成。其中另一路為一脈沖放大器79連接一邏輯電路710后，并 聯(lián)在在峰值檢波器74上。前置放大器71、主放大器72、峰值檢波器74、采樣保 持器75、減法器及線性化校正網(wǎng)絡(luò)76、脈沖放大器79和邏輯電路710為本領(lǐng)域常用設(shè)備和電路，在此不再詳述。信號(hào)處理單元7還包括一用于給信號(hào)處理單元7
中各單元提供穩(wěn)定電壓的逆變電源711。其中數(shù)據(jù)處理單元77由一單片機(jī)及外圍 輔助電路組成，該單片機(jī)內(nèi)預(yù)置有一計(jì)算一氧化碳?xì)怏w濃度的程序模塊，該模塊 內(nèi)存儲(chǔ)了一氧化碳的紅外線吸收系數(shù)K和多次反射氣室65內(nèi)置的反射光程L，及
一氧化碳濃度計(jì)算公式
<formula>formula see original document page 6</formula>
上述實(shí)施例中，通訊單元78通過數(shù)據(jù)線連接到公路管理部的中央控制室中的 一顯示單元IO，比如型號(hào)為L(zhǎng)CM12864ZK的LCD顯示屏，其將測(cè)得的一氧化碳 濃度值顯示出來。通過通訊單元78還可以連接一無線發(fā)射裝置(圖中未示出)， 將檢測(cè)到一氧化碳濃度信息發(fā)射至公路管理部的中央控制室。
本發(fā)明操作時(shí)，首先，將四條采樣管道3 (僅以此為例，但不限于此)的采氣 口設(shè)置在隧道內(nèi)的不同位置，并將每條采樣管道3的另一端連接機(jī)箱1上的四個(gè) 采樣氣嘴2。然后，控制單元8開啟任一電磁閥4和抽氣泵5，被測(cè)氣體通過相應(yīng) 的采樣管道3依次進(jìn)入采樣氣嘴3、電磁閥4和光學(xué)檢測(cè)單元6中的多次反射氣室 65。在光學(xué)檢測(cè)單元6中，光源61發(fā)出的紅外激光依次經(jīng)過切光器62、氣體相關(guān) 輪63、濾光片64，然后進(jìn)入充滿被測(cè)氣體的多次反射氣室65，匯聚到探測(cè)器66 上。切光器62在轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期的過程中，分析室和參比室交替進(jìn)入光路，探測(cè)器 66按不同時(shí)間順序接收到分析和參比光信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為分析和參比電信號(hào)后，依 次輸送至前置放大器71、主放大器72、 AGC控制單元17、峰值檢波器74和采樣 保持器75;在此周期內(nèi)，不通過氣體相關(guān)輪63上的分析室和參比室的紅外激光， 通過多次反射氣室65后，被探測(cè)器66接收，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，即同步電信號(hào)， 依次輸送給脈沖放大器79、邏輯電路710、峰值檢波器74和采樣保持器75。
設(shè)光源61發(fā)出的紅外激光光強(qiáng)為Io，則對(duì)應(yīng)的參比電信號(hào)強(qiáng)度不變，仍為Io; 分析電信號(hào)強(qiáng)度為I'，且Io大于I'。峰值檢波器74將分析和參比電信號(hào)波形的峰 值I'、 Io檢測(cè)出來，輸送給采樣保持器75，采樣保持器75利用光學(xué)檢測(cè)單元6中 輸出的同步信號(hào)，使峰值檢測(cè)器n檢測(cè)出的分析和參比電信號(hào)波形的峰值r、 Io 保持不變，并輸送給減法器及線性化校正網(wǎng)絡(luò)20和數(shù)據(jù)處理單元77。數(shù)據(jù)處理單 元77的單片機(jī)根據(jù)以上輸送的分析和參比電信號(hào)I'、 Io的大小，及存儲(chǔ)在計(jì)算一 氧化碳?xì)怏w濃度的程序模塊中的一氧化碳的紅外線吸收系數(shù)K和多次反射氣室65 的反射光程L，計(jì)算一氧化碳?xì)怏w濃度的程序模塊可以利用預(yù)置在其內(nèi)的以下公 式對(duì)一氧化碳的濃度進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算式如下<formula>formula see original document page 7</formula>
上式計(jì)算出的結(jié)果通過顯示單元10顯示出來。 .上述各實(shí)例中，機(jī)箱1的密封性可以達(dá)到IP65防護(hù)等級(jí)。
上述各實(shí)施例中，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、及其連接都是可以有所變化的， 在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，不應(yīng)排除在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1、一種隧道用一氧化碳探測(cè)儀，其特征在于包括設(shè)置在一機(jī)箱內(nèi)的多個(gè)采樣氣嘴和與其對(duì)應(yīng)連接的多個(gè)電磁閥；各所述電磁閥并聯(lián)連接在一光學(xué)檢測(cè)單元的進(jìn)氣端，一抽氣泵連接在所述光學(xué)檢測(cè)單元的出氣端；所述光學(xué)檢測(cè)單元電連接有一信號(hào)處理單元；所述抽氣泵和各所述電磁閥電連接有一控制單元；所述光學(xué)檢測(cè)單元、信號(hào)處理單元和控制單元電連接有一電源；其中，所述光學(xué)檢測(cè)單元包括一光源，依次設(shè)置在所述光源光路上的一切光器、一氣體相關(guān)輪、一濾光片、一多次反射氣室和一探測(cè)器；所述信號(hào)處理單元包括兩電路，其中一所述電路包括串接的一前置放大器、一主放大器、一AGC控制單元、一峰值檢波器、一采樣保持器、一減法器及校正網(wǎng)絡(luò)、一數(shù)據(jù)處理單元和一通訊單元；另一所述電路為一脈沖放大器和一邏輯電路連接后，并聯(lián)在所述峰值檢波器上；所述數(shù)據(jù)處理單元包括一單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)預(yù)置有一計(jì)算一氧化碳?xì)怏w濃度的程序模塊。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種隧道用CO探測(cè)儀，其特征在于所述計(jì)算一氧 化碳?xì)怏w濃度的程序模塊中預(yù)置有一氧化碳的紅外線吸收系數(shù)K和所述多次反射 氣室內(nèi)置的反射光程L和一計(jì)算一氧化碳濃度的公式虹 。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種隧道用CO探測(cè)儀，其特征在于所述信號(hào)處理 單元中的前置放大器和脈沖放大器分別連接有所述光學(xué)檢測(cè)單元中的探測(cè)器。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種隧道用CO探測(cè)儀，其特征在于所述信號(hào)處理單元中的前置放大器和脈沖放大器分別連接有所述光學(xué)檢測(cè)單元中的探測(cè)器。
5、 如權(quán)利要求l或2或3或4所述的一種隧道用CO探測(cè)儀，其特征在于 所述電磁閥連接所述多次反射氣室上的入口，所述抽氣泵連接所述多次反射氣室 上的出口。
6、 如權(quán)利要求l或2或3或4所述的一種隧道用CO探測(cè)儀，其特征在于 所述探測(cè)器位于所述多次反射氣室內(nèi)最后一拋物面反射鏡的焦點(diǎn)處。
7、 如權(quán)利要求6所述的一種隧道用CO探測(cè)儀，其特征在于所述探測(cè)器位 于所述多次反射氣室內(nèi)最后一拋物面反射鏡的焦點(diǎn)處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隧道用一氧化碳探測(cè)儀，它包括設(shè)置在一機(jī)箱內(nèi)的多個(gè)采樣氣嘴和與其對(duì)應(yīng)連接的多個(gè)電磁閥；各電磁閥并聯(lián)連接在一光學(xué)檢測(cè)單元的進(jìn)氣端，一抽氣泵連接在光學(xué)檢測(cè)單元的出氣端；光學(xué)檢測(cè)單元電連接有一信號(hào)處理單元；抽氣泵和各電磁閥電連接有一控制單元；光學(xué)檢測(cè)單元、信號(hào)處理單元和控制單元電連接有一電源；信號(hào)處理單元包括串接的一前置放大器、一主放大器、一AGC控制單元、一峰值檢波器、一采樣保持器、一減法器及校正網(wǎng)絡(luò)、一數(shù)據(jù)處理單元和一通訊單元；一脈沖放大器和一邏輯電路連接后，并聯(lián)在峰值檢波器上。本發(fā)明測(cè)量精度高，體積小，可以廣泛應(yīng)用在各種隧道對(duì)一氧化碳?xì)怏w濃度的檢測(cè)中。
文檔編號(hào)G01N21/31GK101446553SQ20081023912
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者唐青云, 石莉雯 申請(qǐng)人:北京市華云分析儀器研究所有限公司