專(zhuān)利名稱(chēng)：一種非分光型氣體分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非分光型氣體分析儀，屬于光電及微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。
技術(shù)背景 在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)財(cái)產(chǎn)與人的健康、生命造成危害的因素大體上可以分為物理、化學(xué)與生物三方面。其中化學(xué)因素的影響危害性最大。而有毒有害氣體又是化學(xué)因素中最普遍、最常見(jiàn)的部分。根據(jù)危害可將有毒有害氣體分為可燃?xì)怏w與有毒氣體兩大類(lèi)。有毒氣體又根據(jù)他們對(duì)人體不同的作用機(jī)理分為刺激性氣體、窒息性氣體和急性中毒的有機(jī)氣體三大類(lèi)。對(duì)以上有毒有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)的、定量的濃度進(jìn)行分析檢測(cè)的設(shè)備及儀器稱(chēng)之為氣體分析儀。有毒有害氣體分析儀器從原理可以分為三大類(lèi)I、利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器如半導(dǎo)體、催化燃燒、固體導(dǎo)熱、光離子化等。2、利用物理性質(zhì)的氣體傳感器如熱導(dǎo)、光干涉、光譜吸收等。3、利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器電流型、電勢(shì)型等。對(duì)于常見(jiàn)的可燃?xì)釲EL的檢測(cè)，現(xiàn)在一般用催化燃燒檢測(cè)器。它的原理如下傳感器的核心為一惠通斯電橋，其中一橋臂上有催化劑，當(dāng)電橋與可燃?xì)怏w接觸時(shí)，可燃?xì)怏w在有催化劑的電橋上燃燒，該橋臂的電阻發(fā)生變化，其余橋臂的電阻不變化，從而引起整個(gè)電路的輸出發(fā)生變化，而該變化與可燃?xì)怏w的濃度成比例，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃?xì)怏w的檢測(cè)。從以上原理可知，通過(guò)該方法檢測(cè)可燃?xì)?，它以催化燃燒為基礎(chǔ)，所以它的分辨率較低。因此對(duì)于有機(jī)氣體毒性的檢測(cè)不能采用該檢測(cè)方法。對(duì)于有機(jī)揮發(fā)性氣體毒性的檢測(cè)，以前一般采用檢測(cè)管的方法，但由于檢測(cè)管的種類(lèi)有限，且精度不高，操作麻煩，所以實(shí)際的應(yīng)用受到影響。目前世界上比較先進(jìn)的檢測(cè)方法為光離子化檢測(cè)方法，它的原理為通過(guò)一紫外燈將目標(biāo)氣體電離，離子通過(guò)一傳感器收集形成電流，該電流與目標(biāo)氣體的濃度成正比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)揮發(fā)性氣體的定量檢測(cè)，由于是離子級(jí)別的檢測(cè)，所以該方法的分辨率高、響應(yīng)時(shí)間快。從原理上可以知道，凡能被電離的有機(jī)物就能被儀器進(jìn)行檢測(cè)，而不能被電離的物質(zhì)就不能被檢測(cè)。由于大多數(shù)常見(jiàn)的無(wú)機(jī)氣體的IE都很高，所以不會(huì)對(duì)檢測(cè)進(jìn)行干擾。而大多數(shù)的有機(jī)氣體都能被電離，所以該檢測(cè)器對(duì)有機(jī)揮發(fā)性氣體來(lái)說(shuō)，為寬帶檢測(cè)器，精度高、檢測(cè)范圍寬、響應(yīng)時(shí)間短、易操作等特性決定了該儀器特別適于安全與工業(yè)衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)于常見(jiàn)有毒氣體的檢測(cè)，特別是無(wú)機(jī)毒氣，一般采用專(zhuān)用的傳感器進(jìn)行檢測(cè)。既定性又定量進(jìn)行檢測(cè)。該類(lèi)傳感器大多為電化學(xué)傳感器及基于光譜法的氣體傳感器，稱(chēng)為光譜氣體傳感器。電化學(xué)傳感器一般為三電極的形式。其中目標(biāo)氣體在工作電極上發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的電流通過(guò)對(duì)電極構(gòu)成回路，參比電極為工作電極提供合適的偏值。傳感器通過(guò)參比電極與工作電極的催化劑實(shí)現(xiàn)選擇性反應(yīng)，即定性反應(yīng)?；芈樊a(chǎn)生的電流與氣體的濃度成正比，實(shí)現(xiàn)定量反應(yīng)。電化學(xué)傳感器性能比較穩(wěn)定、壽命較長(zhǎng)、耗電很小、分辨率較高。它的溫度適應(yīng)性也比較寬。然而，它的缺點(diǎn)是I、測(cè)量精度受溫度變化的影響比較大，有時(shí)很難進(jìn)行溫度補(bǔ)償處理。2、干擾問(wèn)題由于一種傳感器會(huì)對(duì)多種氣體同時(shí)響應(yīng)，用戶無(wú)法認(rèn)定是那種氣體引起讀數(shù)，也就是，用戶無(wú)法確定那種危險(xiǎn)存在，這也是很麻煩的事情。3、使用壽命問(wèn)題電化學(xué)傳感器的壽命取決于其中電解液的干涸，將其密封放在 較低溫度的環(huán)境中可以延長(zhǎng)一定的使用壽命。光譜氣體傳感器的基本原理是物質(zhì)的紅外光譜，是其分子結(jié)構(gòu)的反映，光譜圖中的吸收峰，與分子中各基團(tuán)的振動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)。多原子分子的光譜與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系，一般是通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段得到的。這就是通過(guò)比較大量已知化合物的光譜，從中總結(jié)出各種基團(tuán)的吸收規(guī)律來(lái)。實(shí)驗(yàn)表明，組成分子的各種基團(tuán)，如0-H、N-H、C-H、C = C、C ^ C、C = 0等，都有自己特定的光譜吸收區(qū)域，分子其它部分對(duì)其吸收位置影響較小。通常把這種能代表基團(tuán)存在、并有較高強(qiáng)度的吸收譜帶稱(chēng)為基團(tuán)頻率，其所在的位置一般又稱(chēng)為特征吸收峰。絕大多數(shù)有毒有害氣體都有其特征吸收峰。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)有毒有害氣體都有其特征吸收峰。有毒有害氣體對(duì)其特征譜段光譜能量的吸收在低濃度范圍內(nèi)遵循比爾-朗伯定律P=P0Exp (-kcl)其中Pci為光源所產(chǎn)生的能量，P為光源所產(chǎn)生的能量通過(guò)存在有毒有害氣體的環(huán)境后所剩余的能量，k為有毒有害氣體的光譜吸收系數(shù)，I為光源距光譜探測(cè)器的距離，c為有毒有害氣體的濃度。根據(jù)比爾-朗伯定律，在實(shí)際中就能檢測(cè)出有毒有害氣體的濃度。以光譜法為基礎(chǔ)的有毒有害氣體分析儀相對(duì)于電化學(xué)傳感器原理的氣體分析儀來(lái)講具有如下優(yōu)點(diǎn)I、讀數(shù)溫度變化的影響比較小，不需要或極易進(jìn)行溫度補(bǔ)償處理。2、干擾問(wèn)題氣體對(duì)光譜能量的吸收具有特征譜段，是指紋譜，其它氣體對(duì)其測(cè)量沒(méi)有干擾。3、使用壽命問(wèn)題系統(tǒng)無(wú)易損耗件，壽命長(zhǎng)?；诠庾V法的氣體分析儀儀器有三種類(lèi)型①光柵分光型分光光度計(jì)，主要用于定性分析；②傅里葉變換光譜儀，適宜進(jìn)行定性和定量分析測(cè)定；③非分光型光度計(jì)，用來(lái)定量測(cè)定大氣中各種有機(jī)物質(zhì)。在20世紀(jì)80年代以前，廣泛應(yīng)用光柵分光型分光光度計(jì)。隨著傅里葉變換技術(shù)引入光譜儀，使其具有分析速度快、分辨率高、靈敏度高以及很好的波長(zhǎng)精度等優(yōu)點(diǎn)。但因它的價(jià)格、儀器的體積及常常需要進(jìn)行機(jī)械調(diào)節(jié)等問(wèn)題而在應(yīng)用上受到一定程度的限制。近年來(lái)，因傅里葉變換光譜儀器體積的減小，操作穩(wěn)定、易行，一臺(tái)簡(jiǎn)易傅里葉光譜儀的價(jià)格與一般分光型的光譜儀相當(dāng)。由于上述種種原因，目前傅里葉光譜儀已在很大程度上取代了分光型。然而，無(wú)論是光柵分光型分光光度計(jì)，還是傅里葉變換光譜儀，除了價(jià)格高外，還有體積大及高重量的特點(diǎn)，只適合在實(shí)驗(yàn)室使用。而非分光型光度計(jì)則由于采用了窄帶帶通濾光片技術(shù)取代了分光型復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，所以在體積及重量上可以大幅度下降，儀器向微小型轉(zhuǎn)變，達(dá)到便攜式的水平，可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，在有毒有害氣體的在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域就有較廣闊的應(yīng)用前景。便攜式的氣體分析儀主要配套應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、智能建筑、分析儀器等行業(yè)用于氣體濃度的高精度測(cè)，如配套應(yīng)用于污染物監(jiān)測(cè)、汽車(chē)尾氣分析、瓦斯及可燃?xì)鈾z測(cè)、煤氣成分分析、醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備、空氣品質(zhì)分析、元素分析儀器等領(lǐng)域。基于非分光型(non-difractive)光譜法的氣體分析儀在上個(gè)世紀(jì)九十年代國(guó)內(nèi)就有人研究，但主要存在檢測(cè)靈敏度較低及無(wú)法在特殊的惡劣環(huán)境條件下使用的問(wèn)題。其原因主要是目前國(guó)內(nèi)非分光型光譜法氣體分析儀的氣室結(jié)構(gòu)主要采取復(fù)雜的橢球結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即將氣室內(nèi)壁形狀加工成橢球形狀，再鍍一層反射率極高的光學(xué)反射薄膜(一般是金或銀薄膜)，其優(yōu)點(diǎn)首先是由于光子能量在氣室內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)得到了多次的反射或折射的增強(qiáng)，所以接收端的能量輸入相對(duì)增加，從光學(xué)的角度講就是光程得到了相對(duì)的增加。無(wú)論是接收端的能量輸入相對(duì)增加，或是光程得到了相對(duì)的增加，其最終結(jié)果就是系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度提高；其次，橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)是發(fā)射端及接收端可以并列放置在同一側(cè)，這將大大降低氣室的體積。氣室內(nèi)壁橢球形狀設(shè)計(jì)有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，但其在加工和使用方面存在如下問(wèn)題首先是橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)的加工難度的問(wèn)題橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)的加工(橢球形狀的形成及表面光潔度的保證)是很難的，尤其是在批量生產(chǎn)階段；而且氣室內(nèi)壁橢球形狀表面的光學(xué)反射薄膜(一般是金或銀薄膜)的鍍膜技術(shù)亦是難點(diǎn)，因?yàn)闄E球形狀氣室結(jié)構(gòu)的 表面的鍍膜均勻性是很難保證的。其次是橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗惡劣環(huán)境影響的能力較差的問(wèn)題。由于橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁具有相當(dāng)高的表面光潔度及光學(xué)反射率，這就要求進(jìn)入該氣室的待測(cè)氣體必須是潔凈的，任何灰塵、顆粒的存在都將嚴(yán)重影響光子的反射從而影響系統(tǒng)的檢測(cè)精度；任何少量的水汽及其它腐蝕性氣體的存在都將對(duì)內(nèi)壁的金屬薄膜的反射效率產(chǎn)生影響從而影響系統(tǒng)的檢測(cè)精度。因此，采用橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的便攜式的非分光氣體分析儀不適宜在高粉塵及高潮濕或其它惡劣環(huán)境小使用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有的非分光氣體分析儀由于采用橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所帶來(lái)的批量生產(chǎn)工藝難度較大及抗惡劣環(huán)境影響的能力較差的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種非分光型氣體分析儀，該實(shí)用新型總體采用模塊化設(shè)計(jì)，其氣室結(jié)構(gòu)采用普通的直氣室結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝難度較小而且抗惡劣環(huán)境影響的能力較強(qiáng)，能夠避免并解決采用橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所帶來(lái)的批量生產(chǎn)工藝難度較大及抗惡劣環(huán)境影響的能力較差的技術(shù)問(wèn)題。一種非分光型氣體分析儀，由整機(jī)和遙控器組成，整機(jī)包括進(jìn)氣接口、氣室、出氣接口、主控板、聲光報(bào)警器、LCD顯示屏、氣體濃度輸出接口 ；其中，氣室由發(fā)射端、氣腔殼及接收端組成；各組件的連接關(guān)系如下發(fā)射端與氣腔殼的一端相連，接收端與氣腔殼的另一端相連；其中，氣腔殼為中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，采用金屬鋁材料加工而成；進(jìn)氣接口和出氣接口通過(guò)氣管分別與進(jìn)氣孔和出氣孔連接，進(jìn)氣孔和出氣孔分別設(shè)置在氣室的氣腔殼側(cè)壁上，進(jìn)氣孔靠近發(fā)射端一側(cè)，出氣孔靠近接收端一側(cè)；主控板通過(guò)電纜分別與氣室的發(fā)射端和接收端相連，聲光報(bào)警器、LCD顯示屏、氣體濃度輸出接口分別與主控板相連。各個(gè)組件的功能描述如下氣室負(fù)責(zé)能量輻射、傳輸、接收，并將待測(cè)氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)化為可處理的電信號(hào);[0031]外殼起機(jī)械支撐及固定作用；主控板對(duì)各組成組件供電；向氣室組件的紅外光源供電，提供一定頻率的交變控制信號(hào)以對(duì)輻射能量進(jìn)行調(diào)制；實(shí)時(shí)采集二元光譜探測(cè)器兩個(gè)通道的電壓信號(hào)值，并同時(shí)按經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算氣體濃度；按控制軟件設(shè)置要求提供濃度顯示及報(bào)警模塊的控制信號(hào)并接收其反饋信號(hào)；具備數(shù)據(jù)輸出功能；聲光報(bào)警器LCD顯示氣體濃度超出報(bào)警域值時(shí)，以聲光方式報(bào)警；遙控器報(bào)警閾值的設(shè)定及濃度的調(diào)校；該氣體分析儀的工作過(guò)程如下I、系統(tǒng)電源啟動(dòng)后，主控板對(duì)發(fā)射端的光源驅(qū)動(dòng)電路供電，產(chǎn)生輸出電流的強(qiáng)度 變化規(guī)律滿lHz-50Hz標(biāo)準(zhǔn)正弦波規(guī)律變化的控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)寬光譜光源驅(qū)動(dòng)電路工作。發(fā)射端按一定工作頻率輻射出寬光譜光能。2、接收端接收到發(fā)射端輻射出的光子的能量后，將光能轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，光子的能量愈高，其所對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)愈強(qiáng)。3、在光程及發(fā)射端所能輻射出的光子的能量一定的確情況下，光子的能量與待測(cè)氣體的濃度有直接關(guān)系，它們之間的關(guān)系遵循比爾-朗伯定律P=P0Exp (-kcl)其中Pci為發(fā)射端所產(chǎn)生的能量，P為所產(chǎn)生的能量通過(guò)存在有毒有害氣體的環(huán)境后所剩余的能量，k為有毒有害氣體的光譜吸收系數(shù)，I為發(fā)射端距光譜探測(cè)器的距離，c為有毒有害氣體的濃度。4、若空氣環(huán)境中有待測(cè)氣體存在則通過(guò)進(jìn)氣接口擴(kuò)散到氣室中，然后又通過(guò)出氣接口擴(kuò)散到空氣環(huán)境中，形成動(dòng)態(tài)循環(huán)。接收端的電壓輸出受氣室中氣體吸收的程度而變化，氣體濃度越高，被吸收的光子愈多，接收端的輸出電壓越低；氣體濃度越低，被吸收的光子越少，接收端輸出的電壓越高。5、與接收端接收到的光子的能量所對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)經(jīng)放大后輸入到主控板進(jìn)行處理接收端的光譜傳感器輸出的滿量程的信號(hào)被放大到ADC轉(zhuǎn)換器的全量程電壓后，直接進(jìn)入單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器，由單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)數(shù)學(xué)模型和預(yù)先測(cè)定的參數(shù)進(jìn)行濃度的計(jì)算，進(jìn)而得到濃度數(shù)據(jù)。6、測(cè)得的濃度數(shù)據(jù)通過(guò)主控板以百分體積比的方式在外殼前蓋上的IXD顯示屏上得以顯示。7、主控板根據(jù)濃度的具體值范圍，確定是否驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警若所測(cè)得的濃度值等于或大于通過(guò)遙控器所預(yù)先設(shè)定的、已存儲(chǔ)于主控板單片機(jī)中的報(bào)警域值，主控板驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器以聲光方式報(bào)警。若所測(cè)得的濃度值小于通過(guò)遙控器所預(yù)先設(shè)定的、已存儲(chǔ)于主控板單片機(jī)中的報(bào)警域值，主控板就不驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器以聲光方式報(bào)警。8、測(cè)得的濃度數(shù)據(jù)在外殼前蓋上的IXD顯示屏上實(shí)時(shí)顯示的同時(shí)，還可通過(guò)與主控板及前后蓋相連的濃度輸出接口(模擬接口和數(shù)字接口)以不同的方式傳送給其他關(guān)聯(lián)設(shè)備。有益效果本實(shí)用新型所涉及的一種非分光型氣體分析儀，其有益效果主要在于如下兩個(gè)方面[0048]I、該分析儀在結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計(jì)，整機(jī)由氣室、外殼、主控板、聲光報(bào)警器及遙控器等五部分組成，各組件之間的機(jī)械連接及電連接相對(duì)簡(jiǎn)單，具有較容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)及在批生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量管理較易執(zhí)行，而且售后維修較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。2、該分析儀在氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，以簡(jiǎn)單的直氣室結(jié)構(gòu)代替了目前的基于橢球形狀氣室內(nèi)壁的橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)，避免并解決了采用橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所帶來(lái)的批量生產(chǎn)工藝難度較大及抗惡劣環(huán)境影響的能力較差的技術(shù)問(wèn)題，具有氣室結(jié)構(gòu)加工難度小，整機(jī)生產(chǎn)工藝難度較小，粉塵或潮濕氣氛對(duì)氣室光路影響相對(duì)較小因而抗惡劣環(huán)境影響的能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

圖I為本實(shí)用新型所涉及的一種非分光型氣體分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖I-進(jìn)氣接口 ；2_氣室；3-出氣接口 ；4_氣管；5-電纜；6-主控板；7-聲光報(bào)警器；·8-IXD顯示屏；9_氣體濃度輸出接口 ；圖2為本實(shí)用新型所涉及的一種非分光型氣體分析儀結(jié)構(gòu)的氣室結(jié)構(gòu)示意圖2-1發(fā)射端'2-2氣腔殼；2_3接收端；2_4進(jìn)氣孔；2_5出氣孔；
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)用新型一種非分光型氣體分析儀，如圖I所示，由整機(jī)和遙控器組成，整機(jī)包括進(jìn)氣接口 I、氣室2、出氣接口 3、主控板6、聲光報(bào)警器7、IXD顯示屏8、氣體濃度輸出接口 9 ;其中，氣室由發(fā)射端2-1、氣腔殼2-2及接收端2-3組成，如圖2所示；各組件的連接關(guān)系如下發(fā)射端2-1與氣腔殼2-2的一端相連，接收端2-3與氣腔殼2_2的另一端相連；其中，氣腔殼2-2為中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，采用金屬鋁材料加工而成；進(jìn)氣接口 I和出氣接口 3通過(guò)氣管4分別與進(jìn)氣孔2-4和出氣孔2-5連接，進(jìn)氣孔2-4和出氣孔2_5分別設(shè)置在氣室的氣腔殼2-2側(cè)壁上,進(jìn)氣孔2-4靠近發(fā)射端2-1 —側(cè)，出氣孔2-5靠近接收端2_3 —側(cè)；主控板6通過(guò)電纜5分別與氣室2的發(fā)射端2-1和接收端2-3相連，聲光報(bào)警器7、IXD顯示屏8、氣體濃度輸出接口 9分別與主控板6相連。本實(shí)用新型以非分光型的甲烷CH4氣體分析儀為例，氣腔殼2-2為一長(zhǎng)度為70_中空?qǐng)A柱體，其內(nèi)徑及外徑大小尺寸分別為IOmm及15_，采用金屬鋁材料加工而成；發(fā)射端2-1的光源選用IR715L型寬光譜光源，接收端2-3的光譜探測(cè)器選用LHI814型熱釋電探測(cè)器。各組件的功能描述如下氣室2 :負(fù)責(zé)能量輻射、傳輸、接收，并將CH4氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)化為可處理的電信號(hào)。外殼外殼，起機(jī)械支撐及固定作用，還有CH4濃度顯示及輸出的功能。主控板6 :對(duì)各組成模塊供電；向氣室組件的光源(選用IR715L型光源)供電,提供頻率為2. 5Hz的交變控制信號(hào)以對(duì)輻射能量進(jìn)行調(diào)制；實(shí)時(shí)采集二元光譜探測(cè)器兩個(gè)通道的電壓信號(hào)值(通道I為測(cè)試通道，其窄帶帶通濾光片中心波長(zhǎng)為3. 35i!m、半峰寬為170nm ;通道2為參比通道，其窄帶帶通濾光片中心波長(zhǎng)為3. 95 u m、半峰寬為90nm。)，并同時(shí)按經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算氣體濃度；按控制軟件設(shè)置要求提供濃度顯示及報(bào)警模塊的控制信號(hào)并接收其反饋信號(hào)。聲光報(bào)警器7 :IXD顯示氣體濃度超出報(bào)警閾值(I. 00%)時(shí)，以聲光方式報(bào)警。遙控器報(bào)警閾值的設(shè)定(I. 00%)及濃度的調(diào)校(設(shè)備維修時(shí))。該氣體分析儀的工作過(guò)程如下I、系統(tǒng)電源啟動(dòng)后，主控板6對(duì)發(fā)射端2-1的光源驅(qū)動(dòng)電路供電(8-18V)，產(chǎn)生
2.5Hz標(biāo)準(zhǔn)正弦波規(guī)律變化的控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)寬光譜光源驅(qū)動(dòng)電路工作。發(fā)射端2-1按 2.5Hz頻率輻射出寬光譜(光譜范圍100nm-5iim)的光子。2、在潔凈的空氣環(huán)境下，接收端2-3的LHI814型熱釋電探測(cè)器接收到發(fā)射端2_1輻射出的光譜范圍在100nm-5 的光子的能量后，產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)接收端的前放電路放大后通道I及通道2的電壓信號(hào)分別為1860mV及910mV。3、在光程及發(fā)射端所能輻射出的光子的能量一定的確情況下，光子的能量與待測(cè)氣體的濃度有直接關(guān)系，它們之間的關(guān)系遵循比爾-朗伯定律P=P0Exp (-kcl)其中Pci為發(fā)射端所產(chǎn)生的能量，P為所產(chǎn)生的能量通過(guò)存在有毒有害氣體的環(huán)境后所剩余的能量，k為有毒有害氣體的光譜吸收系數(shù)，I為發(fā)射端距光譜探測(cè)器的距離，c為有毒有害氣體的濃度。4、若空氣環(huán)境中有CH4氣體存在，而且假設(shè)其濃度為I. 05%。則含有I. 05%CH4氣體的空氣必將通過(guò)進(jìn)氣接口 I擴(kuò)散到氣室中，然后又通過(guò)出氣接口 3擴(kuò)散到空氣環(huán)中，形成動(dòng)態(tài)循環(huán)。此時(shí)，經(jīng)接收端2-1的前放電路放大后通道I及通道2的電壓信號(hào)分別為1789mV及 910mV。5、經(jīng)接收端2-1的前放電路放大后通道I及通道2的電壓信號(hào)(分別為1789mV及910mV)輸入到主控板6并直接進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理，由單片機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型和預(yù)先測(cè)定的參數(shù)進(jìn)行濃度的計(jì)算，進(jìn)而得到濃度數(shù)據(jù)為1.05%。6、測(cè)得的I. 05%濃度數(shù)據(jù)通過(guò)主控板6在外殼前蓋上的IXD顯示屏8上得以顯
/Jn o7、由于I. 05%濃度數(shù)據(jù)大于通過(guò)遙控器所預(yù)先設(shè)定的、已存儲(chǔ)于主控板單片機(jī)中的報(bào)警閾值I. 00%,主控板6就驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器7以聲光方式報(bào)警。8、測(cè)得的濃度數(shù)據(jù)在外殼前蓋上的IXD顯示屏8上實(shí)時(shí)顯示的同時(shí)，還可通過(guò)與主控板6及前后蓋相連的濃度輸出接口 9 (模擬接口和數(shù)字接口)以不同的方式傳送給其他關(guān)聯(lián)設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種非分光型氣體分析儀，其特征在于該分析儀由整機(jī)和遙控器組成，整機(jī)包括進(jìn)氣接口(I)、氣室(2)、出氣接口(3)、主控板(6)、聲光報(bào)警器(7)、LCD顯示屏(8)、氣體濃度輸出接口(9);其中，氣室由發(fā)射端(2-1)、氣腔殼(2-2)及接收端(2-3)組成； 各組件的連接關(guān)系如下 發(fā)射端(2-1)與氣腔殼(2-2)的一端相連,接收端(2-3)與氣腔殼(2-2)的另一端相連；其中，氣腔殼(2-2)為中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，采用金屬鋁材料加工而成；進(jìn)氣接口(I)和出氣接口 (3)通過(guò)氣管(4)分別與進(jìn)氣孔(2-4)和出氣孔(2-5)連接，進(jìn)氣孔(2-4)和出氣孔(2-5)分別設(shè)置在氣室的氣腔殼(2-2)側(cè)壁上，進(jìn)氣孔(2-4)靠近發(fā)射端(2-1) —側(cè)，出氣孔(2-5)靠近接收端(2-3) —側(cè)；主控板(6)通過(guò)電纜(5)分別與氣室(2)的發(fā)射端(2-1)和接收端(2-3)相連，聲光報(bào)警器(7)、LCD顯示屏(8)、氣體濃度輸出接口(9)分別與主控板(6)相連。
2.如權(quán)利要求I所述的一種非分光型氣體分析儀，其特征在于發(fā)射端(2-1)的光源選用IR715L型寬光譜光源?！?br> 3.如權(quán)利要求I所述的一種非分光型氣體分析儀，其特征在于接收端(2-3)的光譜探測(cè)器選用LHI814型熱釋電探測(cè)器。
4.如權(quán)利要求I所述的一種非分光型氣體分析儀，其特征在于氣腔殼(2-2)殼體的長(zhǎng)度為70mm,其內(nèi)徑及外徑大小尺寸分別為IOmm和15mm。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于光電及微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有的非分光氣體分析儀由于采用橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所帶來(lái)的批量生產(chǎn)工藝難度較大及抗惡劣環(huán)境影響的能力較差的技術(shù)問(wèn)題，提出了一種非分光型氣體分析儀，該實(shí)用新型總體采用采用模塊化設(shè)計(jì)，其氣室結(jié)構(gòu)采用普通的直氣室結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝難度較小而且抗惡劣環(huán)境影響的能力較強(qiáng)，能夠避免并解決采用橢球形狀氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所帶來(lái)的批量生產(chǎn)工藝難度較大及抗惡劣環(huán)境影響的能力較差的技術(shù)問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N21/31GK202502048SQ20122007977
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者易宏, 李永輝, 黃家新 申請(qǐng)人:昆明斯派特光譜科技有限責(zé)任公司