一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【專利摘要】一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置及方法，包括：溫度探測(cè)器，用于探測(cè)氣體測(cè)量?jī)x表面溫度；帕爾貼制冷元件，與光路底部外殼相接觸，用于調(diào)整儀器外殼溫度；裝有紅外濾光片的碼盤，所述碼盤周長(zhǎng)邊沿刻有等間距排列的狹縫，所述碼盤在測(cè)量氣體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)狹縫產(chǎn)生斬波信號(hào)，用于同步觸發(fā)A/D模塊采集溫度探測(cè)器上的信號(hào)；基于DSP和CPLD的溫控電路，根據(jù)所述碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同步信號(hào)，采集所述溫度探測(cè)器的溫度數(shù)據(jù)，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)（PMW）驅(qū)動(dòng)帕爾貼元件制冷；同時(shí)根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，產(chǎn)生WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)，對(duì)通量進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)溫差數(shù)據(jù)計(jì)算出WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)，可進(jìn)一步提高氣體分析儀的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可提高開(kāi)放光路式非分散紅外(NDIR)氣體分析儀通量測(cè)量精度的方法，具體為氣體測(cè)量?jī)x儀器表面發(fā)熱引起通量測(cè)量誤差的校正方法及電路。
【背景技術(shù)】
[0002]了解陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳水循環(huán)過(guò)程是認(rèn)識(shí)全球氣候變化的重要途徑，可以為緩解淡水資源短缺、調(diào)控全球變暖進(jìn)程和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活等方面提供科學(xué)依據(jù)。國(guó)際上各通量站點(diǎn)通常采用開(kāi)放光路式NDIR氣體分析儀，作為野外長(zhǎng)期研究C02、H20和CH4等氣體在陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)中交換過(guò)程的設(shè)備。但由于開(kāi)路式氣體分析儀儀器表面發(fā)熱會(huì)造成氣體通量測(cè)量誤差，儀器公司和各通量站點(diǎn)研究人員采用不同的方法對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0003]目前L1-COR公司的L1-7500為世界上各氣體通量測(cè)量站點(diǎn)使用的主流氣體分析儀，該儀器通過(guò)內(nèi)部帕爾貼制冷，來(lái)控制儀器表面發(fā)熱，減小儀器發(fā)熱對(duì)氣體通量測(cè)量的影響。但該儀器只設(shè)定一檔+30°C固定溫控閾值，該閾值不能隨環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)整，在環(huán)境溫度和該溫控閾值溫度相差較大時(shí)，表面發(fā)熱導(dǎo)致通量增加的現(xiàn)象仍然較為嚴(yán)重，尤其是在環(huán)境溫度低于0°C以下，造成的通量測(cè)量誤差更為嚴(yán)重。同時(shí)一些站點(diǎn)研究人員通過(guò)后期數(shù)據(jù)處理，來(lái)消除氣體分析儀表面熱現(xiàn)象造成的數(shù)據(jù)誤差，一般做法是在Webb-Pearman-Leuning(WPL)函數(shù)中增加溫差修正項(xiàng),但該方法存在以下缺點(diǎn):(1)不同外形的儀器修正項(xiàng)不同，不能通用；(2)修正項(xiàng)系數(shù)都是通過(guò)先驗(yàn)數(shù)據(jù)生成，不能針對(duì)不同氣體分析儀，通過(guò)實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)和氣體分析儀表面形狀數(shù)據(jù)匹配，進(jìn)行誤差修正。
[0004]開(kāi)路式氣體分析儀儀器表面熱效應(yīng)，不僅僅跟內(nèi)部電子學(xué)電路發(fā)熱有關(guān)，還跟儀器光路的三維形狀，儀器安裝位置，太陽(yáng)照射角度，儀器外殼的長(zhǎng)波輻射都有很大關(guān)系，僅僅靠?jī)x器外殼固定溫度設(shè)置或者以往經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ推ヅ涫菬o(wú)法完成精確修正氣體通量測(cè)量的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明技術(shù)解決方案:為了解決上述【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種開(kāi)放光路式氣體測(cè)量?jī)x儀器表面發(fā)熱引起通量測(cè)量誤差的校正方法及電路，可根據(jù)氣體分析儀光路結(jié)構(gòu)安裝溫度探測(cè)器，提高數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確率；溫度探測(cè)器最多支持8個(gè)通道，滿足復(fù)雜氣體分析儀的三維溫度數(shù)據(jù)獲取要求，為精確反演開(kāi)路式氣體分析儀表面加熱現(xiàn)象提供依據(jù)；通過(guò)實(shí)時(shí)溫差數(shù)據(jù)計(jì)算出WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)，可進(jìn)一步提高氣體分析儀的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案包括:一種改善開(kāi)放光路式氣體測(cè)量?jī)x儀器表面發(fā)熱引起通量測(cè)量誤差的裝置，其包括一組溫度探測(cè)器，這些溫度探測(cè)器根據(jù)光路表面形狀，安裝在氣體分析儀外殼不同的位置，用于探測(cè)儀器表面溫度；一組帕爾貼制冷元件，安裝在儀器內(nèi)部，跟光路底部外殼相接觸，用于調(diào)整儀器外殼溫度；一個(gè)裝有紅外濾光片的碼盤，該碼盤周長(zhǎng)邊沿刻有等間距排列的狹縫，該碼盤在測(cè)量氣體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，可通過(guò)狹縫產(chǎn)生斬波信號(hào)，用于同步觸發(fā)A/D模塊采集溫度探測(cè)器上的信號(hào)；
[0007]該裝置還包括一套基于DSP和CPLD的溫控電路。該電路根據(jù)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同步信號(hào)，采集上述溫度探測(cè)器的溫度數(shù)據(jù)，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)(PMW)驅(qū)動(dòng)帕爾貼元件制冷；同時(shí)根據(jù)該溫度數(shù)據(jù)，DSP進(jìn)行運(yùn)算處理，產(chǎn)生WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)，對(duì)通量進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。
[0008]上述裝置中安裝的溫度探測(cè)器數(shù)量，最多可有8路同時(shí)工作；溫度探測(cè)器數(shù)量可根據(jù)所要安裝的氣體分析儀儀器發(fā)熱表面形狀來(lái)確定。
[0009]上述裝置中安裝的溫度探測(cè)器，其中必須有一路安裝在氣體分析儀光路外，作為環(huán)境溫度探測(cè)使用。
[0010]上述裝置中安裝的溫度探測(cè)器采用寬溫，熱慣性小的熱敏電阻。
[0011]上述裝置中安裝的帕爾貼制冷元件數(shù)量為2塊。
[0012]上述裝置中安裝的帕爾貼制冷元件所要達(dá)到的制冷溫度，根據(jù)溫度探測(cè)器獲得的氣體分析儀光路內(nèi)溫度、環(huán)境溫度和軟件設(shè)定的閾值溫度共同決定。
[0013]上述裝置中安裝的帕爾貼制冷元件，后面接有驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路接收CPLD產(chǎn)生PMW脈沖進(jìn)行制冷。
[0014]上述裝置中裝有紅外濾光片的碼盤，碼盤周邊等間距刻劃127個(gè)狹縫，且第一個(gè)狹縫缺失。碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，光信號(hào)透過(guò)狹縫產(chǎn)生連續(xù)的斬波信號(hào)，CPLD處理電路依據(jù)斬波信號(hào)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)A/D電路采集溫度探測(cè)器的值。
[0015]上述裝置中碼盤上的紅外濾光片設(shè)置為4個(gè)，2個(gè)參考濾光片，2個(gè)所需測(cè)量氣體的濾光片，溫度測(cè)量只需發(fā)生在氣體測(cè)量時(shí)。
[0016]上述裝置中的CPLD內(nèi)設(shè)定兩個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器I以斬波信號(hào)作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于對(duì)應(yīng)氣體通道的設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)給A/D采集模塊；計(jì)數(shù)器2對(duì)斬波方波的每個(gè)脈寬進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值為上述第一個(gè)缺失狹縫的寬度時(shí)，產(chǎn)生碼盤的圈同步信號(hào)。
[0017]上述裝置中碼盤斬波信號(hào)的產(chǎn)生，使用的是發(fā)光二極管和PIN光電探測(cè)器。
[0018]上述裝置中的PIN光電探測(cè)器后面接有放大器，放大器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器進(jìn)CPLD。
[0019]上述裝置中的DSP對(duì)接收到的A/D信號(hào)做如下處理，可獲得WPL通量的校準(zhǔn)項(xiàng):
[0020]A、獲得氣體分析儀光路內(nèi)溫度和環(huán)境溫度，算得溫差。
[0021]B、比較溫差和程序設(shè)定閾值，判斷是否需要驅(qū)動(dòng)CPLD產(chǎn)生制冷信號(hào)。
[0022]C、當(dāng)溫差在程序設(shè)定范圍內(nèi)，重新獲得氣體分析儀光路內(nèi)溫度和環(huán)境溫度，再次計(jì)算溫差，同時(shí)從氣體分析儀獲得平均風(fēng)速變量。
[0023]D、計(jì)算WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)。
[0024]E、把校準(zhǔn)項(xiàng)帶入通量公式，計(jì)算校準(zhǔn)后通量。
[0025]所述的方法，其中步驟A中溫差數(shù)據(jù)一般包括底部溫差，頂部溫差和支撐桿溫差。
[0026]所述的方法，其中步驟B在判斷是否需要制冷時(shí)，所需的溫差值選取底部溫差作為判定依據(jù)。
[0027]所述的方法，其中步驟B中程序設(shè)定的溫差，是固化在程序中的溫度閾值，該閾值可根據(jù)需要由使用者更改。
[0028]所述的方法，其中步驟D中WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)主要包括底部校準(zhǔn)項(xiàng)、頂部校準(zhǔn)項(xiàng)和支撐桿校準(zhǔn)項(xiàng)，且校準(zhǔn)項(xiàng)不應(yīng)以這三項(xiàng)為限，可根據(jù)氣體分析儀表面形狀增加或減少。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:可根據(jù)氣體分析儀光路結(jié)構(gòu)安裝溫度探測(cè)器，提高數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確率；最多可同時(shí)采集8個(gè)溫度探測(cè)器，滿足復(fù)雜氣體分析儀的三維溫度數(shù)據(jù)獲取要求，為精確反演開(kāi)路式氣體分析儀表面加熱現(xiàn)象提供依據(jù)；通過(guò)實(shí)時(shí)溫差數(shù)據(jù)計(jì)算出WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)，可進(jìn)一步提高氣體分析儀的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是安裝了本發(fā)明熱補(bǔ)償電路的氣體分析儀結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖2是本發(fā)明基于DSP和CPLD的信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖3是本發(fā)明的信號(hào)處理流程示意圖。
[0033]其中，圖1中各標(biāo)號(hào)如下:1、氣體分析儀頂部外殼；2、安裝于頂部的熱探測(cè)器；3、氣體分析儀頂部光路接收窗口 ；4、光路；5、氣體分析儀支撐桿；6、安裝于氣體分析儀支撐桿上的熱探測(cè)器；7、安裝于氣體分析儀底部的熱探測(cè)器；8、氣體分析儀底部殼內(nèi)的帕爾貼
I;9、用于探測(cè)斬波信號(hào)的PIN管；10、氣體分析儀底部光路發(fā)射窗口 ；11、氣體分析儀底部殼內(nèi)的帕爾貼2 ;12、碼盤；13、電機(jī)；14、用于探測(cè)環(huán)境溫度的熱探測(cè)器；15、DSP數(shù)據(jù)處理板。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明是一種可通過(guò)安裝在氣體分析儀表面不同部位的快速響應(yīng)熱探測(cè)器，實(shí)時(shí)探測(cè)儀器外殼溫度和環(huán)境溫度差異，通過(guò)信號(hào)處理器計(jì)算產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，快速的對(duì)氣體通量測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
[0036]本發(fā)明中溫度數(shù)據(jù)采集的快速和實(shí)時(shí)性，是通過(guò)氣體分析儀內(nèi)部碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生斬波信號(hào)，在采集氣體信號(hào)時(shí)，同步觸發(fā)A/D采集溫度數(shù)據(jù)來(lái)保證的。
[0037]本發(fā)明中，在溫度數(shù)據(jù)獲得后，首先計(jì)算溫差數(shù)據(jù)，并和軟件內(nèi)部設(shè)定的閾值比較，大于閾值的啟動(dòng)帕爾貼制冷，達(dá)到減小溫差的目的，在溫差小于閾值后，再獲得溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算WPL校準(zhǔn)項(xiàng)，進(jìn)行通量校準(zhǔn)；小于閾值的，不需要啟動(dòng)帕爾貼，可直接計(jì)算WPL校準(zhǔn)項(xiàng)。
[0038]本實(shí)施例中，本發(fā)明的氣體分析儀表面發(fā)熱熱補(bǔ)償裝置基本結(jié)構(gòu)包括:使用了 4個(gè)溫度探測(cè)器，為2、6、7、14，分別安裝在氣體分析儀的儀器的頂部下表面(Top)、支撐桿上(Spar)、底部上表面(Bottom)和氣體分析儀周圍(Ambient),通過(guò)導(dǎo)線連接在DSP信號(hào)采集板15上；兩個(gè)制冷帕爾貼8、11，安裝在底部發(fā)射光路兩邊，通過(guò)導(dǎo)線連接在DSP信號(hào)采集板15上；一電機(jī)13，由電源驅(qū)動(dòng)；一碼盤12，由所述電機(jī)13帶動(dòng)按設(shè)定頻率旋轉(zhuǎn)；碼盤12上裝有四個(gè)濾光片，兩個(gè)測(cè)量濾光片和兩個(gè)參考濾光片，碼盤12的周邊等間距刻畫有127個(gè)槽，其中在兩個(gè)參考濾光片之間缺失一個(gè)槽；一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)PIN管9 ;當(dāng)碼盤12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，PIN管9接收到斬波信號(hào)，通過(guò)信號(hào)放大器，輸入給信號(hào)處理電板15，信號(hào)處理板15在碼盤12轉(zhuǎn)到第48號(hào)和80號(hào)槽時(shí)，觸發(fā)A/D電路采集溫度探測(cè)器2、6、7、14 ;信號(hào)處理板15得到溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算溫差數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)帕爾貼8、11制冷，并計(jì)算WPL校準(zhǔn)項(xiàng)。
[0039]如圖2所示，在上述斬波信號(hào)產(chǎn)生后，本發(fā)明信號(hào)處理和電路動(dòng)作過(guò)程如下:碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生斬波信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、比較整形電路生成方波信號(hào)，輸入CPLD同步輸出模塊，CPLD通過(guò)計(jì)數(shù)，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，此脈輸入多通道A/D采集電路，A/D采集電路完成熱敏電阻信號(hào)采集，產(chǎn)生中斷，DSP進(jìn)入中斷程序完成數(shù)據(jù)讀??；DSP根據(jù)程序設(shè)定的閾值，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)模塊使帕爾貼制冷。
[0040]在本發(fā)明的CPLD同步輸出模塊內(nèi)，通過(guò)設(shè)定兩個(gè)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)碼盤的圈同步和氣體信號(hào)與溫度采集的同步。計(jì)數(shù)器countl對(duì)碼盤斬波產(chǎn)生的每個(gè)方波寬度進(jìn)行計(jì)數(shù)，產(chǎn)生圈同步信號(hào)；計(jì)數(shù)器count2對(duì)碼盤斬波產(chǎn)生的方波個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，產(chǎn)生溫度采集同步信號(hào)。
[0041]在本發(fā)明的CPLD同步輸出模塊內(nèi)，在本實(shí)施例中，countl的工作時(shí)鐘為40MHz，count2的工作時(shí)鐘為碼盤斬波頻率，約26KHz。
[0042]在本發(fā)明的CPLD同步輸出模塊內(nèi)，上述斬波產(chǎn)生的方波信號(hào)，為高電平時(shí)，countl計(jì)數(shù),為低電平時(shí)，countl清零。
[0043]在本發(fā)明的CPLD同步輸出模塊內(nèi)，上述斬波產(chǎn)生的方波信號(hào)觸發(fā)count2計(jì)數(shù)，程序設(shè)定count2計(jì)數(shù)器值為48和80,產(chǎn)生A/D觸發(fā)脈沖；計(jì)數(shù)器countl在計(jì)數(shù)值大于1540時(shí)，count2清零。
[0044]本實(shí)施例中，上述的Count2計(jì)數(shù)器值為48和80，是根據(jù)狹縫編號(hào)對(duì)應(yīng)的氣體濾光片位置決定的，計(jì)數(shù)器countl計(jì)數(shù)值大于1540，是根據(jù)碼盤缺失槽寬度決定的，本發(fā)明countl和count2計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值應(yīng)不僅限于該數(shù)值。
[0045]在本發(fā)明的CPLD同步輸出模塊產(chǎn)生A/D觸發(fā)脈沖后，在本實(shí)施例中，DSP依次讀取A/D內(nèi)4個(gè)溫度傳感器的值，并設(shè)定熱敏電阻14的值為上述帕爾貼啟動(dòng)需要判定的閾值。如果熱敏電阻7的溫度值與該閾值相差大于5°C，則產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)帕爾貼制冷，在溫差小于5°C后，關(guān)閉CPLD驅(qū)動(dòng)模塊。
[0046]在上述帕爾貼啟動(dòng)需要判定的閾值階段，本實(shí)施例中，設(shè)定溫差為5°C，該溫差值根據(jù)功耗需求可調(diào)，本發(fā)明應(yīng)不僅限于該數(shù)值。
[0047]在上述CPLD驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)帕爾貼制冷階段，CPLD產(chǎn)生78.12KHz方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)積分放大器一端輸入，形成三角波信號(hào)；積分放大器另一端輸入為DSP設(shè)定電平，即為制冷目標(biāo)值。放大器輸出經(jīng)過(guò)比較器，產(chǎn)生寬度可調(diào)的PWM信號(hào)，通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)，使帕爾貼制冷。
[0048]在本發(fā)明的帕爾貼制冷啟動(dòng)判定階段，DSP采集溫度信號(hào)，并在DSP內(nèi)進(jìn)行信號(hào)處理，信號(hào)處理流程如圖3所示:
[0049]1、在本實(shí)施例中，獲取氣體分析儀4個(gè)部位的溫度值，光路連接桿溫度6 =Tspm，光路底部溫度7 =Tbtrttom，光路頂部溫度2:Tt()p，光路外圍溫14 =Ta ;并計(jì)算溫差項(xiàng)，連接桿溫差:Tspm-Ta，光路底部溫差:T

光路頂部溫差=Tttjp-Ta ；
[0050]2、在本實(shí)施例中，以Ttottrail-Ta作為溫差項(xiàng)，溫差大于5°C時(shí)，DSP產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)帕爾貼制冷；帕爾貼處于關(guān)閉狀態(tài)，溫差小于5°C時(shí)，在碼盤盤旋轉(zhuǎn)進(jìn)入下一輪測(cè)量時(shí)，重新獲得氣體分析儀4個(gè)部位的溫度值和溫差值，同時(shí)獲得風(fēng)速變量U:
[0051]3、根據(jù)氣體分析儀結(jié)構(gòu)，通過(guò)以下表達(dá)式獲得以下參數(shù):
【權(quán)利要求】
1.一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于包括: 一組溫度探測(cè)器，根據(jù)光路表面形狀，安裝在氣體測(cè)量?jī)x外殼不同的位置，用于探測(cè)氣體測(cè)量?jī)x表面溫度； 一組帕爾貼制冷元件，安裝在氣體測(cè)量?jī)x內(nèi)部，與光路底部外殼相接觸，用于調(diào)整儀器外殼溫度； 一個(gè)裝有紅外濾光片的碼盤，所述碼盤周長(zhǎng)邊沿刻有等間距排列的狹縫，所述碼盤在測(cè)量氣體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)狹縫產(chǎn)生斬波信號(hào)，用于同步觸發(fā)A/D模塊采集溫度探測(cè)器上的信號(hào)； 一套基于DSP和CPLD的溫控電路，根據(jù)所述碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同步信號(hào)，采集所述溫度探測(cè)器的溫度數(shù)據(jù)，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)(PMW)驅(qū)動(dòng)帕爾貼元件制冷；同時(shí)根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，產(chǎn)生WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)，對(duì)通量進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述基于DSP和CPLD的溫控電路包括多通道A/D采集模塊、DSP數(shù)據(jù)處理與WPL校準(zhǔn)模塊、CPLD驅(qū)動(dòng)模塊、CPLD同步輸出模塊、整形電路；碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)使得PIN光電探測(cè)器產(chǎn)生斬波信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形電路放 大、比較生成方波信號(hào)，輸入CPLD同步輸出模塊，CPLD同步輸出模塊通過(guò)計(jì)數(shù)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，此脈沖輸入多通道A/D采集模塊，多通道A/D采集模塊完成熱敏電阻信號(hào)采集，產(chǎn)生中斷，DSP數(shù)據(jù)處理與WPL校準(zhǔn)模塊進(jìn)入中斷程序完成溫度數(shù)據(jù)讀取，判斷溫差數(shù)據(jù)，溫差大于設(shè)定的閾值，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制CPLD驅(qū)動(dòng)模塊使帕爾貼制冷元件制冷，溫差小于設(shè)定的閾值，計(jì)算光路通量校準(zhǔn)項(xiàng)，并獲得氣體通量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述溫度探測(cè)器數(shù)量根據(jù)所要安裝的氣體分析儀儀器發(fā)熱表面形狀來(lái)確定，數(shù)量最多為8路同時(shí)工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述一組溫度探測(cè)器中必須有一路安裝在氣體分析儀光路外，作為環(huán)境溫度探測(cè)使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述溫度探測(cè)器采用測(cè)量溫度范圍在-40~+150°C的熱敏電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述帕爾貼制冷元件數(shù)量為2塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述帕爾貼制冷元件所要達(dá)到的制冷溫度，根據(jù)溫度探測(cè)器獲得的氣體分析儀光路內(nèi)溫度、環(huán)境溫度和軟件設(shè)定的閾值溫度共同決定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述帕爾貼制冷元件前接有驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路接收CPLD驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生PMW脈沖進(jìn)行制冷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述紅外濾光片的碼盤周邊等間距刻劃127個(gè)狹縫，且第一個(gè)狹縫缺失。碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，光信號(hào)透過(guò)狹縫產(chǎn)生連續(xù)的斬波信號(hào)，CPLD同步輸出模塊依據(jù)斬波信號(hào)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)多通道A/D采集模塊采集溫度探測(cè)器的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述碼盤上的紅外濾光片設(shè)置為4個(gè)，其中2個(gè)參考濾光片，2個(gè)所需測(cè)量氣體的濾光片，溫度測(cè)量只需發(fā)生在氣體測(cè)量時(shí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述CPLD同步輸出模塊內(nèi)設(shè)定兩個(gè)計(jì)數(shù)器，第一計(jì)數(shù)器以斬波信號(hào)作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于對(duì)應(yīng)氣體通道的設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)給多通道A/D采集模塊；第二計(jì)數(shù)器對(duì)斬波方波的每個(gè)脈寬進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值為上述第一個(gè)缺失狹縫的寬度時(shí)，產(chǎn)生碼盤的圈同步信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述碼盤斬波信號(hào)的產(chǎn)生使用發(fā)光二極管和PIN光電探測(cè)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量裝置，其特征在于:所述PIN光電探測(cè)器后面接有放大器，放大器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器進(jìn)CPLD同步輸出模塊。
14.一種開(kāi)放光路式氣體分析儀通量校正測(cè)量方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下: A、獲得氣體分析儀光路內(nèi)溫度和環(huán)境溫度，算得溫差； B、比較溫差和程序設(shè)定閾值，判斷是否需要驅(qū)動(dòng)CPLD驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生制冷信號(hào)； C、當(dāng)溫差在程序設(shè)定范圍內(nèi)，重新獲得氣體分析儀光路內(nèi)溫度和環(huán)境溫度，再次計(jì)算溫差，同時(shí)從氣體分析儀獲得平均風(fēng)速變量； D、計(jì)算WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)； E、把校準(zhǔn)項(xiàng)帶入通量公式，計(jì)算校準(zhǔn)后通量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于:所述步驟A中溫差數(shù)據(jù)一般包括底部溫差，頂部溫差和支撐桿溫差。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于:所述步驟B在判斷是否需要制冷時(shí)，所需的溫差值選取底部溫差作為判定依據(jù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于:所述步驟B中程序設(shè)定的溫差，是固化在程序中的溫度閾值，該閾值可根據(jù)需要由使用者更改。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于:所述步驟D中WPL通量校準(zhǔn)項(xiàng)主要包括底部校準(zhǔn)項(xiàng)、頂部校準(zhǔn)項(xiàng)和支撐桿校準(zhǔn)項(xiàng)，且校準(zhǔn)項(xiàng)不應(yīng)以這三項(xiàng)為限，可根據(jù)氣體分析儀表面形狀增加或減少。
【文檔編號(hào)】G01N21/00GK103528952SQ201310512524
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】趙欣, 桂華僑, 余同柱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院