CN100419408C - 红外气体分析仪 - Google Patents

Abstract

红外气体分析的仪器，属借助于测定物质的物理性质来测定或分析物质的成份类。它由光源反射镜、红外光源、调制盘、工作气室、辅助气室、电机、光锥、固体红外探测器、显示器组成，本发明采用单光源、双光路、四光束结构、设置的辅助气室可随时检测分谱误差，并经单片机共模信号处理技术克服，而固体红外传感器不存在检测器漏气，膜片张力变化等传输误差，因此经过单片机处理后的信息是没有漂移的成份浓度信息，使得分析仪器实现超高稳定性，本发明红外气体分析仪其零点漂移指标为＜0.5%FS(6个月)，性能已达到国际先进水平。

Description

红外气体分析仪

所属领域

本发明讨论的是一种红外气体分析的仪器，属借助于测定物质的物理性质来测定或分析物质的成份类。

技术背景

目前，国内外红外气体分析仪，大多采用双光路方案即有参比光路和测量光路，这时，由于存在光源的老化，气室污染等因素，会造成一定的几何误差，若测量和参比信号共用一个光路，在使用不同波长的红外窄带滤光片，会存在由于不同波长，光能量不对称变化而产生的分谱误差，另外，微音电容式检测器的漏气，膜片张力变化等问题也会产生传输信号的误差，要想使仪器获得一定的稳定性和最小的误差，制造商通常采用增加硬件的投入，但这样会造成分析仪器生产成本的大幅提高和设备体积的庞大，实际上产品均不能同时克服上述三种误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是同时克服现有红外分析仪器中存在的几何误差，光谱误差和传输误差，为解决上述问题，本发明采用如下方案：

本发明由光源反射镜、红外光源、调制盘、工作气室、辅助气室、电机、光锥、固体红外探测器组成，两光源反射镜呈八字型置于红外光源的一侧，调制盘由电机带动旋转，置于红外光源的另一侧，调制盘上有二个孔，分别嵌有测量波长和参比波长的红外窄带滤光片。工作气室设有进气口、出气口，辅助气室是一个充有N2气的密封气室，它们置于调制盘另一侧的两边，分别接收红外光源通过调制盘后的光能，两个小光锥分别置于工作气室和辅助气室的另一端，它们分别将通过工作气室、辅助气室的光能汇聚，送固体红外探测器。固体红外探测器将浓度信号和误差信号转换为电信号后送前置放大器，前置放大器输出送单片机，单片机在软件的作用下，将检测到浓度信号和误差信号经过分析、处理、纠正后将准确的浓度信号送显示器。

本发明采用单光源、双光路、四光束结构、工作气室中交替通过参比波长光和测量波长光，由于测量光与参比光由同一光源产生，经过同一几何空间，同一检测器接收，因此没有几何空间产生的能量误差，设置的辅助气室可随时检测分谱误差，并经共模信号处理技术克服，使用固体红外传感器也不存在检测器漏气，膜片张力变化等传输误差，因此经过处理后的信息是没有漂移的成份浓度信息，使得分析仪器实现超高稳定性，本发明红外气体分析仪其零点漂移指标为＜0.5％FS(6个月)，性能已达到国际上先进水平，而价格仅为进口仪器的四分之一左右。

附图说明

图1是本发明红外气体分析仪的结构示意图。

1、光源反射镜；2、红外光源；3、调制盘；5、工作气压；6、电机；7、辅助气室；8、光锥；9、固体红外探测器；10、前置放大器；11、单片机；12、显示器。

具体实施方式

本发明红外气体分析仪的结构，如图1所示，1是光源反射镜，2是红外光源、光源反射镜1放在红外光源2的两侧，呈八字型；3是调制盘，调制盘上有二个孔，分别装有测量波长和参比波长的红外滤光片，它由6电机带动转动；5是工作气室，工作气室分别装有被测气体的入口和出口、7是辅助气室，为一密封管子，充有N2气体。5和7分别置于调制盘3下方的两侧；8是小光锥，置于工作气室和辅助气室的另一侧，两个小光锥分别将通过5工作气室和7辅助气室的光能汇聚后送到9固体红外探测器，10是前置放大器，它将固体红外探测器测得电信号进行放大，现有技术中各种红外分析仪的前置放大电路均可使用，故不繁述。12是显示器，也不繁述。11是单片机，在软件的作用下，它完成对被测成份浓度信号和误差信号分析、处理及纠正，最后将精确的被测成份浓度信号送显示器。

红外气体分析仪的工作过程是这样的：红外光源2发出的红外光经光源反射镜1反射后分成两路平行的光束，经3调制盘后，光束分别穿过工作气室5和辅助气室7，然后分别经过两个小光锥8的汇聚，以比较好的角度进入固体红外探测器9，探测器将探测到的成份浓度信号和误差信号转换成电信号，经前置放大后送单片机，在软件作用下完分析、处理、纠正最后将精确的被测成份浓度信号送显示器。

本发明红外气体分析仪是这样来消除误差的：1、几何误差；工作光路的测量波长信号VAλ1和参比波长信号VAλ2，由同一个光源经过同一个几何空间，即同一反射镜，同一聚光光锥，由同一探测器接收。取VAλ1/VAλ2为成份信号浓度，因此，因几何空间的任何不对称变化，如灰尘、光源能量变化空气污染等影响稳定性的因素，由于分子、分母按同比例变化，因此可自动消除几何误差。2、分谱误差；发明设置辅助气室(非传统意义上的参比气室)，可检测光源、探测器、滤光片及环境气氛产生的分谱误差，即若因作用在光源、滤光片和探测器上的环境温度、压力、湿度、污染、老化等应力变化而产生的测量波长和参比波长不同的变化误差，因为辅助光路与工作光路的上述误差规律一致，因此可以从辅助光路取出分谱误差，由单片机识别、自动修正工作光路。由于两光路对称，环境气氛影响与分谱误差一致，也可以认为环境气氛影响也是一种持殊的分谱误差，同样可以消除。3、传输误差；由于取VAλ1/VAλ2为成份浓度，因此两信号共用放大器产生的传输误差可以自动消除，数据处理采用数字化处理，没有电器漂移，又因为采用固态红外探测器，没用传统电容式探测器的漏气问题和膜片张力变化等传输误差。

Claims (4)

1. 红外气体分析仪，其特征是：它由光源反射镜、红外光源、调制盘、工作气室、辅助气室，电机、光锥、固体红外探测器、显示器组成；调制盘上有两个孔，分别嵌有测量波长和参比波长的红外窄带滤光片；红外光源经光源反射镜、调制盘形成参比波长光和测量波长光；工作气室中交替通过参比波长光和测量波长光，从辅助气室也分别采集参比波长光能和测量波长光能；两光锥分别将通过工作气室、辅助气室的参比波长光能和测量波长光能汇聚后送固体红外探测器，固体红外探测器的输出信号送单片机，由单片机完成对信号的分析、处理、纠正后输出接显示器。

2. 根据权利要求1所述的红外气体分析仪，其特征是；光源反射镜置于红外光源的一侧，呈八字型；调制盘置于红外光源的另一侧，它由电机带动旋转。

3. 根据权利要求1所述的红外气体分析仪，其特征是：工作气室设有进气口、出气口；辅助气室是一个充有N2气的密封气室，它们分别置于调制盘的另一侧。

4. 根据权利要求1所述的红外气体分析仪，其特征是：从辅助气室采集的参比波长光能与测量波长光能作为分谱误差信号送单片机，进行误差修正。