CN101446553A

CN101446553A - 一种隧道用一氧化碳探测仪

Info

Publication number: CN101446553A
Application number: CN 200810239125
Authority: CN
Inventors: 唐青云; 石莉雯
Original assignee: BEIJING HUAYUN ANALYTICAL INSTRUMENT INSTITUTE
Current assignee: BEIJING HUAYUN ANALYTICAL INSTRUMENT INSTITUTE
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2028-12-09
Also published as: CN101446553B

Abstract

本发明涉及一种隧道用一氧化碳探测仪，它包括：设置在一机箱内的多个采样气嘴和与其对应连接的多个电磁阀；各电磁阀并联连接在一光学检测单元的进气端，一抽气泵连接在光学检测单元的出气端；光学检测单元电连接有一信号处理单元；抽气泵和各电磁阀电连接有一控制单元；光学检测单元、信号处理单元和控制单元电连接有一电源；信号处理单元包括串接的一前置放大器、一主放大器、一AGC控制单元、一峰值检波器、一采样保持器、一减法器及校正网络、一数据处理单元和一通讯单元；一脉冲放大器和一逻辑电路连接后，并联在峰值检波器上。本发明测量精度高，体积小，可以广泛应用在各种隧道对一氧化碳气体浓度的检测中。

Description

一种隧道用一氧化碳探测仪

技术领域

本发明涉及一种气体检测仪器，特别是关于一种隧道用一氧化碳探测仪。

背景技术

隧道是一种特殊的管状构造物，洞内会存在大量的烟、粉尘以及汽车排放的尾气，这些气体若不及时合理的排出，将直接影响到隧道内空气质量及能见度，尤其是汽车排放的尾气中一氧化碳浓度达到一定比例后，将给驾驶员带来严重的健康危害。隧道内意外发生火灾时，会释放大量的一氧化碳气体，一般可以通过一氧化碳检测仪检测出一氧化碳的浓度，第一时间预报火情，以采取相应的应急措施，避免火灾的发生。可见检测一氧化碳浓度对火灾的预报和驾驶员的行车安全至关重要。

目前，检测隧道内一氧化碳浓度的仪器一般采用开放式的气室，其只能对自由扩散到该仪器内的一氧化碳气体进行检测，从而导致仪器检测速度慢，无法及时预报火灾灾情。特别是距离检测仪比较远的一氧化碳气体有些往往检测不到，从而影响了气体浓度值测量的准确性。另外，传统的一氧化碳检测仪包括发射和接收两部分，二者相隔数米，平行设置在隧道的一侧，不但占地面积较大，而且给检测仪的安装调试和维修带来不便。现有国内使用的隧道用一氧化碳检测仪一般是采用国外进口产品，价格比较昂贵。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量精度高，整体封闭式，可以在隧道内任意位置进行主动、多路采样测量的隧道用一氧化碳探测仪。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种隧道用一氧化碳探测仪，其特征在于包括：设置在一机箱内的多个采样气嘴和与其对应连接的多个电磁阀；各所述电磁阀并联连接在一光学检测单元的进气端，一抽气泵连接在所述光学检测单元的出气端；所述光学检测单元电连接有一信号处理单元；所述抽气泵和各所述电磁阀电连接有一控制单元；所述光学检测单元、信号处理单元和控制单元电连接有一电源；其中，所述光学检测单元包括一光源，依次设置在所述光源光路上的一切光器、一气体相关轮、一滤光片、一多次反射气室和一探测器；所述信号处理单元包括两电路，其中一所述电路包括串接的一前置放大器、一主放大器、一AGC控制单元、一峰值检波器、一采样保持器、一减法器及校正网络、一数据处理单元和一通讯单元；另一所述电路为一脉冲放大器和一逻辑电路连接后，并联在所述峰值检波器上；所述数据处理单元包括一单片机，该单片机内预置有一计算一氧化碳气体浓度的程序模块。

所述计算一氧化碳气体浓度的程序模块中预置有一氧化碳的红外线吸收系数K和所述多次反射气室内置的反射光程L和一计算一氧化碳浓度的公式：

C = \frac{In I_{0} - InI}{KL} .

所述信号处理单元中的前置放大器和脉冲放大器分别连接有所述光学检测单元中的探测器。

所述电磁阀连接所述多次反射气室上的入口，所述抽气泵连接所述多次反射气室上的出口。

所述探测器位于所述多次反射气室内最后一抛物面反射镜的焦点处。

本发明具有以下优点：1、由于本发明可以将多条采样管道设置在隧道内的不同位置，并将内置抽气泵与多条采样管道相连接，因此不仅可以主动地采集到隧道内不同位置的气体，还可以对采集到的气体中一氧化碳气体浓度进行测量，然后综合分析，得到更为准确的一氧化碳气体浓度。2、由于本发明中一氧化碳探测仪的各组成部分均安装在同一封闭式的机箱内，机箱密封性可以达到IP65防护等级，因此采用本发明不仅可以在恶劣的环境下长期稳定地运行，而且便于安装调试和维修。3、本发明由于采用了多次反射气室，大大减小了气室的体积，从而有效地缩小了一氧化碳探测仪的体积。4、由于本发明中各组成部件大部分可以采用本领域的常用器件，因此可以降低成本。本发明具有高度的智能化和灵活性，体积小，测量精准性高，可以广泛应用在各种隧道对一氧化碳气体浓度的检测中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的光学检测单元的结构示意图

图3是本发明的信号处理单元的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一个封闭式机箱1，机箱1上设置有四个采样气嘴2(仅以此为例，但不限于此)，以与外界采样管道3连接。每个采样气嘴2连接一个电磁阀4，四个电磁阀4并联连接在一光学检测单元6的进气端，一抽气泵5连接在光学检测单元6的出气端，且光学检测单元6与一信号处理单元7电连接。各电磁阀4和抽气泵5分别与一控制单元8电连接，从而实现控制单元8对各电磁阀4和抽气泵5的开关控制，控制单元8可以采用单片机，也可以采用其它控制设备。一电源9分别为光学检测单元6、信号处理单元7和控制单元8供电。

如图2所示，本发明的光学检测单元6包括一光源61，光源61的光路上依次设置有一不停转动的切光器62、一气体相关轮63、一滤光片64、一多次反射气室65和一探测器66。其中光源61可以采用一红外激光器，也可以采用其它形式的装置，切光器62为现有技术的各种切光器。气体相关轮63为已有技术中的具有两个密封滤波室的相关轮，其中一个滤波室作为参比室，其内部充有高浓度一氧化碳气体，另一个滤波室作为分析室，其内部充有高纯度的氮气。气体相关轮63是利用精细光谱理论提高选择性，使其它背景气体对一氧化碳不产生干扰吸收。滤光片64仅允许透过能够被一氧化碳吸收的那部分波长的光。多次反射气室65为一现有技术的装置，其内具有多个抛物面反射镜(图中未示出)，光程为L；多次反射气室65上部具有一入口651和一出口652，入口651连接电磁阀4，出口652连接抽气泵5，且出口652作为排出被测气体的通道。探测器66位于多次反射气室65内最后一抛物面反射镜的焦点处，其可以采用一半导体红外探测器，也可以采用与光源61对应的其它装置，探测器66用于将光信号转换为电信号。

本发明光学检测单元6操作时，光源61发出的红外激光(仅以此为例进行说明)通过参比室中的一氧化碳气体时，红外激光中的能够被一氧化碳气体吸收的波长的光会被吸收掉；但是红外激光通过分析室中的氮气时，红外激光是完全不被吸收的。当通过抽气泵5进入多次反射气室65的气体中没有一氧化碳气体时，探测器66接收的通过分析室和参比室的光信号，即分析和参比光信号的强度是不变化的；而当多次反射气室65的气体中有一氧化碳气体时，参比光信号的强度仍然保持不变，而分析光信号强度将会发生变化。

如图3所示，本发明的信号处理单元7，其包括两路，其中一路为依次连接的一前置放大器71，一主放大器72、一AGC控制单元73、一用于检测信号的波形峰值的峰值检波器74、一用于保持信号的波形峰值的采样保持器75、一减法器及线性化校正网络76、一数据处理单元77和一为通讯接口的通讯单元78。AGC控制单元73在本实施例中由一型号为P873-25的线性光电耦合器和一型号为TL062的双运算放大器组成。其中另一路为一脉冲放大器79连接一逻辑电路710后，并联在在峰值检波器74上。前置放大器71、主放大器72、峰值检波器74、采样保持器75、减法器及线性化校正网络76、脉冲放大器79和逻辑电路710为本领域常用设备和电路，在此不再详述。信号处理单元7还包括一用于给信号处理单元7中各单元提供稳定电压的逆变电源711。其中数据处理单元77由一单片机及外围辅助电路组成，该单片机内预置有一计算一氧化碳气体浓度的程序模块，该模块内存储了一氧化碳的红外线吸收系数K和多次反射气室65内置的反射光程L，及一氧化碳浓度计算公式：

C = \frac{In I_{0} - In I^{,}}{KL}

上述实施例中，通讯单元78通过数据线连接到公路管理部的中央控制室中的一显示单元10，比如型号为LCM12864ZK的LCD显示屏，其将测得的一氧化碳浓度值显示出来。通过通讯单元78还可以连接一无线发射装置(图中未示出)，将检测到一氧化碳浓度信息发射至公路管理部的中央控制室。

本发明操作时，首先，将四条采样管道3(仅以此为例，但不限于此)的采气口设置在隧道内的不同位置，并将每条采样管道3的另一端连接机箱1上的四个采样气嘴2。然后，控制单元8开启任一电磁阀4和抽气泵5，被测气体通过相应的采样管道3依次进入采样气嘴3、电磁阀4和光学检测单元6中的多次反射气室65。在光学检测单元6中，光源61发出的红外激光依次经过切光器62、气体相关轮63、滤光片64，然后进入充满被测气体的多次反射气室65，汇聚到探测器66上。切光器62在转动一个周期的过程中，分析室和参比室交替进入光路，探测器66按不同时间顺序接收到分析和参比光信号，并转化为分析和参比电信号后，依次输送至前置放大器71、主放大器72、AGC控制单元17、峰值检波器74和采样保持器75；在此周期内，不通过气体相关轮63上的分析室和参比室的红外激光，通过多次反射气室65后，被探测器66接收，并转化为电信号，即同步电信号，依次输送给脉冲放大器79、逻辑电路710、峰值检波器74和采样保持器75。

设光源61发出的红外激光光强为I₀，则对应的参比电信号强度不变，仍为I₀；分析电信号强度为I’，且I₀大于I’。峰值检波器74将分析和参比电信号波形的峰值I’、I₀检测出来，输送给采样保持器75，采样保持器75利用光学检测单元6中输出的同步信号，使峰值检测器17检测出的分析和参比电信号波形的峰值I’、I₀保持不变，并输送给减法器及线性化校正网络20和数据处理单元77。数据处理单元77的单片机根据以上输送的分析和参比电信号I’、I₀的大小，及存储在计算一氧化碳气体浓度的程序模块中的一氧化碳的红外线吸收系数K和多次反射气室65的反射光程L，计算一氧化碳气体浓度的程序模块可以利用预置在其内的以下公式对一氧化碳的浓度进行计算，其计算式如下：

C = \frac{In I_{0} - In I^{,}}{KL}

上式计算出的结果通过显示单元10显示出来。

上述各实例中，机箱1的密封性可以达到IP65防护等级。

上述各实施例中，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1、一种隧道用一氧化碳探测仪，其特征在于包括：设置在一机箱内的多个采样气嘴和与其对应连接的多个电磁阀；各所述电磁阀并联连接在一光学检测单元的进气端，一抽气泵连接在所述光学检测单元的出气端；所述光学检测单元电连接有一信号处理单元；所述抽气泵和各所述电磁阀电连接有一控制单元；所述光学检测单元、信号处理单元和控制单元电连接有一电源；其中，

所述光学检测单元包括一光源，依次设置在所述光源光路上的一切光器、一气体相关轮、一滤光片、一多次反射气室和一探测器；

所述信号处理单元包括两电路，其中一所述电路包括串接的一前置放大器、一主放大器、一AGC控制单元、一峰值检波器、一采样保持器、一减法器及校正网络、一数据处理单元和一通讯单元；另一所述电路为一脉冲放大器和一逻辑电路连接后，并联在所述峰值检波器上；

所述数据处理单元包括一单片机，该单片机内预置有一计算一氧化碳气体浓度的程序模块。

2、如权利要求1所述的一种隧道用CO探测仪，其特征在于：所述计算一氧化碳气体浓度的程序模块中预置有一氧化碳的红外线吸收系数K和所述多次反射气室内置的反射光程L和一计算一氧化碳浓度的公式：

C = \frac{In I_{0} - InI}{KL} .

3、如权利要求1所述的一种隧道用CO探测仪，其特征在于：所述信号处理单元中的前置放大器和脉冲放大器分别连接有所述光学检测单元中的探测器。

4、如权利要求2所述的一种隧道用CO探测仪，其特征在于：所述信号处理单元中的前置放大器和脉冲放大器分别连接有所述光学检测单元中的探测器。

5、如权利要求1或2或3或4所述的一种隧道用CO探测仪，其特征在于：所述电磁阀连接所述多次反射气室上的入口，所述抽气泵连接所述多次反射气室上的出口。

6、如权利要求1或2或3或4所述的一种隧道用CO探测仪，其特征在于：所述探测器位于所述多次反射气室内最后一抛物面反射镜的焦点处。

7、如权利要求6所述的一种隧道用CO探测仪，其特征在于：所述探测器位于所述多次反射气室内最后一抛物面反射镜的焦点处。