CN102507461A

CN102507461A - 负滤波式双组份红外气体分析仪

Info

Publication number: CN102507461A
Application number: CN2011103412230A
Authority: CN
Inventors: 索纪文
Original assignee: NANJING ZHIDA ANALYTICAL INSTRUMENT CO Ltd
Current assignee: NANJING ZHIDA ANALYTICAL INSTRUMENT CO Ltd
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明公开了一种负滤波式双组份红外气体分析仪，其在光源和滤波轮之间设有与滤波轮同轴的切光片，切光片由与其相连的切光片驱动电机带动，在切光片上沿圆周方向均匀设有两组滤光片，在滤波轮设有与两组滤光片配合的两个组份参比室。本发明通过定时切换滤波轮分别使滤波轮的敏化室和两个组份的参比室依次切入光路，与切光片不停的旋转配合而分别形成两个组份的测量和参比光信号。通过单片机计算可同时取得双组份浓度值。仪器只需两个滤光片及通过定时改变滤波轮的切换时间可达到零点漂移小的高稳定性。

Description

负滤波式双组份红外气体分析仪

技术领域

本发明涉及一种红外气体分析仪，具体是一种负滤波式双组份红外气体分析仪，该仪器可广泛用于在线连续检测混合气体中CO、CO₂、CH₄、SO₂、NO等任两个组份的气体浓度。

背景技术

工业在线检测两个组份浓度时，一般需要两台单组份的分析仪器，单组份负滤波式红外仪具有零点稳定好、抗背景干扰性极强的优点，但双组份负滤波式红外仪由于每个组份需要两个滤光片，分别安装在滤波轮的敏化室和参比室上，而双组份就需要安装四片滤光片。不仅成本高，而且相同组份的两片滤光片其中心波长、带宽指标难于准确相同，形成了参比信号与测量信号包含的光谱量不准确相同，因而稳定性和抗背景干扰性不好，限制了负滤波式红外分析仪的发展与应用，这也是目前缺少双组份负滤波式红外仪的主要原因。

另一方面，负滤波式红外分析仪都有较重的滤波轮部件，而驱动它需要较大功率的电机，当滤波轮高速旋转时电机的发热大，轴承磨损大，电机故障率高，可靠性差，这是负滤波式红外仪可靠性差、寿命低的最关键的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有高稳定性的负滤波式双组份红外气体分析仪，该分析仪提高了双组份仪器的稳定性和抗背景干扰性及提高滤波轮驱动电机的可靠性。

本发明所述的负滤波式双组份红外气体分析仪，包括光源，设置在光源前端的滤波轮，滤波轮由滤波轮驱动电机带动，在滤波轮后对应位置设置气室，气室包括样气进口和样气出口；在气室末端设有检测器，检测器与信号放大及处理电路相连；其特征在于在光源和滤波轮之间设有与滤波轮同轴的切光片，切光片由与其相连的切光片驱动电机带动，在切光片上沿圆周方向均匀设有两组滤光片，在滤波轮设有与两组滤光片配合的两个组份参比室。

上述切光片一侧设有光电开关，该光电开关与处理电路中的PLC相连。

本发明中的滤波轮不需连续运转，而是由单片机定时切换滤波轮上的气室位置。两个组份的滤光片安装在切光片上，由切光片驱动电机连续驱动切光片转动。光路采用共模设计，即两个组份的任一组份的测量光信号和参比光信号是使用同一光源，同一气室、同一滤光片、同一检测器。仪器的电信号处理也采用共模设计，即所有电信号经过同一放大器、单片机的硬件处理。共模的含义是：使任一组份的测量信号误差和参比信号误差按同一比例变化，并以参比信号与测量信号的比例作为成份变量而保证消除不稳定误差影响。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是切光片示意图，

图3是滤波轮示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的负滤波式双组份红外气体分析仪，包括光源2，设置在光源前端的滤波轮6，滤波轮6由滤波轮驱动电机7带动，在滤波轮6后对应位置设置气室10，气室10包括样气进口8和样气出口9；在气室10末端设有检测器11，检测器11与信号放大及处理电路相连；在光源2和滤波轮6之间设有与滤波轮同轴的切光片4（图2），切光片4由与其相连的切光片驱动电机1带动，在切光片4上沿圆周方向均匀设有两组滤光片（图3），在滤波轮6设有与两组滤光片配合的两个组份参比室以及一个敏化室12。

本发明的工作特点：

（1）提高双组份仪器稳定性及抗背景干扰性的措施

由于负滤波原理要求某组份的测量信号V_测和参比信号V_参是由相同光谱特征即同一滤光片的光所产生的信号。故两个组份只能用四个滤光片。本发明增设了切光片，滤光片安装在切光片上，只需两个滤光片与滤波轮的两个组份参比室配合，就可以测得两个组份的参比信号V_1参和V_2参，同时与滤波轮的敏化室配合，又可以测得两个组份的测量信号V_1测和V_2测。通过计算公式可计算出双组份成份浓度。因为本发明的双组份负滤波式仪器每个组份只用一个滤光片，测量信号与参比信号光谱完全相同，因而影响稳定性的误差和背景气体的干扰误差在浓度计算V_参/V_测时分子、分母同时变化可以抵消，从而提高仪器的稳定性和抗背景干扰性能。

（2）提高仪器可靠性的技术措施

负滤波式红外仪必须要有可切换测量与参比信号的滤波轮，驱动滤波轮电机的发热及轴承磨损是降低可靠性的主要原因。而产生这些现象的关键在于电机高速连续运转所造成的。本发明由于增设了连续运转切光的切光片，从而不需要滤波轮连续运转进行切光。而滤波轮测量和参比信号的切换只需定时，一般几个小时切换一次就可以了，本发明用于驱动滤波轮的电机只需定时旋转一个角度就可以完成测量与参比信号的切换。因此，滤波轮驱动电机也不会发热，轴承的磨损也大大减少，从而提高了负滤波式红外仪的可靠性。当滤波轮的敏化室透光时，通过切光片连续旋转切光，探测器输出信号分别是组份1的测量信号V_1测和组份2的测量信号V_2测，

当滤波轮组份1的参比室透光时，通过切光片切光，探测器输出组份1的参比信号V_1参和组份2波长的光穿过组份1参比室的无用信号V_2-1，

当滤波轮组份2的参比室透光时，通过切光片切光，探测器输出组份2的参比信号V_2参和组份1波长的光穿过组份2参比室的无用信号V_1-2

浓度计算公式为：

组份1浓度：

式1

组份2浓度：

式2

式中：K1，K2分别为组份1和组份2的量程调整系数，

A1、A2分别为组份1和组份2的零点调整系数，

从式1和式2可知，当光源、检测器、滤光片等受温度影响或透光受灰尘影响和背景气干扰引起光能变化时，分子项的参比信号V_1参或V_2参与分母项的V_1测和V_2测按同比例变化，不会影响组份浓度值C₁、C₂的变化，因而光路和电路的共模设计可保证仪器的稳定性和抗背景气干扰性。

Claims

1.一种负滤波式双组份红外气体分析仪，包括光源（2），设置在光源前端的滤波轮（6），滤波轮（6）由滤波轮驱动电机（7）带动，在滤波轮（6）后对应位置设置气室（10），气室（10）包括样气进口（8）和样气出口（9）；在气室（10）末端设有检测器（11），检测器（11）与信号放大及处理电路相连；其特征在于在光源（2）和滤波轮（6）之间设有与滤波轮同轴的切光片（4），切光片（4）由与其相连的切光片驱动电机（1）带动，在切光片（4）上均匀设有两组滤光片，在滤波轮（6）设有与两组滤光片配合的两个组份参比室。

2.根据权利要求1所述的负滤波式双组份红外气体分析仪，其特征在于在切光片（4）一侧设有光电开关，该光电开关与处理电路中的PLC相连。

3.根据权利要求1所述的负滤波式双组份红外气体分析仪，其特征在于在滤波轮（6）设有敏化室。