CN106501199A - 具有自清洁窗口的气体检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有自清洁窗口的气体检测装置及方法，所述气体检测装置包括光源、分析模块；窗口设置在待测气体的边界，光源发出的第一波长的光被待测气体吸收，发出的第二波长的光不会被所述待测气体吸收；清洁模块用于清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面；探测器将光源发出的穿过所述窗口、待测气体后的分别对应于第一波长、第二波长的出射光转换为第一电信号、第二电信号，第一电信号送分析模块，第二电信号送判断模块；判断模块用于判断所述第二电信号是否小于阈值：若小于阈值，启动所述清洁模块；若不小于阈值，正常检测。本发明具有精度高、结构简单、低成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光电分析，特别涉及具有自清洁窗口的气体检测装置及方法。
背景技术
在利用吸收光谱技术测量烟道内气体浓度的应用中，用于隔离烟道和探测单元的光学窗口常常会受到烟道内油污和粉尘的污染，传统解决方法有以下二种：
1.定期人工维护擦拭光学窗口。这种方式具有不足，如，须在管道停气时擦拭，不能根据需要而随时擦拭，污染的窗口严重降低了检测准确度，甚至使气体检测无法进行。
2.仅利用零气(常用氮气)对光学窗口进行吹扫。这种方式具有不足，如，随着检测时间的变长，窗口上会沉积待测气体或零气中的污物，如油污、污渍等污染物，这些污染物无法自动去除，只能通过上述的人工方式去除。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种准确度高的具有自清洁窗口的气体检测装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有自清洁窗口的气体检测装置，所述气体检测装置包括光源、分析模块；所述气体检测装置进一步包括：
窗口，所述窗口设置在待测气体的边界，光源发出的第一波长的光被待测气体吸收，发出的第二波长的光不会被所述待测气体吸收；
清洁模块，所述清洁模块用于清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面；
探测器，所述探测器将光源发出的穿过所述窗口、待测气体后的分别对应于第一波长、第二波长的出射光转换为第一电信号、第二电信号，第一电信号送分析模块，第二电信号送判断模块；
判断模块，所述判断模块用于判断所述第二电信号是否小于阈值：若小于阈值，启动所述清洁模块；若不小于阈值，正常检测。
根据上述的气体检测装置，优选地，所述参数是浓度或速度或温度。
根据上述的气体检测装置，优选地，所述清洁模块包括：
清洗液仓，所述清洗液仓内装清洗液；
第一阀门，所述第一阀门控制所述清洗液仓与出口连通与否；
出口，所述出口适于将清洗液施加到所述窗口的临着待测气体的侧面；
旋转臂，所述旋转臂固定在马达的转轴上；
刮条，所述刮条设置在所述旋转臂上，当旋转臂转动时刮条刮去所述窗口的临着待测气体的侧面上的附着物。
根据上述的气体检测装置，优选地，所述清洁模块进一步包括：
气源；
第二阀门，所述第二阀门控制气源和所述出口连通与否。
根据上述的气体检测装置，可选地，所述窗口包括：
第一窗口、第二窗口，分别设置在待测气体的相对的两侧的边界，所述光源发出的光依次穿过第一窗口、待测气体和第二窗口。
根据上述的气体检测装置，可选地，所述光源为可调谐激光器，所述激光器的输出波长被分时地调谐到第一波长、第二波长，所述探测器分时地输出第一电信号、第二电信号。
根据上述的气体检测装置，可选地，所述光谱为宽谱光源，在所述探测器的上游设置第一滤光器件、第二滤光器件，所述第一滤光器件滤除第二波长的光，所述第二滤光器件滤除第一波长的光，第一探测器接收经过第一滤光器件后的对应于第一波长的光，同时地，第二探测器接收经过第二滤光器件后的对应于第二波长的光。
根据上述的气体检测装置，优选地，所述窗口对第一波长、第二波长的光透明。
本发明的目的还在于提供了一种检测准确度高的气体检测方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现：
气体检测方法，所述气体检测方法包括以下步骤：
(A1)光源发出的第二波长的光穿过窗口、待测气体，所述窗口设置在待测气体的边界；所述第二波长的光不会被所述待测气体吸收；
(A2)探测器将穿过所述待测气体的第二波长的光转换为第二电信号，并传送到判断模块；
(A3)判断模块判断所述第二电信号是否小于阈值：
若小于阈值，进入步骤(A4)；
若不小于阈值，进入步骤(A5)；
(A4)清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面；
(A5)探测器将所述光源发出的且穿过所述窗口、待测气体的第一波长的光转换为第一电信号，所述第一波长的光被所述待测气体吸收，利用所述第一电信号分析待测气体对第一波长的光的吸收，从而获知待测气体的参数。
根据上述的气体检测方法，可选地，在步骤(A4)中，清洁所述窗口后，进入步骤(A1)。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
创造性地利用了同一光源发出的第一波长的光、第二波长的光，利用待测气体对光源发出的第一波长的光的吸收检测待测气体，利用窗口对光源发出的第二波长的光的影响获得窗口是否被污染，从而获知窗口上是否有附着物阻挡了第一波长的光的透射，进而提高了待测气体检测的准确度；
利用二个检测器同时检测第一波长的光、第二波长的光，可实时(而非间断式)获知窗口是否被污染，从而及时、彻底清理窗口，为气体的准确检测打下基础；
清洁模块根据需要地彻底清理窗口上的附着物，从而排除了附着物对待测气体检测的不利影响，进一步提高了检测准确度。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例1的具有自清洁窗口的气体检测装置的结构简图；
图2是根据本发明实施例2的具有自清洁窗口的气体检测装置的结构简图；
图3是根据本发明实施例4的具有自清洁窗口的气体检测装置的结构简图。
具体实施方式
图1-3和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的具有自清洁窗口的气体检测装置的结构简图，如图1所示，所述气体检测装置包括：
可调谐半导体激光器，所述激光器发出第一波长的光、第二波长的光，所述第一波长的光被待测气体选择性吸收，所述第二波长的光不会被所述待测气体吸收；
窗口，所述窗口为两个，分别设置在待测气体的相对的两个边界，隔离所述待测气体与外界；
清洁模块，所述清洁模块用于清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面；所述清洁模块包括：
清洗液仓，所述清洗液仓内装清洗液；
第一阀门，所述第一阀门控制所述清洗液仓与出口连通与否；
出口，所述出口适于将清洗液施加到所述窗口的临着待测气体的侧面；
旋转臂，所述旋转臂固定在马达的转轴上；
刮条，所述刮条设置在所述旋转臂上，当旋转臂转动时刮条刮去所述窗口的临着待测气体的侧面上的附着物；
气源；
第二阀门，所述第二阀门控制气源和所述出口连通与否。
探测器，所述探测器仅为一个，将激光器发出的穿过所述窗口、待测气体后的分别对应于第一波长、第二波长的出射光转换为第一电信号、第二电信号，第一电信号送分析模块，第二电信号送判断模块；
判断模块，如判断软件或电路，所述判断模块用于判断所述第二电信号是否小于阈值：
若小于阈值，启动所述清洁模块；先使用气体吹窗口上的污物，之后将清洗液施加在窗口的临着待测气体的侧面上，溶解污物或使污物湿润成糊状，旋转的刮条刮去污物；
若不小于阈值，正常检测。
本发明实施例的气体检测方法，也即上述气体检测装置的工作过程，所述气体检测方法包括以下步骤：
(A1)激光器发出的光被调谐到第二波长，第二波长的光穿过窗口、待测气体，所述窗口设置在待测气体的边界；所述第二波长的光不会被所述待测气体吸收；
(A2)探测器将穿过所述待测气体的第二波长的光转换为第二电信号，并传送到判断模块；
(A3)判断模块判断所述第二电信号是否小于阈值：
若小于阈值，进入步骤(A4)；
若不小于阈值，进入步骤(A5)；
(A4)清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面：先使用气体吹窗口上的污物，之后将清洗液施加在窗口的临着待测气体的侧面上，溶解污物或使污物湿润成糊状，旋转的刮条刮去污物；进入步骤(A1)；
(A5)激光器发出的光被调谐到第一波长(也即激光器分时发出第二波长、第一波长的光)，第一波长的光穿过窗口、待测气体；所述第一波长的光被所述待测气体选择性吸收；
探测器将穿过所述待测气体的第一波长的光转换为第一电信号，并传送到分析模块；
分析模块利用吸收光谱技术处于所述第一电信号，从而获知待测气体的参数，如浓度、速度或温度。
实施例2：
图2示意性地给出了本发明实施例的具有自清洁窗口的气体检测装置的结构简图，如图2所示，与实施例1不同的是：
1.光源采用宽谱光源，发出的光同时包含第一波长、第二波长的光；
2.在窗口和探测器之间设置由马达驱动的旋转的第一滤光片、第二滤光片，所述第一滤光片仅通过第一波长的光，第二滤光片仅通过第二波长的光。
本发明实施例的气体检测方法，也即上述气体检测装置的工作过程，所述气体检测方法包括以下步骤：
(A1)宽谱光源同时发出第一波长、第二波长的光，光穿过窗口、待测气体，所述窗口设置在待测气体的边界；
(A2)仅有的一个探测器将穿过所述待测气体的且被旋转的第二滤光片滤掉第一波长的第二波长的光转换为第二电信号，并传送到判断模块；
所述探测器将穿过所述待测气体的且被旋转的第一滤光片滤掉第二波长的光转换为电信号，从而获得与第一波长的光对应的第一电信号，并传送到分析模块；
(A3)判断模块判断所述第二电信号是否小于阈值：
若小于阈值，进入步骤(A4)；
若不小于阈值，进入步骤(A5)；
(A4)清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面：先使用气体吹窗口上的污物，之后将清洗液施加在窗口的临着待测气体的侧面上，溶解污物或使污物湿润成糊状，旋转的刮条刮去污物；进入步骤(A1)；
(A5)分析模块利用吸收光谱技术处理所述第一电信号，从而获知待测气体的参数，如气体浓度、速度或温度。
实施例3：
本发明实施例的气体检测方法，所述气体检测方法包括以下步骤：
(A1)宽谱光源同时发出第一波长、第二波长的光，光穿过窗口、待测气体，所述窗口设置在待测气体的边界；
(A2)探测器将穿过所述待测气体的且被旋转的第二滤光片滤掉第一波长的第二波长的光转换为第二电信号，并传送到判断模块；
探测器将穿过所述待测气体的且被旋转的第一滤光片滤掉第二波长的光转换为电信号，从而获得与第一波长的光对应的第一电信号，并传送到分析模块；分析模块利用吸收光谱技术处于所述第一电信号，从而获知待测气体的参数，如气体浓度、速度或温度；
(A3)判断模块判断所述第二电信号是否小于阈值：
若小于阈值，表明所述待测气体的参数不准确，舍弃不用，进入步骤(A4)；
若不小于阈值，所述待测气体的参数输出；
(A4)清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面：先使用气体吹窗口上的污物，之后将清洗液施加在窗口的临着待测气体的侧面上，溶解污物或使污物湿润成糊状，旋转的刮条刮去污物；进入步骤(A1)。
实施例4：
图3示意性地给出了本发明实施例的具有自清洁窗口的气体检测装置的结构简图，如图3所示，所述气体检测装置包括：
宽谱光源，所述光源同时发出第一波长的光、第二波长的光，所述第一波长的光被待测气体吸收，所述第二波长的光不会被所述待测气体吸收；
窗口，所述窗口为两个，分别设置在待测气体的相对的两个边界，隔离所述待测气体与外界；
清洁模块，所述清洁模块用于清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面；所述清洁模块包括：
清洗液仓，所述清洗液仓内装清洗液；
第一阀门，所述第一阀门控制所述清洗液仓与出口连通与否；
出口，所述出口适于将清洗液施加到所述窗口的临着待测气体的侧面；
旋转臂，所述旋转臂固定在马达的转轴上；
刮条，所述刮条设置在所述旋转臂上，当旋转臂转动时刮条刮去所述窗口的临着待测气体的侧面上的附着物；
气源；
第二阀门，所述第二阀门控制气源和所述出口连通与否；
滤光片，包括第一滤光片、第二滤光片，所述第一滤光片仅通过第一波长的光，第二滤光片仅通过第二波长的光；
探测器，包括第一探测器、第二探测器，用于将光源发出的穿过所述窗口、待测气体后的分别对应于第一波长、第二波长的出射光转换为第一电信号、第二电信号，第一电信号送分析模块，第二电信号送判断模块；
判断模块，如判断软件或电路，所述判断模块用于判断所述第二电信号是否小于阈值：
若小于阈值，启动所述清洁模块；先使用气体吹窗口上的污物，之后将清洗液施加在窗口的临着待测气体的侧面上，溶解污物或使污物湿润成糊状，旋转的刮条刮去污物；
若不小于阈值，正常检测。
本发明实施例的气体检测方法，也即上述气体检测装置的工作过程，所述气体检测方法包括以下步骤：
(A1)宽谱光源同时发出第一波长、第二波长的光，光穿过窗口、待测气体，所述窗口设置在待测气体的边界；
(A2)第一探测器将穿过所述窗口、待测气体、第一滤光片后的对应于第一波长的光转换为第一电信号，并传送到分析模块；
第二探测器将穿过所述窗口、待测气体、第二滤光片后的对应于第二波长的光转换为第二电信号，并传送到判断模块；
(A3)判断模块判断所述第二电信号是否小于阈值：
若小于阈值，进入步骤(A4)；
若不小于阈值，进入步骤(A5)；
(A4)清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面：先使用气体吹窗口上的污物，之后将清洗液施加在窗口的临着待测气体的侧面上，溶解污物或使污物湿润成糊状，旋转的刮条刮去污物；进入步骤(A1)；
(A5)分析模块利用吸收光谱技术处于所述第一电信号，从而获知待测气体的参数，如气体浓度、速度或温度。
Claims (10)
1.一种具有自清洁窗口的气体检测装置，所述气体检测装置包括光源、分析模块；其特征在于：所述气体检测装置进一步包括：
窗口，所述窗口设置在待测气体的边界，光源发出的第一波长的光被待测气体吸收，发出的第二波长的光不会被所述待测气体吸收；
清洁模块，所述清洁模块用于清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面；
探测器，所述探测器将光源发出的穿过所述窗口、待测气体后的分别对应于第一波长、第二波长的出射光转换为第一电信号、第二电信号，第一电信号送分析模块，第二电信号送判断模块；
判断模块，所述判断模块用于判断所述第二电信号是否小于阈值：若小于阈值，启动所述清洁模块；若不小于阈值，正常检测。
2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：所述参数是浓度或速度或温度。
3.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：所述清洁模块包括：
清洗液仓，所述清洗液仓内装清洗液；
第一阀门，所述第一阀门控制所述清洗液仓与出口连通与否；
出口，所述出口适于将清洗液施加到所述窗口的临着待测气体的侧面；
旋转臂，所述旋转臂固定在马达的转轴上；
刮条，所述刮条设置在所述旋转臂上，当旋转臂转动时刮条刮去所述窗口的临着待测气体的侧面上的附着物。
4.根据权利要求3所述的气体检测装置，其特征在于：所述清洁模块进一步包括：
气源；
第二阀门，所述第二阀门控制气源和所述出口连通与否。
5.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：所述窗口包括：
第一窗口、第二窗口，分别设置在待测气体的相对的两侧的边界，所述光源发出的光依次穿过第一窗口、待测气体和第二窗口。
6.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：所述光源为可调谐激光器，所述激光器的输出波长被分时地调谐到第一波长、第二波长，所述探测器分时地输出第一电信号、第二电信号。
7.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：所述光谱为宽谱光源，在所述探测器的上游设置第一滤光器件、第二滤光器件，所述第一滤光器件滤除第二波长的光，所述第二滤光器件滤除第一波长的光，第一探测器接收经过第一滤光器件后的对应于第一波长的光，同时地，第二探测器接收经过第二滤光器件后的对应于第二波长的光。
8.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：所述窗口对第一波长、第二波长的光透明。
9.气体检测方法，所述气体检测方法包括以下步骤：
(A1)光源发出的第二波长的光穿过窗口、待测气体，所述窗口设置在待测气体的边界；所述第二波长的光不会被所述待测气体吸收；
(A2)探测器将穿过所述待测气体的第二波长的光转换为第二电信号，并传送到判断模块；
(A3)判断模块判断所述第二电信号是否小于阈值：
若小于阈值，进入步骤(A4)；
若不小于阈值，进入步骤(A5)；
(A4)清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面，进入步骤(A1)；
(A5)探测器将所述光源发出的且穿过所述窗口、待测气体的第一波长的光转换为第一电信号，所述第一波长的光被所述待测气体吸收，利用所述第一电信号分析待测气体对第一波长的光的吸收，从而获知待测气体的参数。
10.气体检测方法，所述气体检测方法包括以下步骤：
(A1)光源发出的第一波长、第二波长的光穿过窗口、待测气体，所述窗口设置在待测气体的边界；所述第一波长的光被所述待测气体吸收；所述第二波长的光不会被所述待测气体吸收；
(A2)探测器将穿过所述待测气体的第一波长、第二波长的光分别转换为第一电信号、第二电信号，所述第一电信号送分析模块，所述第二电信号送判断模块；
(A3)分析模块利用所述第一电信号分析待测气体对第一波长的光的吸收，从而获知待测气体的参数；
判断模块判断所述第二电信号是否小于阈值：
若小于阈值，进入步骤(A4)；
若不小于阈值，所述待测气体的参数输出；
(A4)清洁所述窗口的临着所述待测气体的侧面，进入步骤(A1)。
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