CN107328615B - 一种智能气体进样控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种智能气体进样控制器，包括：用于收集所述气体产生仪器生成的气体，并接入所述气体分析仪器进行在线分析；在所述控制器内，将收集的气体调整为气体分析仪器所要求的气体，其中，气体分析仪器的要求包括：特定的浓度范围和气体背景成分；使用气体分析仪器所要求的气体背景成分的零气，或者纯气自动混合的方式，进行稀释和样品气体成分调整，所述智能气体进样控制器按照设定定期向分析仪器通入一个或多个标准气源，对所述气体分析仪进行在线外标，并对样品结果进行回算。本发明自动收集稀释各种气体，连续进样，连接后端设备连续测量同位素含量，自动存储处理数据。

Description

一种智能气体进样控制器
技术领域
本发明涉及大气、水文检测和生态学的气体采集装置技术领域，特别涉及一种智能气体进样控制器。
背景技术
稳定性同位素方法是大气、水文和生态等多种学科的重要研究手段。广泛应用于本底大气同位素组成、CH4和N2O等温室气体排放来源、有机质和污染物来源的追踪、植物或土壤水分来源、植物水分利用效率、植被变迁、动物的食物来源、动物营养级位置、动物迁徙活动和长期气候变化等。同时，稳定性同位素在地质历史中的变化为研究成岩作用提供了珍贵的地球化学信息，对了解环境演化具有重大意义。现有的各种气体同位素分析仪和水同位素分析仪直接分析各种气体和水的同位素组成，为进行同位素研究提供了极大的便利。然而，涉及到固体(如土壤、植物、岩石等)和液体(如污染的水源等)中同位素时，研究依然存在一定的难点。有些研究者通过将固体或液体转化成气体对其收集再进行同位素分析，虽能达到同位素分析的目的，但是操作繁琐，且不能连续测量多个样品。
目前的稳定性同位素分析仪包括各种气体同位素分析仪和水同位素分析仪，然而却没有一款同位素分析仪可以直接测量固体或液体中的同位素。目前，可以考虑将固体或液体用特定装置转化成气体后再进行同位素分析。到那时，固体或液体转化成气体后的气体浓度一般较高，超过了仪器浓度依赖性校准范围，且转化过程中产生气体的浓度高峰值可能导致气体分析仪死机，因此不能直接将产生的气体连接分析仪进行分析，需要一个收集和处理气体的中间缓冲装置。但是目前并没有集收集和稀释气体为一体的中间智能装置。
如果将产生的气体手动收集到气袋或气瓶再用同位素分析仪进行测量，操作繁琐，气体浓度没有精确的稀释范围，且不能对多个样品进行连续测量，从而使得对固体或液体中同位素的研究受到限制。
同时，传统的用气袋或气瓶测量同位素或气体浓度的情况下，测量完成后无法确保气袋或气瓶被真正清空，对下次采集的样品造成误差。手动清空方式麻烦。
一般分析仪在工作过程中需要进行标定，若要确保数据的稳定性和精度，需要定时标定。传统的对分析仪标定的方法比较繁琐，需要人为操作，更换管路连接，手动执行标定。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种智能气体进样控制器，实现自动收集和稀释各种气体，连续进样，连接后端设备连续测量同位素含量，自动存储和处理数据。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种智能气体进样控制器，包括：测量系统、中央处理器、控制单元、存储单元、显示单元、数据采集单元和数据传输单元，其中，
所述测量系统包括气体产生仪器、智能气体进样控制器、标气储存装置、零气储存装置和气体分析仪。所述测量系统用于收集所述气体产生仪器生成的气体，并接入所述气体分析仪器进行在线分析；在所述控制器内，将收集的气体调整为气体分析仪器所要求的气体，其中，气体分析仪器的要求包括：特定的浓度范围和气体背景成分；使用气体分析仪器所要求的气体背景成分的零气，或者纯气自动混合的方式，进行稀释和样品气体成分调整，所述智能气体进样控制器按照设定定期向分析仪器通入一个或多个标准气源，对所述气体分析仪进行在线外标，并对样品结果进行回算。
首先由所述控制单元发出清空指令，智能气体进样控制器自动清空第一和第二采样气袋，然后所述控制单元向前端的所述气体产生仪器发出指令，或智能气体进样控制器接收到采样指令，打开采样阀门和零气储存装置阀门，将所述零气存储装置释放的与样品气体相同背景的零气作为载气将样品气体吹扫进入第一气袋，待采样完毕，关闭采样阀门和零气储存装置阀门，结束第一气袋采样过程；
同时打开气体分析仪器的进样阀门，将第一气袋采集的样气通入所述气体分析仪器进行测量，由所述数据采集单元采集所述第一气袋的气体数据，并发送至所述中央处理器，由所述中央处理器进一步发送至所述控制单元，根据所述气体数据实时测得气体浓度数据，如果所述控制单元判断该气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，则无需对样品进行稀释，否则由控制单元控制的零气存储装置对第一气袋中的样品注入相同背景的零气进行稀释，直至第一气袋中的气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，关闭零气稀释阀门，开始进行样气分析检测，待所述控制单元获得稳定的数据结果后，开始采集存储测量数据，并对结果进行数据计算处理，并将计算结果存储到结果文件中，此时结束第一气袋的测量；
在结束第一气袋采样过程的同时，由所述控制单元启动对第二气袋的采样，待第二气袋采样完毕，关闭采样阀门和零气阀门，结束第二气袋采样过程，同时打开气体分析仪器的进样阀门，将第二袋采集的样气通入所述气体分析仪器进行测量，由数据采集单元采集所述第二气袋的气体数据，并发送至所述中央处理器，由所述中央处理器进一步发送至所述控制单元，根据所述气体数据实时测得气体浓度数据，如果所述控制单元判断该气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，则无需对样品进行稀释，否则由控制单元控制的零气存储装置对第二气袋中的样品注入相同背景的零气进行稀释，直至第二气袋中的气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，关闭零气稀释阀门，开始进行样气分析检测，待控制单元获得稳定的数据结果后，开始采集存储测量数据，并对结果进行数据计算处理，将计算结果存储到结果文件中，此时结束第二气袋的测量；
其中，在第二气袋采样结束前，控制完成对第一气袋的清空，并在第二气袋采样结束后，再次启动第一气袋的采样过程，如此循环，实现对所述第一气袋和第二气袋中气体的采集和稀释，将稀释后的气体通入所述气体分析仪器，以实现对所述气体的数据分析，
其中，在任一气袋采样过程中，控制单元控制打开标气装置的标气一阀门，向气体分析仪器中注入标气一，对分析仪器进行标定测量，待测量稳定后，采集测量数据，数据结果保存于所述存储单元中，同时关闭标气一阀门；待标气一阀门关闭后，所述控制单元控制打开标气装置的标气二阀门，向气体分析仪器中注入标气二，对分析仪器进行标定测量，待测量稳定后，采集测量数据，数据结果保存于所述存储单元中，同时关闭标气一阀门，
其中控制单元获得标气测量结果后，即对样气进行实时结果回算，计算出每个样品的真实值，并保存于存储单元中，所述显示单元用于设置、控制并显示各个单元的工作状态，所述数据传输单元与所述中央处理器相连，用于与外部的终端设备进行数据传输。
进一步，所述气体产生仪器包括：自动进样器、TOC、真空马弗炉、元素分析仪、顶空瓶和气袋。
进一步，所述存储单元采用SD卡，所述显示单元采用触摸屏。
进一步，所述数据传输单元采用有线或无线通信单元，所述数据传输单元进一步与移动终端进行通信，以将相关数据推送至管理员。
进一步，当检测到第一或第二气袋内的压力超过预设安全值时，自动发出报警提示，自动发出报警提示，并自动触发进气阀门开关，停止注气。
进一步，对第一和第二气袋采样多级清空方式，包括：采用吸收剂、顶空、过滤方式的真空和采用零气进行吸附、低温、冷阱。
进一步，在所述第一和第二气袋内分别设置有压差传感器或限位传感器，所述压差传感器用于测量气袋内的压差，所述限位传感器用于感触到气袋的位置，
根据所述压差传感器测量的压差或所述限位传感器感触的位置的变化实现对第一和第二气袋的清空。
进一步，在对第一气袋和第二气袋内的样品气体的非测量时间内，通过外标法进行自动或手动标定，通过数据回算矫正测量数据。
进一步，所述气体分析仪器为：二氧化碳同位素分析仪、氧化亚氮同位素分析仪或甲烷同位素分析仪。
进一步，所述控制单元通过向第一气袋或第二气袋通入零气，以对第一气袋或第二气袋内的样品气体进行稀释，直至符合预设的分析仪测量范围。
根据本发明实施例的智能气体进样控制器，通过将储气装置(例如气袋)内的样品气体稀释至预设分析仪允许的范围内，使得稀释后的气体可以通入气体分析仪器，而不会导致分析仪死机。本发明实现了自动收集和稀释各种气体，连续进样，连接后端设备连续测量同位素含量，自动存储和处理数据。通过对固体或液体样品燃烧后产生的气体的收集、稀释和同位素测量，为固体或液体中同位素的研究提供极大的方便，从而把稳定性同位素的研究向更广的方向发展。同时，本发明也可以连接后端设备实现对已收集气体的稀释和同位素测量或者已收集气体的浓度测量，并完成气袋或气瓶的自动和真正清空，使得用气袋或气瓶方法测量同位素和气体浓度更加方便和精确。此外，本发明通过外标法进行自动或手动标定，通过数据回算矫正测量数据。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的智能气体进样控制器的标样和清空的气路图；
图2为根据本发明实施例的第一气袋采样的气路图；
图3为根据本发明实施例的第一气袋稀释和第二气袋采样的气路图；
图4为根据本发明实施例的第一气袋测量和第二气袋采样的气路图；
图5为根据本发明实施例的第一气袋清空和第二气袋采样的气路图；
图6为根据本发明实施例的第二气袋稀释和第一气袋采样的气路图；
图7为根据本发明一个实施例的智能气体进样控制器的结构图；
图8为根据本发明另一个实施例的智能气体进样控制器的结构图；
图9为根据本发明实施例的显示单元的结构图；
图10为根据本发明实施例的智能气体进样控制器的控制原理图；
图11为根据本发明实施例的智能气体进样控制器的工作流程图。
附图标记：
可变体积气袋-1；汇流阀块-2；流量计-3；切换电磁阀组-4；气泵-5；分流阀块-6；开关电源-7；散热风扇-8；电磁阀控制单元板-9；总控制板-10；分析仪通讯接口-11；前端气体产生仪器控制接口-12；过滤器-13；电源接口-14；气路接口-15；触摸屏-16；开关-17；SD卡-18。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提出一种智能气体进样控制器，该控制器采用全自动和手动相结合的方式，实现对目标气体的采样和稀释，并将稀释后的气体提供给后端的气体分析仪器进行数据分析。
本发明实施例的智能气体进样控制器，包括：测量系统、中央处理器、控制单元、存储单元、显示单元、数据采集单元和数据传输单元。
首先说明的是，本发明的智能气体进样控制器可以在前端随意连接各种前端设备。测量系统包括气体产生仪器、智能气体进样控制器、标气储存装置、零气储存装置和气体分析仪。其中，气体产生仪器包括：自动进样器、总有机碳TOC、真空马弗炉、元素分析仪、反硝化瓶和气袋等。当然，上述前端设备仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明中连接的前端设备还可以为其他仪器，在此不再赘述。
具体地，收集气体产生仪器生成的气体，并接入气体分析仪器进行在线分析；在控制器内，将收集的气体调整为气体分析仪器所要求的气体。其中，气体分析仪器的要求包括：特定的浓度范围和气体背景成分；使用气体分析仪器所要求的气体背景成分的零气，或者纯气自动混合的方式，进行稀释和样品气体成分调整，智能气体进样控制器按照设定定期向分析仪器通入一个或多个标准气源，对气体分析仪进行在线外标，并对样品结果进行回算。
在本发明中，首先由控制单元发出清空指令，智能气体进样控制器自动清空第一和第二采样气袋。在第一和第二气袋内分别设置有压差传感器或限位传感器，压差传感器用于测量气袋内的压差，限位传感器用于感触到气袋的位置。然后，根据压差传感器测量的压差或限位传感器感触的位置的变化实现对第一和第二气袋的清空。
在本发明的一个实施例中，采样多级清空方法，包括：采用吸收剂、顶空、过滤方式的真空和采用零气进行吸附、低温、冷阱。
此外，可以利用压差传感器自动检测气袋压力和容积，气袋自动安全保护，停止进样或稀释，防止气袋爆破。即，当气袋压力超过预设安全值后，进行记录。当记录超过一定的次数时，则自动向用户发出报警提示，自动发出报警提示，并自动触发进气阀门开关，停止注气。
需要说明的是，第一和第二气袋均为可变体积气袋，气袋的材质根据样品气体进行选择，采集测量不同的气体样品，且对同位素α和β无影响。
进一步，本发明采用双气袋(第一和第二气袋)法连续采样，但是气袋的数量不限于两个，还可以为多个。即，采用多气袋法实现连续进样。具体使用气袋的数量根据目标气体进行选取，在此不再赘述。
在本发明的一个实施例中，也可以采用气瓶或注射器等储气装置代替气袋使用。
在完成对第一和第二气袋的清空，从标气储存装置通入标气以进行标定。开始燃烧样品，由控制单元控制第一气袋开始采样，并控制零气储存装置向气体分析仪器通入零气。
需要说明的是，本发明以零气为气体背景，自动与气体样品混合，采用气袋等储气装置解决气体混合问题。其中，本发明使用的零气为大气背景气，或者是不改变仪器出厂校准的气体背景零空气。
然后控制单元向前端的气体产生仪器发出指令，或智能气体进样控制器接收到采样指令，打开采样阀门和零气储存装置阀门，将零气存储装置释放的与样品气体相同背景的零气作为载气将样品气体吹扫进入第一气袋，待采样完毕，关闭采样阀门和零气储存装置阀门，结束第一气袋采样过程。
同时打开气体分析仪器的进样阀门，将第一气袋采集的样气通入气体分析仪器进行测量，由数据采集单元采集第一气袋的气体数据，并发送至中央处理器，由中央处理器进一步发送至控制单元，根据气体数据实时测得气体浓度数据，如果控制单元判断该气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，则无需对样品进行稀释，否则由控制单元控制的零气存储装置对第一气袋中的样品注入相同背景的零气进行稀释，直至第一气袋中的气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，关闭零气稀释阀门，开始进行样气分析检测，待控制单元获得稳定的数据结果后，开始采集存储测量数据，并对结果进行数据计算处理，并将计算结果存储到结果文件中，此时结束第一气袋的测量。
在本发明中，控制单元可以通过向第一气袋通入零气，以对第一气袋内的样品气体进行稀释，直至符合预设的分析仪测量范围。
在此过程中，可以由控制单元根据气体数据，反馈控制前端的气体产生仪器，从而控制进样流量。
进一步，在结束第一气袋采样过程的同时，由控制单元启动对第二气袋的采样，待第二气袋采样完毕，关闭采样阀门和零气阀门，结束第二气袋采样过程，同时打开气体分析仪器的进样阀门，将第二袋采集的样气通入气体分析仪器进行测量，由数据采集单元采集第二气袋的气体数据，并发送至中央处理器，由中央处理器进一步发送至控制单元，根据气体数据实时测得气体浓度数据，如果控制单元判断该气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，则无需对样品进行稀释，否则由控制单元控制的零气存储装置对第二气袋中的样品注入相同背景的零气进行稀释，直至第二气袋中的气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，关闭零气稀释阀门，开始进行样气分析检测，待控制单元获得稳定的数据结果后，开始采集存储测量数据，并对结果进行数据计算处理，将计算结果存储到结果文件中，此时结束第二气袋的测量。
在本发明的一个实施例中，数据传输单元采用有线或无线通信单元。
由控制单元根据气体数据实时测得气体浓度数据，如果控制单元判断该气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，则无需对样品进行稀释，否则由控制单元控制对第二气袋中的样品进行稀释，直至第二气袋中的气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，结束第二气袋的采样过程。
在本发明中，控制单元可以通过向第二气袋通入零气，以对第二气袋内的样品气体进行稀释，直至符合预设的分析仪测量范围。
在第二气袋采样结束前，控制完成对第一气袋的清空，并在第二气袋采样结束后，再次启动第一气袋的采样过程，如此循环，实现对第一气袋和第二气袋中气体的采集和稀释，将稀释后的气体通入气体分析仪器，以实现对气体的数据分析。
在任一气袋采样过程中，控制单元控制打开标气装置的标气一阀门，向气体分析仪器中注入标气一，对分析仪器进行标定测量，待测量稳定后，采集测量数据，数据结果保存于存储单元中，同时关闭标气一阀门；待标气一阀门关闭后，控制单元控制打开标气装置的标气二阀门，向气体分析仪器中注入标气二，对分析仪器进行标定测量，待测量稳定后，采集测量数据，数据结果保存于存储单元中，同时关闭标气一阀门。
其中，控制单元获得标气测量结果后，即对样气进行实时结果回算，计算出每个样品的真实值，并保存于存储单元中，显示单元用于设置、控制并显示各个单元的工作状态，数据传输单元与中央处理器相连，用于与外部的终端设备进行数据传输。
图11示出了上述对第一和第二气袋的标定、清空、采样和稀释的过程。
在本发明的一个实施例中，气体分析仪器可以为二氧化碳同位素分析仪，氧化亚氮同位素分析仪，甲烷同位素分析仪等各种气体分析仪。
由上可知，本发明通过向气袋内通入零气，自动实现将气体样品的浓度稀释到符合预设的分析仪测量范围。气袋内的气体浓度值可以进行手动调节。
特别需要说明的是，本发明实现对样品气体稀释到符合预设的分析仪测量范围的措施，不限于采用通入零气对样品气体进行稀释的方式，其他方式实现样品气体的稀释至预设浓度，均属于本发明的保护范围，在此不再赘述。
另外，在对第一气袋和第二气袋内的样品气体的非测量时间内，通过外标法进行自动或手动标定，通过数据回算矫正测量数据。
下面参考图1至图6对本发明的智能气体进样控制器中的不同工作状态下的气路进行说明。为方便起见，第一气袋记为A袋，第二气袋记为B袋。
图1为标样和清空的气路图。如图1所示，装置开机时进行标定。标气一标定时，阀C1打开，阀A6、B6切换至废气。标气二标定时，阀C2打开，阀A6、B6切换至废气。标气一和标气二是不同浓度的顺序标定。在标样过程进行的同时，进行气袋的清空。
阀A2打开，气泵工作，气袋内置压差传感器感应压差为零时，阀A2关闭，泵停止工作。阀A3打开，放入零气。一定时间后，阀A2打开，泵工作，气袋内置压差传感器感应压差为零时，阀A2关闭，泵停止工作。循环设定次数结束后，阀A3和A2关闭。阀B2打开，气泵工作，气袋内置压差传感器感应压差为零时，电磁阀B2关闭，泵停止工作。阀B3打开，放入零气。一定时间后，阀B2打开，气泵工作，气袋内置压差传感器感应压差为零时，阀B2关闭，泵停止工作。循环设定次数，依次完成A袋和B袋清空。标样过程中阀A5关闭。标样过程结束，为防止气体分析仪器憋气，阀A5打开，向气体分析仪器通零气。B袋清空过程中，阀B5打开。
图2为A袋采样的气路图。如图2所示，样品燃烧开始时，TOC发出开始信号至控制单元，阀C3、A1打开，A袋开始采样。燃烧结束后，TOC发出停止信号至控制单元，关闭阀A1，A袋采样完成。为防止分析仪憋气，阀A5打开，给气体分析仪器通零气。
如图3所示，分析仪根据实时测得气体浓度数据，反馈给控制单元，如果气体浓度符合分析仪测量范围，则样品不需要稀释。当样品需要稀释时，维持阀A4和A6打开状态；并打开阀A3，放入零气。A袋采样结束的同时，下一个样品燃烧开始，TOC发出开始信号至控制单元，阀C3、B1打开，B袋开始采样。
参考图4，A袋浓度达到设定值时，稀释结束，阀A3关闭。维持阀A4和A6打开状态，进行A袋测量。B袋保持采样状态。
参考图5，A袋完成测量，阀A4和A6关闭。阀A2打开，气泵工作，气袋内置压差传感器感应压差为零时，阀A2关闭，泵停止工作。阀A3打开，放入零气。一定时间后，阀A2打开，泵工作，A气袋内置压差传感器感应压差为零时，阀A2关闭，泵停止工作。循环设定次数结束后，阀A3和A2关闭。有些情况下，A4不关闭，A6通向废气，加快了A气袋的清空过程。A气袋清空后，为防止分析仪憋气，阀A5打开，给分析仪通零气。必须保证B袋采样结束之前完成A袋的清空。
参考图6，燃烧结束，TOC发出停止信号至控制单元，关闭阀B1。阀B5打开。分析仪根据实时测得气体浓度数据，反馈给控制单元，样品需要稀释时，维持阀B4和B6打开状态；并打开B3，放入零气。B袋采样结束的同时，下一个样品燃烧开始，TOC发出开始信号至控制单元，阀C3、A1打开，A袋开始采样。如此循环，实现对第一气袋和第二气袋中气体的采集和稀释，将稀释后的气体通入气体分析仪器，以实现对气体的数据分析。
在本发明中，图1至图6所示的气路，可以通过分段检漏和自动定位进行自动检漏。
图7示出了智能气体进样控制器的结构图。如图7所示，可变体积气袋1通过可拆卸扣固定在支撑结构框架上，汇流阀块2、流量计3、切换电磁阀组4、气泵5、分流阀块6、开关电源7、散热风扇8、电磁阀控制单元板9和总控制板1都安装固定在支撑板上。汇流阀块2和分流阀块6分别起到将气路汇流和分流的作用。可调节流量的两个流量计3分别控制通入分析仪零气的流量和放入气袋零气的流量。电磁阀控制单元板9控制切换电磁阀组4中电磁阀的开闭。气泵5在气袋清空过程中工作。
在本发明的一个实施例中，本发明设计了高度集成的阀板，具有以下优点：一是避免大量管路连接带来的泄漏风险，二是加快响应速度，三是节省系统中有限的空间。
参考图8，分析仪通讯接口11连接后端气体分析仪器。前端气体产生仪器控制接口12连接前端气体产生仪器。过滤器13安装在各气路前端，过滤气体杂质。电源接口14外接交流电源给开关电源7供电，开关电源7将交流电转换成12V直流电给控制单元板供电。气体通过气路接口15进入或出整个气路系统。
在本发明的一个实施例中，本发明实施例的智能气体进样控制器，还包括：存储单元和显示单元。其中，存储单元用于存储采集和处理过程的数据，即原始数据和回算数据。显示单元用于实时显示各个单元的工作状态。优选的，存储单元采用SD卡，显示单元采用触摸屏。
如图9所示，触摸屏16可实时显示工作状态，且可通过触摸屏16更改设置参数。开关17可以控制该装置的开启和关闭。
需要说明的是，本发明具有多种功能扩展，数据传输单元进一步与移动终端进行通信，以将相关数据通过无线/有线传输方式，推送至手机等移动终端，进而实现通知持有该终端的管理员的目的。例如，管理员可以通过该方式实现对气体分析仪器的远程监控。
如图10所示，主控制板通过数据采集单元实现对后端气体分析仪发送的数据以及前端气体产生仪器的传感器的数据的采集，通过显示单元实现工作状态的显示，通过控制单元实现对各个电磁阀的控制。存储单元实现对数据的存储，数据传输单元通过有线传输和无线传输两种方式实现数据的传输。
本发明，主控制板可以采用国际上ARM1778单片机技术，研制出最新的自动化控制、数据采集与运算系统，并进一步实现远程监控与无线传输等功能。对储气装置状态进行实时监测与控制，与分析仪进行通讯，完成数据采集，数据计算，存储，显示和传输。在储气装置内置气压传感器实时监测压力状态，程序控制储气装置状态过程。涉及到基于ARM系统的电路设计与编程，气路的简化集成和远程控制和数据传输的实现。
根据本发明实施例的智能气体进样控制器，通过将储气装置(例如气袋)内的样品气体稀释至预设分析仪允许的范围内，使得稀释后的气体可以通入气体分析仪器，而不会导致分析仪死机。本发明实现了自动收集和稀释各种气体，连续进样，连接后端设备连续测量同位素含量，自动存储和处理数据。通过对固体或液体样品燃烧后产生的气体的收集、稀释和同位素测量，为固体或液体中同位素的研究提供极大的方便，从而把稳定性同位素的研究向更广的方向发展。同时，本发明也可以连接后端设备实现对已收集气体的稀释和同位素测量或者已收集气体的浓度测量，并完成气袋或气瓶的自动和真正清空，使得用气袋或气瓶方法测量同位素和气体浓度更加方便和精确。此外，本发明通过外标法进行自动或手动标定，通过数据回算矫正测量数据。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种智能气体进样控制器系统，其特征在于，包括：测量单元、中央处理器、控制单元、存储单元、显示单元、数据采集单元和数据传输单元，其中，
所述测量单元包括气体产生仪器、智能气体进样控制器、标气储存装置、零气储存装置和气体分析仪器，用于收集所述气体产生仪器生成的气体，并接入所述气体分析仪器进行在线分析；在所述控制器内，将收集的气体调整为气体分析仪器所要求的气体，其中，气体分析仪器的要求包括：特定的浓度范围和气体背景成分；使用气体分析仪器所要求的气体背景成分的零气，或者纯气自动混合的方式，进行稀释和样品气体成分调整，所述智能气体进样控制器按照设定定期向分析仪器通入一个或多个标准气源，对所述气体分析仪器进行在线外标，并对样品结果进行回算；
首先由所述控制单元发出清空指令，智能气体进样控制器自动清空第一和第二采样气袋，然后所述控制单元向前端的所述气体产生仪器发出指令，或智能气体进样控制器接收到采样指令，打开采样阀门和零气储存装置阀门，将所述零气储存装置释放的与样品气体相同背景的零气作为载气将样品气体吹扫进入第一气袋，待采样完毕，关闭采样阀门和零气储存装置阀门，结束第一气袋采样过程；
同时打开气体分析仪器的进样阀门，将第一气袋采集的样气通入所述气体分析仪器进行测量，由所述数据采集单元采集所述第一气袋的气体数据，并发送至所述中央处理器，由所述中央处理器进一步发送至所述控制单元，根据所述气体数据实时测得气体浓度数据，如果所述控制单元判断该气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，则无需对样品进行稀释，否则由控制单元控制的零气储存装置对第一气袋中的样品注入相同背景的零气进行稀释，直至第一气袋中的气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，关闭零气稀释阀门，开始进行样气分析检测，待所述控制单元获得稳定的数据结果后，开始采集存储测量数据，并对结果进行数据计算处理，并将计算结果存储到结果文件中，此时结束第一气袋的测量；
在结束第一气袋采样过程的同时，由所述控制单元启动对第二气袋的采样，待第二气袋采样完毕，关闭采样阀门和零气阀门，结束第二气袋采样过程，同时打开气体分析仪器的进样阀门，将第二袋采集的样气通入所述气体分析仪器进行测量，由数据采集单元采集所述第二气袋的气体数据，并发送至所述中央处理器，由所述中央处理器进一步发送至所述控制单元，根据所述气体数据实时测得气体浓度数据，如果所述控制单元判断该气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，则无需对样品进行稀释，否则由控制单元控制的零气储存装置对第二气袋中的样品注入相同背景的零气进行稀释，直至第二气袋中的气体浓度数据符合预设的分析仪测量范围，关闭零气稀释阀门，开始进行样气分析检测，待控制单元获得稳定的数据结果后，开始采集存储测量数据，并对结果进行数据计算处理，将计算结果存储到结果文件中，此时结束第二气袋的测量；
其中，在第二气袋采样结束前，控制完成对第一气袋的清空，并在第二气袋采样结束后，再次启动第一气袋的采样过程，如此循环，实现对所述第一气袋和第二气袋中气体的采集和稀释，将稀释后的气体通入所述气体分析仪器，以实现对所述气体的数据分析，
其中，在任一气袋采样过程中，控制单元控制打开标气装置的标气一阀门，向气体分析仪器中注入标气一，对分析仪器进行标定测量，待测量稳定后，采集测量数据，数据结果保存于所述存储单元中，同时关闭标气一阀门；待标气一阀门关闭后，所述控制单元控制打开标气装置的标气二阀门，向气体分析仪器中注入标气二，对分析仪器进行标定测量，待测量稳定后，采集测量数据，数据结果保存于所述存储单元中，同时关闭标气一阀门，
其中控制单元获得标气测量结果后，即对样气进行实时结果回算，计算出每个样品的真实值，并保存于存储单元中，所述显示单元用于设置、控制并显示各个单元的工作状态，所述数据传输单元与所述中央处理器相连，用于与外部的终端设备进行数据传输。
2.如权利要求1所述的智能气体进样控制器系统，其特征在于，所述气体产生仪器包括：自动进样器、TOC、真空马弗炉、元素分析仪、顶空瓶和气袋。
3.如权利要求1所述的智能气体进样控制器系统，其特征在于，所述存储单元采用SD卡，所述显示单元采用触摸屏。
4.如权利要求1所述的智能气体进样控制器系统，其特征在于，所述数据传输单元采用有线或无线通信单元，所述数据传输单元进一步与移动终端进行通信，以将相关数据推送至管理员。
5.如权利要求1所述的智能气体进样控制器系统，其特征在于，当检测到第一或第二气袋内的压力超过预设安全值时，自动发出报警提示，并自动触发进气阀门开关，停止注气。
6.如权利要求1所述的智能气体进样控制器系统，其特征在于，对第一和第二气袋采样多级清空方式，包括：采用吸收剂、顶空、过滤方式的真空和采用零气进行吸附、低温。
7.如权利要求1所述的智能气体进样控制器系统，其特征在于，在所述第一和第二气袋内分别设置有压差传感器或限位传感器，所述压差传感器用于测量气袋内的压差，所述限位传感器用于感触到气袋的位置，
根据所述压差传感器测量的压差或所述限位传感器感触的位置的变化实现对第一和第二气袋的清空。
8.如权利要求1所述的智能气体进样控制器系统，其特征在于，在对第一气袋和第二气袋内的样品气体的非测量时间内，通过外标法进行自动或手动标定，通过数据回算矫正测量数据。
9.如权利要求1所述的智能气体进样控制器系统，其特征在于，所述气体分析仪器为：二氧化碳同位素分析仪、氧化亚氮同位素分析仪或甲烷同位素分析仪。
10.如权利要求1所述的智能气体进样控制器系统，其特征在于，所述控制单元通过向第一气袋或第二气袋通入零气，以对第一气袋或第二气袋内的样品气体进行稀释，直至符合预设的分析仪测量范围。
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