CN107655855A - 一种基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪，包括激光光源、压控衰荡腔、全自动进样系统、光电信号检测模块、数据采集处理模块和人机交互模块。使用时，只需将采集到的气体接入到仪器进样口，点击仪器触摸显示屏上的气体分析按钮，便可实现气体的全自动进样、数据处理分析和测量结果显示，同时可以通过人机交互界面实时监测仪器内部各模块运行状态。本仪器具有灵敏度高、操作简便、效率高、实时在线监测等优点。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪，具体涉及一种用于呼吸中痕量气体浓度检测的，采用光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪。
背景技术
呼吸分析是一种通过分析呼吸气体中的易挥发的有机物含量来监测人体健康状态的技术手段，对重大慢性疾病的无创诊断、早期筛查和代谢监测等具有重大意义。目前GC-MS是痕量气体分析的一个通用技术，虽然具有高灵敏性和高选择性，但是检测过程复杂、处理时间长，无法满足实时在线、无须样品前处理的呼吸气体分析要求。电化学传感器，其优点是体积小，成本低，但此种方法灵敏度较低，而且需要频繁的校准，容易发生基线漂移和假报警。
而随着激光技术的发展，先进激光光谱技术(如激光诱导荧光光谱、拉曼光谱、激光吸收光谱)以其高灵敏度、高选择性、实时在线分析的特点，为气体分析领域的研究提供了一种可行的方法和技术手段。尤其是高灵敏度的光腔衰荡光谱(CRDS)方法和它的衍生方法(腔增强光谱)。与差分吸收光谱(DOAS)、可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)、光声光谱(PAS)等传统的吸收光谱检测方法相比，光腔衰荡光谱技术(CRDS)技术不受脉冲激光涨落的影响,具有灵敏度高、信噪比高、抗干扰能力强等优点。
综上，开发一种灵敏度高、操作简便、效率高、可实时在线监测的全自动呼吸气体分析仪是十分有必要的。
发明专利内容
本发明专利所要解决的技术问题是，开发一种灵敏度高、操作简便、效率高、可实时在线监测的全自动呼吸气体分析仪。为此目的，本发明专利提出了一种基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪，包括：激光光源、压控衰荡腔、全自动进样系统、光电信号检测模块、数据采集处理模块和人机交互模块。
优选地，所述的基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪，其特征在于，所述激光光源为激光脉冲光源(1)，可根据不同气体成分的指纹光谱来选择对应波长的激光脉冲光源。
优选地，所述压力衰荡腔为特制的密封真空腔体(2)，腔体设有进气口、出气口和压力监测口，其中进出气端口分别由电磁阀(7)(8)进行控制，在压力监测口处连接压力传感器(9)进行腔体内部压力监测。
优选地，所述全自动进样系统由自动控制电路(3)进行腔体的压力检测及进出气控制。优选地，所述光电信号检测模块由光电倍增管(4)来检测真空腔体的出射光。
优选地，所述数据采集模块由高速数据采集卡(5)来采集光电倍增管(4)输出的微弱高频电流信号，并传递给配套的PC104主板进行数据处理分析，通过对衰荡波形的分析处理从而计算出对应状态下的衰荡时间，进一步计算出对应气体成分浓度。
优选地，所述人机交互模块由TFT触摸显示屏(6)和PC104主板共同组成，TFT触摸显示屏可显示PC104主板传输上来的气体浓度数据分析结果，并监控仪器内部各模块的运行状态。
通过上述技术方案，可研发出一种基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪，具有灵敏度高、操作简便、效率高、实时在线监测等优点。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明专利的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明专利进行任何限制，在附图中：
图1示给出了本发明专利的结构示意图；
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明专利的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明专利进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明专利，但是，本发明专利还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明专利的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪，包括：激光光源、压控衰荡腔、全自动进样系统、光电信号检测模块、数据采集处理模块和人机交互模块。
优选地，所述激光光源为激光脉冲光源(1)，可根据不同气体成分的指纹光谱来选择对应波长的激光脉冲光源。
优选地，所述压力衰荡腔为特制的密封真空腔体(2)，腔体设有进气口、出气口和压力监测口，其中进出气端口分别由电磁阀(7)(8)进行控制，在压力监测口处连接压力传感器(9)进行腔体内部压力监测。
优选地，所述全自动进样系统由自动控制电路(3)进行腔体的压力检测及进出气控制。优选地，所述光电信号检测模块由光电倍增管(4)来检测真空腔体的出射光。
优选地，所述数据采集模块由高速数据采集卡(5)来采集光电倍增管(4)输出的微弱高频电流信号，并传递给配套的PC104主板进行数据处理分析，通过对衰荡波形的分析处理从而计算出对应状态下的衰荡时间，进一步计算出对应气体成分浓度。
优选地，所述人机交互模块由TFT触摸显示屏(6)和PC104主板共同组成，TFT触摸显示屏可显示PC104主板传输上来的气体浓度数据分析结果，并监控仪器内部各模块的运行状态。
系统开机后首次使用时，先点击TFT触摸显示屏(6)上的背景测量按键，此时系统将自动将空气吸入密封真空腔体(2)中，由光电倍增管(4)来检测真空腔体的出射光，高速数据采集卡(5)采集光电倍增管(4)输出的微弱高频电流信号，并传递给配套的PC104主板进行数据处理分析，通过对衰荡波形的分析处理从而计算出背景空气的衰荡时间。然后将待检测的呼吸气体接入到密封真空腔体(4)的进气口，点击TFT触摸显示屏(6)上的呼吸气体测量按键，仪器将自动计算出此样本的衰荡时间，并通过计算得出对应呼吸气体成分的浓度，将结果显示到屏幕上。整个分析过程将会在1分钟内结束，灵敏度高、操作简便、效率高。
以上所述仅为本发明专利的优选实施例而已，并不用于限制本发明专利，对于本领域的技术人员来说，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪，其特征在于，包括：激光光源、压控衰荡腔、全自动进样系统、光电信号检测模块、数据采集处理模块和人机交互模块。
2.根据权利要求1所述的基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪，其特征在于，所述激光光源为激光脉冲光源(1)，可根据不同气体成分的指纹光谱来选择对应波长的激光脉冲光源；所述压力衰荡腔为特制的密封真空腔体(2)，腔体设有进气口、出气口和压力监测口，其中进出气端口分别由电磁阀(7)(8)进行控制，在压力监测口处连接压力传感器(9)进行腔体内部压力监测；所述全自动进样系统由自动控制电路(3)进行腔体的压力检测及进出气控制。
3.根据权利要求1或2所述的基于光腔衰荡光谱技术的全自动呼吸气体分析仪，其特征在于，所述光电信号检测模块由光电倍增管(4)来检测真空腔体的出射光；所述数据采集模块由高速数据采集卡(5)来采集光电倍增管(4)输出的微弱高频电流信号，并传递给配套的PC104主板进行数据处理分析，通过对衰荡波形的分析处理从而计算出对应状态下的衰荡时间，进一步计算出对应气体成分浓度；所述人机交互模块由TFT触摸显示屏(6)和PC104主板共同组成，TFT触摸显示屏可显示PC104主板传输上来的气体浓度数据分析结果，并监控仪器内部各模块的运行状态。
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