CN107843571A - 一种基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统 - Google Patents
一种基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统，包括：用于控制无线数据传输模块工作从而控制下位机信号采集控制模块工作的上位机控制模块，连通所述上位机控制模块和下位机信号采集控制模块的无线数据传输模块，控制红外光源的闪烁并用于光电信号转换以及信号采集的下位机信号采集控制模块，以及由弛豫铁电单晶红外热释电探测器、所述红外光源、气室构成的VOCs监测控制器模块。本发明利用无线数据传输技术建立了一套远程无线VOCs监控的系统，解决了传统人工现场监测的成本高、危险性高、施工难度大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及环保监测技术领域，具体而言涉及一种基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统。
背景技术
随着社会经济的发展和科学技术的不断进步，挥发性有机物（VOCs）排放日益增多。环保部门开始将VOC列为治理对象，出台一系列排放标准来限制VOCs的排放，改善环境质量。因此，为了能够检测排放气体中VOCs浓度，开发一种VOCs监测系统是十分重要的。
目前，市场检测VOCs的技术手段主要采用PID（光离子探测器）技术，而PID技术有4个缺点：1、探测的气体光电离势能要低于光源辐射光子能量。2、光源需要经常清洗，仪表需要经常标定以保证准确性。3、紫外灯的窗口材料易潮解、易碎；4、人工测量的弊端：人体处于毒害气体的环境，存在人身危险的可能性。
另外，非分光红外（NDIR）气体分析技术作为一种红外光学气体探测技术已经发展了80多年，每一种极性气体分子对红外光都有特定的吸收峰，因此研究人员根据气体的红外吸收特性，可以作为一种技术手段对气体的浓度进行监测。NDIR技术是一种基于气体吸收理论的方法。不同的气体在红外波段都有自己的特征吸收带，通过在特征吸收带对红外能量的吸收，可以反映出气体浓度的大小。红外光源发出的红外辐射经过一定浓度的待测的气体吸收之后，与气体浓度程正比的光谱强度会发生变化，根据光谱强度的变化可以根据朗伯-比尔定律反演出待测气体的浓度。NDIR的优势是灵敏度高、使用寿命长、维护工作量少并且安全可靠。利用NDIR技术，并结合弛豫铁电单晶红外热释电探测器开发的监测系统相比PID技术开发的检测仪有一定的优势，但是，非分光红外（NDIR）气体分析技术依旧未解决人工现场监测的成本高、危险性高、施工难度大的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对PID监测技术和人工现场测量两个方面存在的缺点和不便之处进行改正和优化，提供一种稳定可靠、成本低的VOCs监测控制系统，从而能够对监测数据更加便捷地处理，数据管理更加方便、操作控制界面简洁直观。
本发明一种基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统通过如下技术方法实现上述目的：本发明包括上位机控制模块、无线数据传输模块、下位机信号采集控制模块以及VOCs监测控制器模块。上位机控制模块用于控制无线数据传输模块工作从而控制下位机信号采集控制模块工作。无线数据传输模块用于连通所述上位机控制模块和下位机信号采集控制模块。下位机信号采集控制模块控制红外光源的闪烁，并用于光电信号转换以及信号采集。VOCs监测控制器模块包括弛豫铁电单晶红外热释电探测器、所述红外光源、气室。
本发明利用无线数据传输技术建立了一套远程无线VOCs监控的系统，解决了传统人工现场监测的成本高、危险性高、施工难度大的问题。
可以是，通过无线数据传输技术，将上位机和下位机连接起来，实现远程控制以及数据收发功能。所述上位机控制模块可包括显示和存储数据功能。所述无线数据传输模块可包括协调器和执行终端，协调器和执行终端是通过IEEE 802.15.4网络协议进行无线连接。所述下位机信号采集控制模块可包括红外光源控制以及气体探测模块，实现光电信号转换以及信号采集功能。所述VOCs监测控制器模块可以是弛豫铁电单晶红外热释电探测器、红外光源（IR715EN）、气室这三个部分构成的红外光学探测器模块。
优选地，本发明基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统还包括用于阻抗匹配、放大滤波信号处理电路。
较佳为，所述信号处理电路可包括AD708芯片以及相应的电阻、电容元件，信号处理电路构成一个滤波的上限截止频率为10Hz的7阶低通滤波电路，并构成阻抗匹配电路以防止所述弛豫铁电单晶红外热释电探测器发热导致不能正常工作。
所述信号处理电路采用AD708芯片以及对应的阻容元件构成具有低通滤波和阻抗匹配功能电路以防止所述弛豫铁电单晶红外热释电探测器的发热。
由于采用弛豫铁电单晶制备的红外探测器输出阻抗较诸如MSP430F149等的微处理器大，两者之间阻抗不匹配，产生的信号回波造成探测器发热，导致探测器不能正常工作，所以采用上述信号处理电路在进行低通滤波的同时增大了MSP430F149的阻抗，能够有效防止探测器发热问题。
所述上位机控制模块可以以波形图标形式实时显示监测结果的动态变化和设置保存数据保存路径。
较佳为，所述下位机信号采集控制模块输出电平为3.3V，频率为5Hz，占空比为30%的脉冲波控制场效应管BS170的导通和关断使得所述红外光源闪烁。
本发明的有益效果是：
1.相较于PID检测技术，克服了PID检测技术存在高压驱动光源，导致光源使用寿命不长，窗口材料容易潮解等影响探测结果不准的问题。
2.相较于PID检测技术，采用NDIR技术并结合滤波片的选择通过性，取代了复杂的分光系统，对光路部分进行了改进，采用的红外光源只需要3.3V电压就能驱动的红外光源发出满足要求的红外光。
3.相较于人工现场监测方式，该系统采用无线数据传输方式进行控制以及数据传输，避免测试人员置身于有毒害的现场环境。
4.相较于有线的控制方式，该系统采用无线通信方式，避免了成本高，大量布线的工作，尽可能的减少走线，避免酸碱环境对线材的腐蚀，甚至导致短路的问题。
5.该系统能进行实时监测，并输出检测结果变化趋势，生成数据报表和保存数据。
6.该系统操作简单，只需要在上位机（例如由LabVIEW设计）的控制面板上面选择按钮，就能操作整个系统的运作。
具体而言，上位机控制模块可采用由LabVIEW编写的上位机，包括硬件控制界面和数据显示存储部件两个部分：硬件控制界面用于控制无线数据传输硬件模块工作，从而控制下位机工作或者停止；数据显示存储部件用于数据波形显示和数据存储。借助于此，可以利用LabVIEW编程实现硬件模块的控制以及数据结果的显示存储，显示更直观。
所述无线数据传输模块包括协调器和执行终端两个版块，协调器连接上位机，执行终端连接下位机。本发明的下位机可采用MSP430单片机，协调器和执行终端通过IEEE802.15.4网络协议连接，下位机连接有红外光源、VOCs探测器。红外光源和VOCs探测器分别安装在气室两边。
上述模块共同组成的监测系统能实现远程控制，数据采集、处理，存储的功能。
上位机控制模块通过控制无线数据传输模块的协调器向执行终端发送操作指令，用来远程控制下位机信号采集模块开始工作或停止工作，并且发送数据采集结果，通过无线数据传输模块上传数据采集结果到上位机中进行显示和数据存储。
所述的无线数据传输模块由协调器发出指令通过无线通信方式传给执行终端，执行终端接收指令控制下位机工作，启动相应的红外光源和VOCs探测器，进行数据采集处理，将处理后的数据返回给执行终端，上传到协调器，最后由上位机接收显示。
所述的下位机信号采集模块可通过核心控制芯片例如MSP430F149调制输出的幅值为3.3V，占空比为30%的脉冲波，并结合场效应管BS170作为开关，控制红外光源的闪烁。红外光源发出的红外光穿过气室中的VOCs，经过VOCs吸收后到达VOCs探测器，探测器产生信号电压通过信号处理电路接入芯片MSP430F149。
所述的信号处理电路例如可由2个双运放芯片AD708以及简单阻容元件构成。对信号处理电路实现阻抗匹配的原理作进一步描述：VOCs探测器相当于一个信号源，芯片（例如MSP430F149）相当于负载。实验中测得探测器和芯片的相关电学参数如下：探测器的输出阻抗z=2MΩ，芯片MSP430F149的输入阻抗z=38Ω，因为探测器的输出阻抗远大于芯片MSP430F149输入阻抗，所以阻抗不匹配，反射系数偏大，因此，探测器产生的交流信号电压，不能被芯片MSP430F149接收处理，大部分信号能量反射回到探测器上，引起探测器发热、工作异常等问题。简单来说，需要增加MSP430F149芯片的阻抗，从而抑制气体探测器的输出信号被反射回给自身，造成探测器发热问题。没有添加信号处理电路时，阻抗不匹配，探测器工作温度在52℃左右；增加信号处理电路后，阻抗匹配，探测器工作温度为29℃。对比采用这两种方式测试探测器的输出信号，阻抗不匹配，探测器输出信号异常；阻抗匹配，探测器输出信号正常。因此，可以得出以下结论：采用弛豫铁电单晶制备的红外探测器输出阻抗较微处理器MSP430F149大，两者之间阻抗不匹配，产生的信号回波造成探测器发热，导致探测器不能正常工作，所以信号处理电路在进行低通滤波的同时增大了MSP430F149的阻抗，有效防止探测器发热问题。
所述的弛豫铁电单晶红外热释电探测可包括一个弛豫铁电单晶探测灵敏元和一个运算放大器（例如OPA14）以及一些阻容元件构成的电荷放大电路，通过外围电路的转换，将电荷信号转化为下位机可以识别和处理的电压信号。
附图说明
图1是根据本发明一实施形态的监测控制系统的结构示意框图；
图2是根据本发明一实施形态的监测控制系统的VOCs探测模块；
图3是根据本发明一实施形态的监测控制系统的气室的装配方式；
图4是根据本发明一实施形态的监测控制系统的上位机（LabVIEW）控制界面和显示界面图；
图5是根据本发明一实施形态的监测控制系统的协调器的工作模式图；
图6是根据本发明一实施形态的监测控制系统的终端执行器的工作模式图；
图7是根据本发明一实施形态的监测控制系统的下位机的红外光源驱动电路图；
图8是根据本发明一实施形态的监测控制系统的下位机的信号处理电路图；
图9是根据本发明一实施形态的监测控制系统的信号处理电路的测试结果图；
图10是根据本发明一实施形态的监测控制系统的下位机的信号采集和处理程序流程图；
图11是根据本发明一实施形态的监测控制系统的探测器工作时温度测试方法；
图12是根据本发明一实施形态的监测控制系统的阻抗匹配时探测器的工作温度；
图13是根据本发明一实施形态的监测控制系统的阻抗不匹配时探测器的工作温度；
图14是根据本发明一实施形态的监测控制系统的阻抗匹配时探测器输出信号波形；
图15是根据本发明一实施形态的监测控制系统的阻抗不匹配时探测器输出信号波形。
具体实施方式
下面结合附图和工作过程对本发明一种基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统做进一步描述。
图1为所述的基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统的结构示意框图，包括由例如LabVIEW编写的上位机、协调器、执行终端（终端执行器）、下位机信号采集控制模块（例如MSP430单片机）、红外光源驱动电路、探测器供电电路。协调器和执行终端构成无线数据传输模块。
下位机信号采集控制模块包括红外光源控制以及气体探测模块，实现光电信号转换以及信号采集功能。
图2示出了所述的基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统的VOCs监测模块，VOCs监测模块由PMNT热释电红外探测器、红外光源（例如IR715EN）、气室构成。其中红外光源和探测器配有气室，图3示出了气室装配方式，气室两端分别开了两个孔，一个对应于红外光源，一个对应于红外探测器，气室侧面开了一个进气口和一个出气口，用于气体的进出，气体从进气口进入到气室里面，红外光源发出红外光，经过气室里面的待测气体的吸收后，剩余的红外光被红外探测器接收，从而输出电压信号，经过滤波电路后送入。终端执行器控制下位机例如MSP430工作，下位机MSP430进行数据采集处理，通过串口将数据回传给终端执行器，终端执行器和协调器通过无线网络进行数据传输，协调器通过串口将数据传给上位机。
图4示出了所述的基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统基于LabVIEW设计的界面，具有探测浓度曲线显示、探测浓度值、数据保存路径、数据串口设置的功能，启停按钮控制系统的运行和停止，启动时指示灯亮，停止时指示灯灭。
图5、6示出了所述的基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统无线数据传输模块，包括一个协调器和一个终端执行设备，两个模块均采用例如CC2530芯片的核心控制板。协调器扩展了数据串口通信，通过这个串口探测结果输送到上位机中进行显示和数据保存。终端执行设备扩展了继电器控制模块和数据串口通信，继电器控制模块用于终端执行设备接收到指令后，启动或者停止下位机（MSP430）。数据串口则用于传输下位机（MSP430）处理数据采集和处理结果到终端执行设备。
图7示出了所述的下位机（MSP430）模块中的红外光源驱动电路，图中pulse是由微处理器MSP430F149输出的脉冲信号，这个脉冲信号控制场效应管BS170的G（栅）极的电位在0V和3.3V之间进行翻转，使场效应管BS170关断和导通，从而控制红外光源的闪烁。发出的红外光强是动态变化，探测器采用热释电灵敏元，对动态的红外光强敏感，如果红外光强是恒定的，热释电灵敏元件不会产生电荷。
图8示出了所述的下位机（MSP430）模块中的信号处理电路。该电路采用AD708芯片以及对应的阻容元件构成一个具有低通滤波和阻抗匹配功能电路，因为探测器输出的信号频率为5Hz左右，所以低通滤波的上限截止频率设计为10Hz，从而使得探测器输出信号能通过，又抑制了50Hz的工频信号。因为探测器的输出阻抗为2MΩ，微处理器MSP430F149的输入阻抗为38Ω，信号处理电路的输入阻抗为4 MΩ，信号处理电路增大了后级电路的阻抗，因此阻抗能匹配。
图9示出了所述的下位机（MSP430）模块中的信号处理电路低通滤波功能的测试结果。分别测试了输入信号在5Hz、10Hz和30Hz三种情况下，输出信号的结果，输入信号在30Hz以上，输出信号几乎为零（图9曲线③所示），因此能很好的滤除掉30Hz以上的干扰信号。因为红外探测器输出的信号频率为5Hz，所以此信号处理电路能满足低通滤波的要求。
图10示出了微处理器MSP430F149的信号采集处理主程序流程图，程序用于信号转换和处理。该程序中，首先设置A/D参考电压并初始化ADC端口，其次进行ADC模拟信号采集，将采集的数据送入ADC模块进行模拟-数字信号转换，接着将转换的数字信号进行数字平滑滤波，然后根据数字信号的电压值读取对应的探测浓度值，如果没有读取测量值，程序跳转到模拟信号采集，如果有读取的测量值，输出显示探测浓度值，结束此次执行程序。
微处理器MSP430F149将转换后的信号电压和标定的对比，根据朗伯比尔定律，反算出气体浓度。探测器输出的是模拟信号，通过微处理器内置的ADC模块，将模拟信号转换数字信号。程序中包含有气体标定的数据，通过数字信号电压和标定数据电压对比，得出相应的浓度值，最后将具体探测浓度值显示出来。
图11示出了阻抗匹配前后的探测器工作温度测量方法，测量方法如下，将红外探测器的四个引脚插在对应四角插座上，其中探测器有两个电源引脚，需要+-5V直流供电，红外探测器另外两个引脚是信号输出脚和接地，在红外探测器信号输出引脚和微处理器MSP430F149信号接收引脚之间加入阻抗匹配电路和不加入阻抗匹配电路直接将红外探测器信号输出引脚接入微处理器MSP430F149两种模式下，测量红外探测器的工作温度，将所述的部分连接好，在室温的条件下，将一个热电偶贴在红外探测器的表面，万用表调到测温档，万用表显示的示数即是红外探测器的工作温度。用热电偶测量探测器和微处理器MSP430F149阻抗匹配前后，探测器工作时的表面温度如图12和图13所示。图12为探测器和微处理器MSP430F149阻抗匹配时，探测器正常工作温度；图13为探测器和微处理器MSP430F149阻抗不匹配时，探测器异常工作温度，图14为探测器和微处理器MSP430F149阻抗匹配时，探测器输出的正确信号波形；图15为探测器和微处理器MSP430F149阻抗不匹配时，探测器输出的异常信号波形。
信号处理电路实现阻抗匹配的原理如下：探测器相当于一个信号源，芯片MSP430F149相当于负载。实验中测得探测器和芯片MSP430F149的相关电学参数如下，探测器的输出阻抗z=2MΩ，芯片MSP430F149的输入阻抗z=38Ω，因为探测器的输出阻抗远大于芯片MSP430F149输入阻抗，所以阻抗不匹配，反射系数偏大，因此，探测器产生的交流信号电压，不能被芯片MSP430F149接收处理，大部分信号能量反射回到探测器上，引起探测器发热工作异常的问题，简单来说就是增加MSP430F149芯片的阻抗，从而抑制气体探测器的输出信号被反射回给自身，造成探测器发热问题。没有添加信号处理电路时，阻抗不匹配，探测器工作温度在52℃左右；增加信号处理电路后，阻抗匹配，探测器工作温度为29℃。对比采用这两种方式测试探测器的输出信号，阻抗不匹配，探测器输出信号异常；阻抗匹配，探测器输出信号正常。
因此得出结论：基于弛豫铁电单晶的热释电探测器的阻抗远大于微处理器MSP430F149的阻抗，在使用基于弛豫铁电单晶的热释电探测器作为传感器，结合相应的微处理器并探测器输出的信号处理时，需要测试探测器输出阻抗和微处理器的输入阻抗，然后采取相应的阻抗匹配技术。
Claims (5)
1.一种基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统，其特征在于，
包括：
用于控制无线数据传输模块工作从而控制下位机信号采集控制模块工作的上位机控制模块，
连通所述上位机控制模块和下位机信号采集控制模块的无线数据传输模块，
控制红外光源的闪烁并用于光电信号转换以及信号采集的下位机信号采集控制模块，以及
由弛豫铁电单晶红外热释电探测器、所述红外光源、气室构成的VOCs监测控制器模块。
2.根据权利要求1所述的基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统，其特征在于，
还包括用于阻抗匹配、放大滤波的信号处理电路。
3.根据权利要求2所述的基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统，其特征在于，
所述信号处理电路包括AD708芯片以及相应的电阻、电容元件，所述信号处理电路构成一个滤波的上限截止频率为10Hz的7阶低通滤波电路，并构成阻抗匹配电路以防止所述弛豫铁电单晶红外热释电探测器发热导致不能正常工作。
4.根据权利要求1所述的基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统，其特征在于，
所述上位机控制模块以波形图标形式实时显示监测结果的动态变化和设置保存数据保存路径。
5.根据权利要求1所述的基于弛豫铁电单晶红外热释电探测器的VOCs监测控制系统，其特征在于，
所述下位机信号采集控制模块输出电平为3.3V，频率为5Hz，占空比为30%的脉冲波控制场效应管BS170的导通和关断使得所述红外光源闪烁。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111210405A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-29 | 山东省特种设备检验研究院有限公司 | 一种基于红外成像的挥发性有机物泄露检测方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102353645A (zh) * | 2011-07-16 | 2012-02-15 | 太原理工大学 | 一种基于ndir的智能红外气体传感器 |
| CN203465825U (zh) * | 2013-04-09 | 2014-03-05 | 山东农业大学 | 基于ZigBee和GPRS的农田环境气象信息采集系统 |
| CN103852439A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-11 | 北京雪迪龙科技股份有限公司 | 一种挥发性有机物监测设备及方法 |
| CN103884671A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-06-25 | 中国计量学院 | 一种不分光红外(ndir)co2气体传感器 |
| CN103943771A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-07-23 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种弛豫铁电单晶热释电红外探测器及其制备方法 |
| CN204575523U (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-19 | 南京信息工程大学 | 一种sf6气体远程监测装置 |
| CN205445676U (zh) * | 2016-03-16 | 2016-08-10 | 阭坝师范学院 | 一种基于物联网的矿井瓦斯监测与预警系统 |
| CN205485592U (zh) * | 2016-03-08 | 2016-08-17 | 山东农业大学 | 一种基于Zigbee的新型温室智能监控系统 |
| CN205809599U (zh) * | 2016-04-20 | 2016-12-14 | 安徽理工大学 | 一种基于物联网的大棚环境监控系统 |
-
2017
- 2017-10-19 CN CN201710977535.8A patent/CN107843571A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102353645A (zh) * | 2011-07-16 | 2012-02-15 | 太原理工大学 | 一种基于ndir的智能红外气体传感器 |
| CN203465825U (zh) * | 2013-04-09 | 2014-03-05 | 山东农业大学 | 基于ZigBee和GPRS的农田环境气象信息采集系统 |
| CN103884671A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-06-25 | 中国计量学院 | 一种不分光红外(ndir)co2气体传感器 |
| CN103852439A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-11 | 北京雪迪龙科技股份有限公司 | 一种挥发性有机物监测设备及方法 |
| CN103943771A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-07-23 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种弛豫铁电单晶热释电红外探测器及其制备方法 |
| CN204575523U (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-19 | 南京信息工程大学 | 一种sf6气体远程监测装置 |
| CN205485592U (zh) * | 2016-03-08 | 2016-08-17 | 山东农业大学 | 一种基于Zigbee的新型温室智能监控系统 |
| CN205445676U (zh) * | 2016-03-16 | 2016-08-10 | 阭坝师范学院 | 一种基于物联网的矿井瓦斯监测与预警系统 |
| CN205809599U (zh) * | 2016-04-20 | 2016-12-14 | 安徽理工大学 | 一种基于物联网的大棚环境监控系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 李龙 等: "新型热释电材料性能及其在红外探测器中的应用", 《硅酸盐学报》 * |
| 杜振辉 等: "空气中挥发性有机物的光谱学在线监测技术", 《光谱学与光谱分析》 * |
| 陈建伟 等: "基于热释电单晶红外探测器的气体浓度监测系统研究", 《2017年光学技术研讨会暨交叉学科论坛论文集》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111210405A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-29 | 山东省特种设备检验研究院有限公司 | 一种基于红外成像的挥发性有机物泄露检测方法 |
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