CN109682770A - 一种多组分氟利昂气体红外检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种多组分氟利昂气体红外检测装置，包括红外光源、气室、位于气室内的温度传感器、探测器、法布里－帕罗干涉镜、信号采集与控制单元及信号处理与显示单元；红外光源发出带宽覆盖8－10μm波段的红外光至气室；气室用于密封存储待检测的氟利昂气体；法布里－帕罗干涉镜安装于探测器上用于调节穿透气室的、进入探测器的红外光的频率；探测器，用于将接收的光信号转换成电信号；信号采集与控制单元用于采集温度传感器测量的信号和探测器探测的电信号；信号处理与显示单元对接收的信号进行处理获得待检测气体的组分，根据当前温度下气体浓度与其特征吸收峰强度成正比关系，得到待检测气体的浓度信息。该装置能够实现对不同组分的氟利昂气体进行检测。
Description
技术领域
本发明属于气体分析检测技术领域，具体涉及一种多组分氟利昂气体红外检测装置。
背景技术
现有的氟利昂气体检测广泛采用半导体式氟利昂气体传感器与红外光谱吸收方法进行检测。
半导体式氟利昂气体传感器采用半导体材料，镀上ZO等其他吸附材料和各种催化剂。当存在氟利昂气体时，吸附材料会将氟利昂气体吸附，导致传感器电阻发生变化，而这些氟利昂气体脱附时，电阻又恢复正常。通过这种电阻的变化从而实现对氟利昂气体的检测。
红外光谱吸收方法是采用氟利昂气体对特定频率的红外光谱存在吸收效应进行检测。当存在氟利昂气体时，特定频率的红外光谱会被气体吸收，导致透射处红外光线能量下降，而不存在氟利昂气体时，透射处红外光线能量正常。透射处采用光电探测器将红外能量转换为电信号进行检测，从而实现对氟利昂气体的定量检测。
但是，现有的检测方法无法对多种组分的氟利昂气体进行定量测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种多组分氟利昂气体的检测装置，该装置能够实现对不同组分的氟利昂气体进行检测。
实现本发明的技术方法如下：
一种多组分氟利昂气体红外检测装置，包括红外光源、气室、温度传感器、探测器、法布里－帕罗干涉镜、信号采集与控制单元及信号处理与显示单元；其中所述温度传感器设置于气室内；
红外光源，发出带宽覆盖8－10μm波段的红外光至气室；
气室，用于密封存储待检测的氟利昂气体；
所述法布里－帕罗干涉镜安装于探测器上，用于调节穿透气室的、进入探测器的红外光的频率；
探测器，用于将接收的光信号转换成电信号；
信号采集与控制单元，一方面用于采集温度传感器测量的信号和探测器探测的电信号，并将所采集的信号传输给信号处理与显示单元，另一方面用于控制光源与探测器的工作；
信号处理与显示单元，对接收的信号进行处理，获得待检测气体的组分，同时根据当前温度下气体浓度与其特征吸收峰强度成正比关系，得到待检测气体的浓度信息，在界面上显示。
进一步地，本发明所述光源采用黑体辐射光源emirs200。
进一步地，本发明所述探测器采用InfraTec公司的一款热释电探测器。
有益效果
第一，本发明由于多组分氟利昂气体(1301、R22、R410A)在8－10um存在不同频率的红外光谱吸收，根据其吸收红外光谱频率的不同，调节法布里－帕罗干涉仪，根据探测器所探测的信号，实现了对多组分氟利昂气体的鉴别。
第二，本发明根据气体浓度与其特征吸收峰强度成正比关系，实现了红外吸收光谱的定量测量。
第三，本发明装置稳定性、重复性较好，可实现对多组分氟利昂气体的定量测量。
附图说明
图1为多组分氟利昂气体红外检测装置结构示意图。
图2为法布里－帕罗干涉镜工作原理。
图3为多组分氟利昂气体红外检测装置结构连结图。
图4为整个装置工作流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的设计思想为：由于不同的物质具有不同的分子结构，就会吸收不同的红外辐射能量而产生相应的红外吸收光谱，因此用仪器测绘试样物质的红外吸收光谱，然后根据各种物质的红外特征吸收峰位置、数目、相对强度和形状(峰宽)等参数，就可以推断试样物质中存在哪些基团，并确定分子结构，这就是红外光谱的定性和结构分析依据；在同一温度下，同一物质不同浓度时，在同一吸收峰位置具有不同的吸收强度，在一定条件下试样物质的浓度与其特征吸收峰强度成正比关系，这就是红外吸收光谱的定量分析依据。基于上述原理，本发明设计氟利昂气体红外检测装置，将特定频率的红外线通过存有待检测气体的环境，通过光电转换器(探测器)将透过的红外线转换为电信号进行分析，提取气体种类、浓度等信息。
本发明实施例一种多组分氟利昂气体红外检测装置，如图1所示，主要由光源、气室、探测器(光电转换器)、信号采集与控制单元及信号处理与显示单元五个部分组成。
红外光源发出带宽覆盖8－10μm波段的红外光至气室；由于氟利昂气体(1301、R22、R410A)红外吸收光谱波长处于8－10μm，所以红外光源带宽应覆盖8－10μm波段。光源较佳选用一款可调制的黑体辐射光源emirs200，emirs200采用采用低功耗设计，具有较宽的频率调制带宽，输出红外波长范围2－14μm。
气室用于密封存储待检测的氟利昂气体；该气室上设有进气口和出气口，待检测气体通过进气口输入至气室内并密封保存。
探测器用于接收穿透气室的红外光并将其转换成电信号；探测器较佳采用InfraTec公司的一款热释电探测器，该热释电探测器上加了一片法布里－帕罗干涉镜，可实现对进入探测的红外光的8－10.5um波长的任意切换，法布里－帕罗干涉镜根据反射板位置不同，实现将不同频率的光通过，滤除其他频率的光线，基本原理图如图2所示。
信号采集与控制单元，一方面用于采集温度传感器测量的信号和探测器探测的电信号，并将所采集的信号传输给信号处理与显示单元，另一方面用于控制光源与探测器的工作。
信号处理与显示单元，对接收的信号进行处理，得到不同氟利昂气体的浓度信息，在界面上显示；同时由于不同的温度下气体对红外光的特征吸收峰强度不同，因此根据当前温度传感器所采集的气室的温度，利用该温度下气体浓度与其特征吸收峰强度成正比关系，得到待检测气体的浓度信息，并在界面上显示。
如图3所示，本发明实施例中，信号采集与控制单元采用电路板实现，电路板上还集成了对红外光源驱动信号的生成、温度采集、探测器信号采集、数据打包传输、探测器供电与控制及数据通信等功能，电路板上采用一款STM32单片机作为MCU，对整个装置实现控制。
本发明实施例中，信号处理与显示单元采用上位机实现，主要实现对探测器信号实时处理与结果显示，实现人机交互界面实现对整机功能控制。
如图4所示，本发明装置的工作流程为：上电初始化，上位机软件与电路板上单片机建立通信链接，根据用户设置的不同参数信息，通过上位机软件将参数信息下发到单片机，单片机将探测器所需要的参数信息配置给探测器，同时上位机将算法参数信息传递给算法部分；用户点击开始按钮后，2－14um黑体辐射源emirs200，对多组分氟利昂气体红外吸收频率(8－10um)进行扫描，将热释电探测器中法布里－帕罗干涉镜透过频率分别调控到不同氟利昂气体的红外吸收频率处，单片机会实时采集探测器输出信号，并将数据传输到上位机，上位机调用算法部分对数据进行实时处理，解算得到不同氟利昂气体的浓度信息，并在上位机软件界面上进行数据显示与曲线显示。
本发明的装置采用氟利昂气体对特定频率红外光谱吸收的原理，采用法布里－帕罗干涉镜透过红外光的频率可电调节的原理，实现对多种组分氟利昂气体的定量测量，同时利用气体浓度与其特征吸收峰强度成正比关系，实现对不同浓度氟利昂气体的测量，弥补了目前市场中对多种氟利昂气体同时检测的技术缺陷，存在一定的市场需求。满足了对密闭空间中氟利昂气体检测设备小型化便携式的需求，存在很广泛的应用场景。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种多组分氟利昂气体红外检测装置，其特征在于，包括红外光源、气室、温度传感器、探测器、法布里－帕罗干涉镜、信号采集及控制单元及信号处理与显示单元；其中所述温度传感器设置于气室内；
红外光源，发出带宽覆盖8－10μm波段的红外光至气室；
气室，用于密封存储待检测的氟利昂气体；
所述法布里－帕罗干涉镜安装于探测器上，用于调节穿透气室的、进入探测器的红外光的频率；
探测器，用于将接收的光信号转换成电信号；
信号采集与控制单元，一方面用于采集温度传感器测量的信号和探测器探测的电信号，并将所采集的信号传输给信号处理与显示单元，另一方面用于控制光源与探测器的工作；
信号处理与显示单元，对接收的信号进行处理，获得待检测气体的组分，同时根据当前温度下气体浓度与其特征吸收峰强度成正比关系，得到待检测气体的浓度信息，在界面上显示。
2.根据权利要求1所述多组分氟利昂气体红外检测装置，其特征在于，所述光源采用黑体辐射光源emirs200。
3.根据权利要求1所述多组分氟利昂气体红外检测装置，其特征在于，所述探测器采用InfraTec公司的一款热释电探测器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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