CN110243770A - 一种全光谱烟气便携分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全光谱烟气便携分析装置，包括监测控制主机，包括云处理中心、数据显示操作单元、数据传输单元、数据处理单元、光谱控制单元、接口单元、校准单元、光谱发生单元及光谱分析单元；便携分析主机；传感探头，通过光电信号电缆与该便携分析主机相连；包括手持式的外壳、设于外壳后侧的手把、设于手把上的电信号接口和光信号接口、设于外壳内的分光镜、传感器变送器、水平判定尺、透光镜、分析室及反射镜。本申请中检测分析室外置于传感探头中，能实时准确反映检测样品浓度，减少样品抽取过程造成的样品流失，并可进行快速维护，确保分析装置准确度；且省去了抽取和反吹动力的设置，降低了设备的能耗。

Description

一种全光谱烟气便携分析装置

技术领域

本发明属于烟气监测技术领域，尤其是涉及一种全光谱烟气便携分析装置。

背景技术

烟气现场快速检测是环境执法和比对验收重要手段，传统的便携分析装置检测因子单一、设备沉重、设备操作复杂、无法现场校准等不足；现有光谱烟气便携分析装置采用的方式为将废气抽取到分析装置主机中，该种操作下需要进行伴热、预处理等过程，这些过程都会造成检测气体部分丢失，导致检测数据误差率较大；且光谱的吸收光程有限，系统的检测精度收到影响，同时抽取需要动力泵和反吹动力，增加了便携设备的负重和能耗。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种检查误差小、设备能耗低的全光谱烟气便携分析装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种全光谱烟气便携分析装置，包括

监测控制主机，包括云处理中心、数据显示操作单元、数据传输单元、数据处理单元、光谱控制单元、接口单元、校准单元、光谱发生单元及光谱分析单元；

便携分析主机，通过4G或WIFI与监测控制主机进行数据互通；包括壳体、设于壳体上的提手、设于壳体下部的缓冲部件及设于壳体内的分析主机；

传感探头，通过光电信号电缆与该便携分析主机相连；包括手持式的外壳、设于外壳后侧的手把、设于手把上的电信号接口和光信号接口、设于外壳内的分光镜、传感器变送器、水平判定尺、透光镜、分析室及反射镜。

本申请中检测分析室外置于传感探头中，能实时准确反映检测样品浓度，减少样品抽取过程造成的样品流失，并可进行快速维护，确保分析装置准确度；且省去了抽取和反吹动力的设置，降低了设备的能耗；同时，便携传感探头可实现烟气多组分（SO2、NOx、TVOC、NH3、CS2）分析，同时还可实现烟气参数（粉尘、流速、温度）等多项数据同时分析；其次，便携传感探头把分析室、皮托管、温度传感器，变送器、光路、电路等各项技术组件进行了精密集成，体积小，应用简单。

所述分析主机包括数据串口、无线传输卡、传输天线、系统状态指示件、标定指示件、检测指示件、标定分析室、标气接口、光路接口、数据接口、光源及光谱分析仪；通过传感探头的光谱分光功能，同时在分析装置主机中内置调零标定气室，通过内置气体室实现装置的现场调零、标定功能；其次，针对吸收光谱通过差分算法和神经网络算法结合，实现了多参数的准确分析，解决了因子间的光谱吸收迭代干扰问题。

还包括PC端或手机端，所述监测控制主机通过无线蓝牙和GPRS传输与该PC端或手机端进行数据互通；数据展示和处理采用了无线蓝牙和GPRS传输技术，把数据对接互通外置到现场PC端或手机端，提高了装置的应用便捷性；并且配套设计了手机端APP操作控制软件和云端智能平台应用软件，实现了装置的便捷应用和业务功能定制化管理应用。

所述传感探头还包括设于外壳上的固定把手、设于外壳端部的差压传感孔及温度传感器。

烟气光谱分析包括以下步骤：

1）光源产生宽光谱后通过分光镜把光源进行同比分离；

2）一路反射光谱作为零点光谱传输到光谱分析仪中，为数据算法计算提供源数据，并为调零标定提供零点数据；

3）另一路透射光谱进入样品吸收区，并通过反射镜；

4）之后光谱通过分析室得到吸收光谱，吸收光谱透射进入到光谱分析仪中。

所述壳体包括底座和通过锁扣与该底座相连的盖体，所述提手设于该盖体上，所述减震部件设于该底座下部；该底座包括底板、下部与该底板铰接的两立板和两侧板、设于立板上的滚轮装置、设于侧板上的锁定装置及设于底板上的限位结构；两立板和两侧板可围设形成一矩形框，该限位结构包括固设于底板上的限位框和设于该限位框内壁上的橡胶层；该种结构下，底座的立板和侧板能够向下翻动并且通过锁定装置在底板下部形成一个围架，且立板上的滚轮装置与地面接触，从而使得整个底座成为分析主机的支架，方便分析主机在室外使用和移动，且无需另外携带移动架，结构简单，节省空间，降低设备的投入成本；而分析主机在未使用时，底座依旧能够围设回一个箱子，方便存放和运输；且上述方式下，仅底座进行变化即可，分析主机无需进行移动，避免了对分析主机的提放，操作较为省力，且主机也不易因为在提放过程中出现因为掉落而砸坏的情况。

所述锁定装置包括可往复动作的设于该侧板上的活动板、设于该活动板一侧上的第一锁定部、设于活动板另一侧上的第二锁定部、设于立板上与该第一锁定部相配合的第一卡部和与该第二锁定部相配合的第二卡部、设于侧板上与该活动板相配合的容置槽、螺接于侧板上的锁紧件及设于活动板上供该锁紧件穿过的滑槽；当侧板和立板翻动至围设为箱体的状态时，活动板移动至第一锁定部卡入至第一卡部的位置内，使得侧板和立板的位置能够相互限制，实现对底座的牢固定位，避免底座在放置分析主机时出现倾斜或损坏的情况；当侧板和立板翻动至在底板下部成为支架的状态下，活动板可向另一侧移动，使得第二锁定部卡入至第二卡部中，使得侧板和立板相互限位，形成的支架结构稳定；且通过一个活动板的移动即可实现对底座的两种状态下的分别定位，结构简单，操作简便；且在底座成为手提箱的状态下，活动板基本不会过多的伸出至箱体外表面，有效的降低了箱体的空间占用。

所述滚轮装置包括固设于立板上的固定座、固连于固定座内的弹簧、与弹簧上端固连的承重座、设于承重座上的万向轮及设于万向轮上的挡件；该固定座呈上大下小的喇叭状结构设置，该挡件包括扇形的连接板、固连于连接板端部的弧形板、设于连接板上的转轴及与该转轴相连的旋钮部，该转轴可转动的穿设于万向轮上；该挡件具有第一位置和第二位置，处于第一位置时，该弧形板挡至万向轮的滚轮上方位置；处于第二位置时，该弧形板翻转至万向轮的滚轮侧部或下部位置；该万向轮上设有限位凸部和限位槽，当挡件处于第一位置时，该限位凸部对挡件进行限位；当挡件处于第二位置时，该弧形板穿入至该限位槽内；设置了弹簧，使得万向轮能够在盖板的压动下缩回至固定座内，从而滚轮的设置不会壳体的正常收纳；且由于弹簧具有一定的弹性，从而使得万向轮具有了一定的减震效果，在外部环境使用时更能够适应不平整的地面，避免分析主机在移动过程中出现倾倒的情况；且由于固定座上部开口设置的较大，进而在侧板翻转至收纳状态时，滚轮上残留的泥均会掉落至固定座内，不会掉至底座内，避免滚轮上的泥弄脏分析主机；且设置了挡板，在底座需要作为收纳分析主机的箱子使用时，将弧形板挡至滚轮上方，有效避免了滚轮上的泥粘至盖体上，进一步保证了壳体内部除去滚轮装置后其余位置和零部件上均不会粘覆有泥土。

所述活动板上设有与所述承重座相配合的叉板，所述固定座上设有供叉板穿过的开口槽；当底座呈支架状态时，活动板上的叉板跟随活动板的移动穿过开口槽后插入至承重座上，对滚轮的位置进行定位，避免弹簧因为分析主机的重量过大而被过度挤压，保证滚轮始终有部分伸出至固定座；优选的，叉板为U型结构设置，承重座由两个圆盘和一个圆柱构成，圆柱连接在两个圆盘之间，叉板的厚度小于圆柱的高度，从而使得在对滚轮进行限位的同时，弹簧还具有一定的弹性浮动空间，实现减震。

所述底板上设有容纳槽，该容纳槽内设有可相对容纳槽前后滑动的滑板；传感探头和软管能够放置在该容纳槽内，方便存储；且底座在作为支架使用的过程中，滑板能够向外拉出成为临时的放置台，增大壳体的使用空间。

本发明中检测分析室外置于传感探头中，能实时准确反映检测样品浓度，减少样品抽取过程造成的样品流失，并可进行快速维护，确保分析装置准确度；且省去了抽取和反吹动力的设置，降低了设备的能耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一。

图2为本发明的结构示意图二。

图3为本发明中传感探头的组成结构图。

图4为本发明中分析主机的结构示意图。

图5为本发明的应用示意图。

图6为本发明的光路流程图。

图7为本发明的电信号流程图。

图8为本发明的算法流程图。

图9为本发明平台软件的应用示意图。

图10为本发明中壳体的结构示意图。

图11为本发明中底座的分解示意图一。

图12为本发明中底座的分解示意图二。

图13为图12中B处的放大图。

图14为本发明中底座的正视图。

图15为图14中沿C-C线的剖视图。

具体实施方式

如图1-15所示，一种全光谱烟气便携分析装置，包括监测控制主机、便携分析主机、传感探头、PC端或手机端，该传感探头通过光电信号电缆与该便携分析主机相连，便携分析主机通过4G或WIFI与监测控制主机进行数据互通，监测控制主机通过无线蓝牙和GPRS传输与该PC端或手机端进行数据互通；PC端为电脑，手机端为智能手机或智能手机上的app；该监测控制主机包括云处理中心、数据显示操作单元、数据传输单元、数据处理单元、光谱控制单元、接口单元、校准单元、光谱发生单元及光谱分析单元，各单元之间电连接；其中，云处理中心为云服务器，数据显示操作单元为显示器，数据传输单元为信号发射器，数据处理单元为单片机，光谱发生单元为光源，光谱分析单元为分析仪；

所述传感探头包括手持式的外壳41、设于外壳后侧的手把42、设于手把上的电信号接口43和光信号接口44、设于外壳内的分光镜45、传感器变送器46、水平判定尺47、透光镜48、分析室49、反射镜410、设于外壳上的固定把手411、设于外壳端部的差压传感孔412及温度传感器413，在检测时，手把设置温度传感器413的一端伸入至烟囱或其他待测量物体内；烟气光谱分析包括以下步骤：

1）装置光源产生宽光谱（可控制紫外光谱能力），源光谱通过分光镜（半透半反）把光源进行同比分离；

2）一路反射光谱作为零点光谱直接传输到光谱仪中，为数据算法计算提供源数据，并为调零标定提供零点数据；

3）另一路透射光谱进入样品吸收区，并通过反射镜，提升光谱吸收，从而提高分析的精度；

4）光谱通过手持式传感分析探头中的分析室得到吸收光谱，吸收光谱进入直接透射进入到光谱分析仪中，在便携分析主机中实现样品光谱吸收分析；

5）根据分析得到吸收光谱数据，结合监测因子不同维度的吸收特性，采用差分分析技术，对一次维度吸收和二次维度吸收进行解析，对应因子吸收光谱区间，通过比尔-朗伯特定律核算出特征因子的浓度；同时通过神经网络算法，对存在因子干扰的光谱进行算法解除，提升光谱分析的灵敏度，确保分析数据的准确性

6）当对监测装置进行调零和校准时，在便携分析主机中的调零标定气室通入氮气和标气进行调零和标定，实现便携装置的调零和校准，确保装置的分析准确性。

数据处理单元得到的各项分析数据可通过数据传输单元输出到云端智能分析平台软件，平台软件包括：实时监控显示（图表和曲线显示）、数据管理（存储和报警）、整个便携分析装置的参数设置、检测报表输出和站点信息管理等功能，平台软件分为手机端和PC端两种应用模式，可快速应用不同场景。

装置的电路信号包括五类信号流路：

1）光谱分析传感流路——光源信息通过光路分光装置，进入监测样品，得到吸收光谱信号，通过光谱分析单元转变为电信号，接入到数据接口单元中；

2）其他传感信号流路——其他非光谱传感信号，如压力、温度传感信号，通过手持式探头变送器接入到数据接口单元中；

3）数据处理信号流路——针对数据接口得到的各类传感信号，通过数据算法模型进行数据处理，核算出相关污染物质的浓度数据，并根据数据需要提供RS485、蓝牙和无线GPRS等不同模式数据输出；

4）无线传输信号流路——数据处理单元得到的各烟气数据，通过GPRS或蓝牙传输装置无线传输到云处理中心或直接传输到现场PC端中，实现数据的显示和分析，并可进行装置的设置和控制。

5）数据显示与控制信号流路——无线传输得到的各物质浓度数据进行数据存储、显示、分析和报备输出等功能，同时在数据显示界面上进行数据交互，通过控制界面实现光源强度、调零、标定校准等控制。

所述便携分析主机包括金属制成的壳体1、提手2、设于壳体下部的缓冲部件及设于壳体内的分析主机3；该分析主机3包括数据串口31、无线传输卡32、传输天线33、系统状态指示件34、标定指示件35、检测指示件36、标定分析室37、标气接口38、光路接口39、数据接口310、光源311及光谱分析仪312，光源311可采用氘灯，系统状态指示件34、标定指示件35、检测指示件36均为指示灯；进一步的，所述壳体1包括底座11和通过锁扣与该底座相连的盖体12，所述提手2固定连接设于该盖体上，所述减震部件设于该底座下部；于本实施例中，该减震部件包括由塑料制成的固定框和设于固定框内的橡胶框，该固定框的横截面为波纹结构，该固定框固连在底座下表面上，橡胶框固连在固定框内。

所述底座11包括底板111、下部通过合页与该底板铰接的两立板112和两侧板113、设于立板上的滚轮装置、设于侧板上的锁定装置及设于底板上的限位结构；优选的，两立板112和两侧板113可围设形成一矩形框，此时底座为容纳分析主机的箱子；所述底板111上设有容纳槽8，该容纳槽8内设有可相对容纳槽前后滑动的滑板81；所述锁定装置包括可往复动作的设于该侧板上的活动板61、设于该活动板一侧上的第一锁定部62、设于活动板另一侧上的第二锁定部63、设于立板上与该第一锁定部相配合的第一卡部64和与该第二锁定部相配合的第二卡部65、设于侧板上与该活动板相配合的容置槽66、螺接于侧板上的锁紧件67及设于活动板上供该锁紧件穿过的滑槽68；该第一锁定部和第二锁定部63分别为活动板61侧壁向外延伸形成的凸部，第一卡部64为设于立板侧壁上的缺口，第二卡部65为设于立板侧壁上的开口槽，锁紧件67为螺钉。

所述滚轮装置包括固设于立板上的固定座71、固连于固定座内的弹簧72、与弹簧上端固连的承重座73、设于承重座上的万向轮74及设于万向轮上的挡件75；该固定座71呈上大下小的喇叭状结构设置，万向轮74有市面上直接采购得到；该挡件75包括扇形的连接板751、固连于连接板端部的弧形板752、设于连接板上的转轴及与该转轴相连的旋钮部753，该转轴可转动的穿设于万向轮74上；该挡件75具有第一位置和第二位置，当立板和侧板围设为矩形框时，挡件处于第一位置上，该弧形板752挡至万向轮的滚轮上方位置；当立板和侧板相对底板下翻时，挡件处于第二位置，该弧形板752翻转至万向轮的滚轮侧部或下部位置。

作为优选，该万向轮74上设有限位凸部741和限位槽742，限位凸部741为设于万向轮的架子侧壁上的条形的凸起，限位槽742为设于万向轮的架子上的弧形槽；当挡件处于第一位置时，该限位凸部741对挡件75进行限位；当挡件75处于第二位置时，该弧形板752穿入至该限位槽742内；进一步的，所述活动板61上设有与所述承重座相配合的叉板611，所述固定座71上设有供叉板穿过的开口槽711。

立板112上固连有一个收纳盒91，该收纳盒91下部为开口设置，该开口上通过铰链连接有可相对开口翻转的盖板92，开口侧壁上向内延伸形成有与该盖板相配合的挡沿93；该种结构下，一些小零件能够放置在该收纳盒内，方便存储，避免零部件的丢失；再者，由于开口设置在下部，且盖板与开口铰接，当底座作为箱子使用时，收纳盒为开口朝下，盖板将在重力作用下自动翻转至关闭开口的状态，保证零部件不会掉出；而当底座作为支架使用时，收纳盒因为立板的外翻裸露在外，且开口朝上，盖板在重力作用下向下翻动使得开口被打开，操作者可方便的拿取零部件；从而无需对收纳盒进行开启和关闭的操作，操作简便，结构简单便于实现。

所述限位结构包括固设于底板上的限位框51和设于该限位框内壁上的橡胶层52，该限位框的内部的大小等于分析主机的大小，分析主机下部刚好能够卡入至该限位框内。

Claims (10)

1.一种全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：包括

监测控制主机，包括云处理中心、数据显示操作单元、数据传输单元、数据处理单元、光谱控制单元、接口单元、校准单元、光谱发生单元及光谱分析单元；

便携分析主机，通过4G或WIFI与监测控制主机进行数据互通；包括壳体（1）、设于壳体上的提手（2）、设于壳体下部的缓冲部件及设于壳体内的分析主机（3）；

传感探头，通过光电信号电缆与该便携分析主机相连；包括手持式的外壳（41）、设于外壳后侧的手把（42）、设于手把上的电信号接口（43）和光信号接口（44）、设于外壳内的分光镜（45）、传感器变送器（46）、水平判定尺（47）、透光镜（48）、分析室（49）及反射镜（410）。

2.根据权利要求1所述的全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：所述分析主机（3）包括数据串口（31）、无线传输卡（32）、传输天线（33）、系统状态指示件（34）、标定指示件（35）、检测指示件（36）、标定分析室（37）、标气接口（38）、光路接口（39）、数据接口（310）、光源（311）及光谱分析仪（312）。

3.根据权利要求1所述的全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：还包括PC端或手机端，所述监测控制主机通过无线蓝牙和GPRS传输与该PC端或手机端进行数据互通。

4.根据权利要求1所述的全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：所述传感探头还包括设于外壳上的固定把手（411）、设于外壳端部的差压传感孔（412）及温度传感器（413）。

5.根据权利要求2所述的全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：烟气光谱分析包括以下步骤：

光源产生宽光谱后通过分光镜把光源进行同比分离；

一路反射光谱作为零点光谱传输到光谱分析仪中，为数据算法计算提供源数据，并为调零标定提供零点数据；

另一路透射光谱进入样品吸收区，并通过反射镜；

之后光谱通过分析室得到吸收光谱，吸收光谱透射进入到光谱分析仪中。

6.根据权利要求1所述的全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：所述壳体（1）包括底座（11）和通过锁扣与该底座相连的盖体（12），所述提手（2）设于该盖体上，所述减震部件设于该底座下部；该底座（11）包括底板（111）、下部与该底板铰接的两立板（112）和两侧板（113）、设于立板上的滚轮装置、设于侧板上的锁定装置及设于底板上的限位结构；两立板（112）和两侧板（113）可围设形成一矩形框，该限位结构包括固设于底板上的限位框（51）和设于该限位框内壁上的橡胶层（52）。

7.根据权利要求6所述的全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：所述锁定装置包括可往复动作的设于该侧板上的活动板（61）、设于该活动板一侧上的第一锁定部（62）、设于活动板另一侧上的第二锁定部（63）、设于立板上与该第一锁定部相配合的第一卡部（64）和与该第二锁定部相配合的第二卡部（65）、设于侧板上与该活动板相配合的容置槽（66）、螺接于侧板上的锁紧件（67）及设于活动板上供该锁紧件穿过的滑槽（68）。

8.根据权利要求7所述的全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：所述滚轮装置包括固设于立板上的固定座（71）、固连于固定座内的弹簧（72）、与弹簧上端固连的承重座（73）、设于承重座上的万向轮（74）及设于万向轮上的挡件（75）；该固定座（71）呈上大下小的喇叭状结构设置，该挡件（75）包括扇形的连接板（751）、固连于连接板端部的弧形板（752）、设于连接板上的转轴及与该转轴相连的旋钮部（753），该转轴可转动的穿设于万向轮（74）上；该挡件（75）具有第一位置和第二位置，处于第一位置时，该弧形板（752）挡至万向轮的滚轮上方位置；处于第二位置时，该弧形板（752）翻转至万向轮的滚轮侧部或下部位置；该万向轮（74）上设有限位凸部（741）和限位槽（742），当挡件处于第一位置时，该限位凸部（741）对挡件（75）进行限位；当挡件（75）处于第二位置时，该弧形板（752）穿入至该限位槽（742）内。

9.根据权利要求8所述的全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：所述活动板（61）上设有与所述承重座相配合的叉板（611），所述固定座（71）上设有供叉板穿过的开口槽（711）。

10.根据权利要求8所述的全光谱烟气便携分析装置，其特征在于：所述底板（111）上设有容纳槽（8），该容纳槽（8）内设有可相对容纳槽前后滑动的滑板（81）。