CN110243809B - 使用圆台形多功能气体传感器检测气体成分的方法 - Google Patents

使用圆台形多功能气体传感器检测气体成分的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种使用圆台形多功能气体传感器检测气体成分的方法，一，将待测气体通入气体腔室；二，偏置电压从100V升到250V，再下降到100V，循环10次后悬停在100V，利用激光接收器得到气体浓度数据A；悬停在250V得到待测气体浓度数据B；步骤三：若
Figure DDA0002125820140000011
并且
Figure DDA0002125820140000012
则浓度值取数据A和B的平均值；若
Figure DDA0002125820140000013
或
Figure DDA0002125820140000014
则重复步骤二至四，直到
Figure DDA0002125820140000015
并且
Figure DDA0002125820140000016
为止，取数据A和B的平均值；步骤四：偏置电压悬停在250V，计算放电电流‑气体浓度之间的线型拟合直线的斜率，从而判断出气体的种类。本发明的方法，不仅兼具激光气体传感器和电离式气体传感器两种功能，而且能够防止误检误判的情况发生，提高检测的准确性。

Description

使用圆台形多功能气体传感器检测气体成分的方法
技术领域
本发明涉及一种使用圆台形多功能气体传感器同时检测气体成分的方法。
背景技术
现有的气体传感器有两种，一种是激光气体传感器，另一种是电离式传感器。激光气体传感器的检测原理是：使用激光发射器发射激光照射被测气体，激光接收器接收照射被测气体后的激光，依据被测气体对特定波长的激光具有的吸收作用，分析检测出被测气体的浓度(如申请公布号为CN 107994456A的《TO封装激光器及气体传感器》、授权公告号为CN 205317667U的《激光气体传感器》、申请公布号为CN 107991238A的《一种激光甲烷气体传感器》)；电离式传感器的检测原理是：通过在电极极板之间加载电压，使得被测气体电离，通过检测电极极板间的电流数据，从而分析出被测气体的浓度(如授权公告号为CN102081071B的《碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器》)。
激光气体传感器有激光气体传感器的气体浓度检测的方法，电离式传感器有电离式传感器的气体浓度检测的方法，在实际应用中，如何将两者进行综合，实现对被测气体成分的测量，是本申请要解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用圆台形多功能气体传感器检测气体成分的方法，不仅兼具激光气体传感器和电离式气体传感器两种功能，而且能够防止误检误判的情况发生，提高检测的准确性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种使用圆台形多功能气体传感器检测气体成分的方法，所述圆台形多功能气体传感器包括激光发射器和激光接收器，气体腔室由实心圆台形导电透明玻璃棒和空心金属管之间的间隙构成，所述实心圆台形导电透明玻璃棒连接偏置电压的正极，空心金属管连接偏置电压的负极，在空心金属管的内壁上绕圆周均布且沿轴向等间距的设有用于促进被测气体电离的碳纳米管薄膜，在所述碳纳米管薄膜的间隔区设有用于反射激光的抛光面，所述气体腔室的两端密封，一端连接有进气管，另一端连接有出气管，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：气体导入
打开进气管上的阀门，利用气泵将待测气体通入所述气体腔室，待测气体将气体腔室内原有的残留气体从出气管排出，然后关闭进气管和出气管；
步骤二：检测数据
偏置电压从100V上升到250V后，再重新下降到100V，如此循环10次后，然后悬停在100V，利用激光发射器和激光接收器进行气体浓度检测——开启激光发射器，所述激光发射器发射的激光从实心圆台形导电透明玻璃棒的一端倾斜射入，经所述抛光面多次反射照射于设置在实心圆台形导电透明玻璃棒另一端的激光接收器上，所述激光接收器将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理，选取检测信号特征峰位置所对应的光强度值，得到100V偏置电压下待测气体浓度数据，得到气体浓度数据A；
然后，偏置电压从100V上升到250V后，再重新下降到100V，如此循环10次后，然后悬停在250V，利用激光发射器和激光接收器进行气体浓度检测——开启激光发射器，所述激光接收器将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理，选取检测信号特征峰位置所对应的光强度值，得到250V偏置电压下待测气体浓度数据B；
步骤三：比较气体浓度数据A和B，若
Figure BDA0002125820120000021
并且
Figure BDA0002125820120000022
则取数据A和B的平均值作为被测气体的浓度值；如果
Figure BDA0002125820120000023
或者
Figure BDA0002125820120000024
表明两个测量结果不一致，则重复步骤二至步骤四，直到
Figure BDA0002125820120000025
并且
Figure BDA0002125820120000026
为止，取数据A和B的平均值作为被测气体的浓度值；
步骤四：
偏置电压悬停在250V，测量不同浓度气体的放电电流值，并计算放电电流-气体浓度之间的线型拟合直线的斜率，根据斜率的不同从计算机存储的数据库中判断出气体的种类。
所述圆台形多功能气体传感器安装在硬质直导管或可弯折导管的前端，硬质直导管或可弯折导管的后端连接有抽气泵，圆台形多功能气体传感器的外围设有防护网。
与现有技术相比本发明的有益效果是：采用本发明所述的检测气体成分的方法，所述气体腔室由实心圆台形导电透明玻璃棒和空心金属管之间的间隙构成，这种结构使得在检测过程中，两电极面由于是圆柱面或圆台面，比平板电极大大缩小了尺寸；在空心金属管的内壁上绕圆周均布且沿轴向等间距的设有用于促进被测气体电离的碳纳米管薄膜，在所述碳纳米管薄膜的间隔区设有用于反射激光的抛光面，这种结构使得在检测过程中，可以通过在电极极板之间加载电压，使得被测气体电离，通过检测电极极板间的电流数据，从而分析出被测气体的浓度，实现电离式气体传感器的功能；还可以先在电极极板之间加载电压，使得被测气体电离，通过检测电极极板间的电流数据，从而分析出被测气体的浓度，再使用激光发射器发射激光照射电离后的被测气体，激光接收器接收照射电离后的被测气体的激光，依据电离后的被测气体对特定波长的激光具有的吸收作用，分析检测出被测气体的浓度，实现对被测气体的两种不同方法的测量，更加具有可靠性。气体腔室由实心圆台形导电透明玻璃棒和空心金属管之间的间隙构成，这种结构在检测过程中还可以带来以下有益效果：一是可以降低电离所需的电压，因为左端的所述间距最小，最早产生电离，而这个局部电离产生的带电离子，其定向流动产生了极间的电离电流，而较早产生的电离电流对于相邻极间间距位置来说，产生了一定的电流驱动作用，在驱动电流的作用下，相邻间距位置的电离过程变得更加容易，导致更多的电离离子产生，进一步增大了电离电流，较低的电离电压有利于保护传感器免受击穿的伤害，增强了气体传感器的检测稳定性、重复性和寿命；二是提高了检测的准确性，因为其测得的电流数据不仅包含了暂态离子流，而且还包含了电离式放电电流，可以得到不同间距下丰富的电流数据；三是不仅能够对被测气体的浓度进行准确的检测，而且还能够将气体电离为等离子体，根据不同气体永久电离之后等离子体的不同，利用被测等离子体对特定波长的激光具有的吸收作用，在分析检测出被测气体的浓度同时精确检测被测气体的类型；本发明所述的检测气体成分的方法，分别在100V和250V的偏置电压下，测得气体浓度A和B，比较二者，如果二者结论一致，那么确定目前被测气体的浓度值；如果结论不一致，那么就需要重新测量，直到二者结论一直为止。这样做的有益效果在于在不同偏置电压条件下去判定气体的浓度，防止误检误判的情况发生，提高检测的准确性。
进一步的有益效果是：本发明的圆台形多功能气体传感器，由于体积小，可以安装在硬质直导管或可弯折导管的前端，深入到较深的难以到达的细小检测处，甚至可以凿孔插入待检测处，通过抽气泵，将待测气体抽入圆台形多功能气体传感器进行现场检测，极大扩展了应用范围。
附图说明
图1是本发明所述的圆台形多功能气体传感器的结构示意图；
图2是图1的A-A向剖面图；
图3是图1的B-B向剖面图；
图4是本发明所述的圆台形多功能气体传感器连接了硬质直导管的结构示意图；
图5是本发明所述的圆台形多功能气体传感器连接了可弯折导管的结构示意图；
图6是实施例中以气体浓度数据为纵轴、以气体放电电流数据为横轴，经线性拟合得到拟合直线。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清晰，以下结合附图1至6，对本发明进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明的保护范围。
本发明是一种使用圆台形多功能气体传感器检测气体成分的方法，所述圆台形多功能气体传感器包括激光发射器6和激光接收器7，气体腔室2由实心圆台形导电透明玻璃棒1和空心金属管3之间的间隙构成，所述实心圆台形导电透明玻璃棒1连接偏置电压的正极，空心金属管3连接偏置电压的负极，在空心金属管3的内壁上绕圆周均布且沿轴向等间距的设有用于促进被测气体电离的碳纳米管薄膜5，在所述碳纳米管薄膜5的间隔区设有用于反射激光的抛光面，所述气体腔室2的两端密封，一端连接有进气管8，另一端连接有出气管9，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：气体导入
打开进气管8上的阀门，利用气泵将待测气体通入所述气体腔室2，待测气体将气体腔室2内原有的残留气体从出气管9排出，然后关闭进气管8和出气管9；
步骤二：检测数据
偏置电压从100V上升到250V后，再重新下降到100V，如此循环10次后，然后悬停在100V，利用激光发射器6和激光接收器7进行气体浓度检测——开启激光发射器6，所述激光发射器6发射的激光4从实心圆台形导电透明玻璃棒1的一端倾斜射入，经所述抛光面多次反射照射于设置在实心圆台形导电透明玻璃棒1另一端的激光接收器7上，所述激光接收器7将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理，选取检测信号特征峰位置所对应的光强度值，得到100V偏置电压下待测气体浓度数据，得到气体浓度数据A；
然后，偏置电压从100V上升到250V后，再重新下降到100V，如此循环10次后，然后悬停在250V，利用激光发射器6和激光接收器7进行气体浓度检测——开启激光发射器6，所述激光接收器7将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理，选取检测信号特征峰位置所对应的光强度值，得到250V偏置电压下待测气体浓度数据B；
步骤三：比较气体浓度数据A和B，若
Figure BDA0002125820120000061
并且
Figure BDA0002125820120000062
则取数据A和B的平均值作为被测气体的浓度值；如果
Figure BDA0002125820120000063
或者
Figure BDA0002125820120000064
表明两个测量结果不一致，则重复步骤二至步骤四，直到
Figure BDA0002125820120000065
并且
Figure BDA0002125820120000066
为止，取数据A和B的平均值作为被测气体的浓度值；
步骤四：偏置电压悬停在250V，测量不同浓度气体的放电电流值，并计算放电电流-气体浓度之间的线型拟合直线的斜率，根据斜率的不同从计算机存储的数据库中判断出气体的种类。
作为优选，所述圆台形多功能气体传感器01安装在硬质直导管02或可弯折导管03的前端，硬质直导管02或可弯折导管03的后端连接有抽气泵04，圆台形多功能气体传感器01的外围设有防护网05。
实施例：
采用圆台形多功能气体传感器01测量SO2气体，偏置电压从100V上升到250V后，再重新下降到100V，如此循环10次后，然后悬停在100V，利用激光发射器6和激光接收器7进行气体浓度检测——开启激光发射器6，所述激光接收器7将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理，选取检测信号特征峰位置所对应的光强度值，得到100V偏置电压下待测气体放电电流5.2μA，对应浓度数据A为12ppm；然后，偏置电压从100V上升到250V后，再重新下降到100V，如此循环10次后，然后悬停在250V，利用激光发射器6和激光接收器7进行气体浓度检测——开启激光发射器6，所述激光接收器7将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理，选取检测信号特征峰位置所对应的光强度值，得到250V偏置电压下待测气体放电电流7.8μA，对应浓度数据B为12ppm；
接下来，比较气体浓度数据A和B，
Figure BDA0002125820120000071
结果表明二者结论一致，那么确定目前被测气体的浓度值为12ppm；
以气体浓度数据为纵轴，以气体放电电流数据为横轴，经线性拟合得到拟合直线，斜率为5.015，可知气体类型为SO2。
Figure BDA0002125820120000072

Claims (2)

1.一种使用圆台形多功能气体传感器检测气体成分的方法，所述圆台形多功能气体传感器包括激光发射器（6）和激光接收器（7），气体腔室（2）由实心圆台形导电透明玻璃棒（1）和空心金属管（3）之间的间隙构成，所述实心圆台形导电透明玻璃棒（1）连接偏置电压的正极，空心金属管（3）连接偏置电压的负极，在空心金属管（3）的内壁上绕圆周均布且沿轴向等间距的设有用于促进被测气体电离的碳纳米管薄膜（5），在所述碳纳米管薄膜（5）的间隔区设有用于反射激光的抛光面，所述气体腔室（2）的两端密封，一端连接有进气管（8），另一端连接有出气管（9），其特征在于包括如下步骤：
步骤一：气体导入
打开进气管（8）上的阀门，利用气泵将待测气体通入所述气体腔室（2），待测气体将气体腔室（2）内原有的残留气体从出气管（9）排出，然后关闭进气管（8）和出气管（9）；
步骤二：检测数据
先在电极极板之间加载电压，使得被测气体电离，通过检测电极极板间的电流数据，从而分析出被测气体的浓度，再使用激光发射器发射激光照射电离后的被测气体，激光接收器接收照射电离后的被测气体的激光，依据电离后的被测气体对特定波长的激光具有的吸收作用，分析检测出被测气体的浓度，实现对被测气体的两种不同方法的测量；采用激光检测的步骤如下：
偏置电压从100V上升到250V后，再重新下降到100V，如此循环10次后，然后悬停在100V，利用激光发射器（6）和激光接收器（7）进行气体浓度检测——开启激光发射器（6），所述激光发射器（6）发射的激光（4）从实心圆台形导电透明玻璃棒（1）的一端倾斜射入，经所述抛光面多次反射照射于设置在实心圆台形导电透明玻璃棒（1）另一端的激光接收器（7）上，所述激光接收器（7）将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理，选取检测信号特征峰位置所对应的光强度值，得到100V偏置电压下待测气体浓度数据，得到气体浓度数据A；
然后，偏置电压从100V上升到250V后，再重新下降到100V，如此循环10次后，然后悬停在250V，利用激光发射器（6）和激光接收器（7）进行气体浓度检测——开启激光发射器（6），所述激光接收器（7）将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理，选取检测信号特征峰位置所对应的光强度值，得到250V偏置电压下待测气体浓度数据B；
步骤三：比较气体浓度数据A和B，若
Figure 830700DEST_PATH_IMAGE002
并且
Figure 951103DEST_PATH_IMAGE004
，则取数据A和B的平均值作为被测气体的浓度值；如果
Figure 137365DEST_PATH_IMAGE006
或者
Figure 63732DEST_PATH_IMAGE008
，表明两个测量结果不一致，则重复步骤二至步骤四，直到
Figure DEST_PATH_IMAGE009
并且
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为止，取数据A和B的平均值作为被测气体的浓度值；
步骤四：
偏置电压悬停在250V，测量不同浓度气体的放电电流值，并计算放电电流-气体浓度之间的线型拟合直线的斜率，根据斜率的不同从计算机存储的数据库中判断出气体的种类。
2.根据权利要求1所述的使用圆台形多功能气体传感器检测气体成分的方法，其特征在于：所述圆台形多功能气体传感器（01）安装在硬质直导管（02）或可弯折导管（03）的前端，硬质直导管（02）或可弯折导管（03）的后端连接有抽气泵（04），圆台形多功能气体传感器（01）的外围设有防护网（05）。
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