CN110427057A - 光谱仪的温控方法、温控装置及气体分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光谱仪的温控方法、温控装置及气体分析仪。光谱仪的温控方法包括：获取环境温度T和环境相对湿度，根据环境温度T和环境相对湿度确定结露点，根据结露点确定温控区间最小值Ta；根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb；确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2；若环境温度T高于临界值Tc，对光谱仪进行降温，温控目标值为Ta；若环境温度T低于临界值Tc，对光谱仪进行加温，温控目标值为Tb。本发明采用分段式控温，使得光谱仪可满足宽范围环境温度的要求。

Description

光谱仪的温控方法、温控装置及气体分析仪

技术领域

本发明属于检测设备领域，尤其涉及一种光谱仪的温控方法、温控装置及气体分析仪。

背景技术

光谱仪属于精密而敏感光学系统，光谱仪的环境温度，湿度，机械振动，以及大气压的变化，都会使谱线产生微小的变化而造成谱线的偏移。光学系统微小的变化(如结构件的热胀冷缩等)即会引起很大的测量误差。因此监测仪在设计时会对光学系统进行恒温控制。目前监测仪的光谱仪温控都是将光谱仪所需的工作温度控制在一个恒定温度点。

然而，利用光谱仪进行室外检测是，环境温度的变化范围很大。现有的单点恒温温控技术，在光谱仪工作的恒温温度与环境温度差值较大的情况下，光谱仪的温控设备需消耗大量的能量，且难以达到温控目标值。在极端环境温度下，若环境温度很高，温控点温度极大的低于环境温度，会造成光谱仪所处环境结露，湿度的提高不仅会使空气的折射率增大，使谱线发生偏移，湿度提高还会对光学零件产生腐蚀作用，降底了仪器透光率，从而影响光谱仪的性能，进一步影响仪器的分析结果。单点恒温温控技术，无法适应仪器在宽范围环境温度中测量的需求。

发明内容

为了解决至少一个上述问题，本发明提出一种光谱仪的温控方法、温控装置及气体分析仪，根据环境因素对光谱仪的工作温度进行调整，使得光谱仪可满足宽范围环境温度中测量的需求。

本发明的实施例提供一种光谱仪的温控方法，包括：

获取环境温度T和环境相对湿度，根据所述环境温度T和环境相对湿度确定结露点，根据所述结露点确定温控区间最小值Ta；

根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb；

确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2；

若所述环境温度T高于所述临界值Tc，对所述光谱仪进行降温，温控目标值为所述Ta；若所述环境温度T低于所述临界值Tc，对所述光谱仪进行加温，温控目标值为所述Tb。

作为本发明可选的方案，根据所述结露点确定温控区间最小值Ta包括：设置所述温控区间最小值Ta高于所述结露点，并使所述温控区间最小值Ta与所述结露点的差值为第一预设值。

作为本发明可选的方案，所述第一预设值为1℃。

作为本发明可选的方案，根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb包括：设置所述温控区间最大值Tb低于所述最佳工作温度区间的最大值，并使所述温控区间最大值Tb与所述最佳工作温度区间的最大值的差值为第二预设值。

作为本发明可选的方案，所述第二预设值为1℃。

本发明的实施例还提供一种光谱仪温控装置，包括保温箱和控制单元，所述保温箱包括：

壳体，所述壳体内部为密闭的空腔；

加热片，位于所述空腔内，所述加热片连接所述控制单元；

制冷片，位于所述壳体的侧壁上，所述制冷片连接所述控制单元，所述制冷片的外侧壁上设有散热片；

温湿度传感器，位于所述壳体的外侧，连接所述控制单元，所述温湿度传感器检测环境温度T和环境相对湿度；

温度传感器，位于所述空腔内，连接所述控制单元，所述温度传感器检测所述空腔内的温度；

所述控制单元根据所述环境温度T和环境相对湿度确定结露点，根据所述结露点确定温控区间最小值Ta；根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb；根据所述温控区间最小值Ta和温控区间最大值Tb确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2；若所述环境温度T高于所述临界值Tc，启动所述制冷片，将所述空腔内温控目标值设定为所述Ta；若所述环境温度T低于所述临界值Tc，启动所述加热片，将所述空腔内温控目标值设定为所述Tb。

作为本发明可选的方案，所述保温箱还包括隔热板，所述壳体的侧壁上设有开口，所述隔热板封闭所述开口，所述制冷片固定在所述隔热板上。

作为本发明可选的方案，所述保温箱还包括导温板，所述导温板位于所述空腔内，固定连接所述隔热板的内侧壁；所述加热片安装在所述导热板的下表面上，所述制冷片与所述导温板的侧壁接触。

作为本发明可选的方案，所述保温箱还包括风扇，所述风扇向所述散热片吹风。

本发明的实施例还提供一种气体分析仪，包括光谱仪和上述的光谱仪温控装置，所述光谱仪位于所述壳体的空腔内。

本发明的光谱仪的温控方法及温控装置，采用分段控温的方式，减少加热或制冷时加热片及制冷片消耗的能量；使得气体分析仪可满足宽范围环境温度的要求；避免气体分析仪工作时出现结露，影响光谱仪的运行。

附图说明

图1是本发明实施例光谱仪温控装置的结构示意图。

图2是本发明实施例光谱仪的温控方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提供一种光谱仪温控装置，光谱仪温控装置包括保温箱100和控制单元(图中未示出)。光谱仪放置在光谱仪温控装置中，光谱仪温控装置对光谱仪的工作温度进行调节，保证光谱仪处于合适的工作温度。光谱仪出厂时，厂家通常会给出光谱仪的最佳工作温度区间。

保温箱100包括壳体1、加热片2、制冷片3、散热片4、温湿度传感器5、温度传感器6等。

壳体1的内部为密闭的空腔，壳体1的材质为保温材料，如聚氨酯泡沫等，便于保持空腔内的温度。光谱仪200位于壳体1的空腔内，空腔内的温度即为光谱仪200的工作温度。

控制单元位于壳体1的外侧，例如控制单元可设置在壳体1的外侧壁上。

加热片2位于壳体1的空腔内，加热片2用于通电后加热，以提升空腔内的温度。加热片2连接控制单元，控制单元控制加热片2的运行。

制冷片3位于壳体1的侧壁上，本实施例的制冷片3为半导体制冷片。制冷片3工作时，可降低空腔内的温度，制冷片3连接控制单元，控制单元控制制冷片3的运行。制冷片3的外侧壁上设有散热片4，制冷片3运行时，其外侧壁的温度较高，通过设置散热片4提高制冷片3的散热能力。

温湿度传感器5位于壳体1的外侧，温湿度传感器5用于检测外部环境的环境温度T和环境相对湿度。温湿度传感器5连接控制单元，将检测的环境温度T和环境相对湿度发送给控制单元。

控制单元根据温湿度传感器5检测的环境温度T和环境相对湿度确定结露点，根据结露点确定温控区间最小值Ta。如将温控区间最小值Ta设置为高于结露点，温控区间最小值Ta与结露点的差值为第一预设值。

控制单元根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb。如将温控区间最大值Tb设置为低于光谱仪最佳工作温度区间的最大值，温控区间最大值Tb与最佳工作温度区间的最大值的差值为第二预设值。

控制单元根据温控区间最小值Ta和温控区间最大值Tb确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2。

若环境温度T高于临界值Tc，控制单元启动制冷片，将空腔内温控目标值设定为Ta；若环境温度T低于临界值Tc，控制单元启动加热片，将空腔内温控目标值设定为Tb。

在壳体1的空腔内设有温度传感器6，温度传感器6用于检测空腔内的温度，温度传感器6连接控制单元。若空腔内的温度达到温控目标值Ta或Tb，则控制单元停止制冷片3或加热片2的运行。

大多数情况下，环境温度T位于温控区间最小值Ta和温控区间最大值Tb之间。可选的，如果环境温度T等于临界值Tc，则加热片2运行，温控目标值设定为Tb。

作为可选的方案，保温箱100还包括隔热板7，隔热板7为保温材质，如硅酸铝等。壳体1的侧壁上设有开口，隔热板7用于封闭壳体1的开口。隔热板7设有安装制冷片3的通孔，制冷片3固定在隔热板7上，更有利于对空腔进行降温。

进一步的，保温箱100还包括导温板8，导温板8位于壳体1的空腔内。本实施例中，导温板8为L型，其侧壁固定连接隔热板7的内侧壁，制冷片3与导温板8的侧壁接触。加热片2安装在导热板8的下表面上，光谱仪200设置在导温板8的上表面上。温度传感器6紧贴光谱仪200，更便于温度传感器6精准的检测光谱仪200的温度。导温板8采用导温效传导率较低的金属材料，例如不锈钢等，避免控温过程中温度升降引起光谱仪温度剧变。

作为可选的方案，保温箱100还包括风扇9，风扇9向散热片4吹风，利于散热片4进散热。风扇9连接控制单元，控制单元启动制冷片3时，启动风扇9。

可选的，本实施例的壳体1包括上壳体和下壳体，通过上壳体和下壳体的结合，形成壳体1的空腔结构。

控制单元包括处理模块和加热制冷模块，处理模块接收温湿度传感器5检测的环境温度T和环境相对湿度信号，并接收温度传感器6检测的空腔内的温度信号。加热制冷模块控制加热片2和制冷片3的运行。

处理模块根据环境温度T和环境相对湿度信号确定结露点，根据结露点确定温控区间最小值Ta。如将温控区间最小值Ta设置为高于结露点，温控区间最小值Ta与结露点的差值为第一预设值。处理模块根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb。如将温控区间最大值Tb设置为低于光谱仪最佳工作温度区间的最大值，温控区间最大值Tb与最佳工作温度区间的最大值的差值为第二预设值。处理模块根据温控区间最小值Ta和温控区间最大值Tb确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2。

若环境温度T高于临界值Tc，处理模块向加热制冷模块发送制冷指令，加热制冷模块根据制冷指令启动制冷片，对空腔进行降温，空腔内温控目标值设定为Ta；若环境温度T低于临界值Tc，处理模块向加热制冷模块发送加热指令，加热制冷模块根据加热指令启动加热片，对空腔进行加热，空腔内温控目标值设定为Tb。

若需要光谱仪进行较长时间的工作，可设置温控的周期，如每隔3小时温湿度传感器5采集一次环境温度T和环境相对湿度，控制单元根据更新的数据实时调整温控区间最小值Ta及临界值Tc，以控制加热片2或制冷片4调整光谱仪的工作温度。

如图2所示，本发明实施例的光谱仪的温控方法，包括：

S101、获取环境温度T和环境相对湿度，根据环境温度T和环境相对湿度确定结露点，根据结露点确定温控区间最小值Ta。

S102、根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb。光谱仪出厂时，厂家通常会给出光谱仪的最佳工作温度区间。

S103、确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2。之后执行步骤S104或S105。

S104、若环境温度T高于临界值Tc，对光谱仪进行降温，温控目标值为Ta。

S105、若环境温度T低于临界值Tc，对光谱仪进行加温，温控目标值为Tb。

当光谱仪的工作温度达到温控目标值后，停止对光谱仪进行降温或加温。

可选的，步骤S101中根据结露点确定温控区间最小值Ta包括：设置温控区间最小值Ta高于结露点，并使温控区间最小值Ta与结露点的差值为第一预设值。温控区间最小值Ta高于结露点可避免光谱仪工作时出现结露。

进一步的，第一预设值为1℃。第一预设值也可根据需要设置为其它值。

可选的，步骤S102根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb包括：设置温控区间最大值Tb低于最佳工作温度区间的最大值，并使温控区间最大值Tb与最佳工作温度区间的最大值的差值为第二预设值。

进一步的，第二预设值为1℃。第二预设值也可根据需要设置为其它值。

本实施例的光谱仪温控装置可应用于便携式的检测设备，如便携式的气体分析仪，其包括光谱仪和上述的光谱仪温控装置，光谱仪位于壳体的空腔内。

本实施例的光谱仪的温控方法及温控装置，采用分段控温的方式，减少加热或制冷时加热片及制冷片消耗的能量；使得气体分析仪可满足宽范围环境温度的要求；避免气体分析仪工作时出现结露，影响光谱仪的运行。

实施例1

利用气体分析仪进行检测时，温湿度传感器检测环境温度T为35℃，环境相对湿度为50％，计算得出结露点为23℃，设置温控区间最小值Ta高于结露点1℃，确定温控区间最小值Ta为24℃。

光谱仪的最佳工作温度区间的最大值为30℃，设置温控区间最大值Tb低于最佳工作温度区间的最大值1℃，确定温控区间最大值Tb为29℃。

确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2＝26.5℃。

环境温度T高于临界值Tc，对光谱仪进行降温，温控目标值为24℃。

实施例2

利用气体分析仪进行检测时，温湿度传感器检测环境温度T为16℃，环境相对湿度为60％，计算得出结露点为8℃，设置温控区间最小值Ta高于结露点1℃，确定温控区间最小值Ta为9℃。

光谱仪的最佳工作温度区间的最大值为30℃，设置温控区间最大值Tb低于最佳工作温度区间的最大值1℃，确定温控区间最大值Tb为29℃。

确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2＝19℃。

环境温度T低于临界值Tc，对光谱仪进行升温，温控目标值为29℃。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种光谱仪的温控方法，其特征在于，包括：

获取环境温度T和环境相对湿度，根据所述环境温度T和环境相对湿度确定结露点，根据所述结露点确定温控区间最小值Ta；

B、根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb；

C、确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2；

D、若所述环境温度T高于所述临界值Tc，对所述光谱仪进行降温，温控目标值为所述Ta；若所述环境温度T低于所述临界值Tc，对所述光谱仪进行加温，温控目标值为所述Tb。

2.根据权利要求1所述光谱仪的温控方法，其特征在于，根据所述结露点确定温控区间最小值Ta包括：

设置所述温控区间最小值Ta高于所述结露点，并使所述温控区间最小值Ta与所述结露点的差值为第一预设值。

3.根据权利要求2所述光谱仪的温控方法，其特征在于，所述第一预设值为1℃。

4.根据权利要求1所述光谱仪的温控方法，其特征在于，根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb包括：

设置所述温控区间最大值Tb低于所述最佳工作温度区间的最大值，并使所述温控区间最大值Tb与所述最佳工作温度区间的最大值的差值为第二预设值。

5.根据权利要求4所述光谱仪的温控方法，其特征在于，所述第二预设值为1℃。

6.一种光谱仪温控装置，其特征在于，包括保温箱和控制单元，所述保温箱包括：

壳体，所述壳体内部为密闭的空腔；

加热片，位于所述空腔内，所述加热片连接所述控制单元；

制冷片，位于所述壳体的侧壁上，所述制冷片连接所述控制单元，所述制冷片的外侧壁上设有散热片；

温湿度传感器，位于所述壳体的外侧，连接所述控制单元，所述温湿度传感器检测环境温度T和环境相对湿度；

温度传感器，位于所述空腔内，连接所述控制单元，所述温度传感器检测所述空腔内的温度；

所述控制单元根据所述环境温度T和环境相对湿度确定结露点，根据所述结露点确定温控区间最小值Ta；根据光谱仪的最佳工作温度区间确定温控区间最大值Tb；根据所述温控区间最小值Ta和温控区间最大值Tb确定临界值Tc，Tc＝(Ta+Tb)/2；若所述环境温度T高于所述临界值Tc，启动所述制冷片，将所述空腔内温控目标值设定为所述Ta；若所述环境温度T低于所述临界值Tc，启动所述加热片，将所述空腔内温控目标值设定为所述Tb。

7.根据权利要求6所述光谱仪温控装置，其特征在于，所述保温箱还包括隔热板，所述壳体的侧壁上设有开口，所述隔热板封闭所述开口，所述制冷片固定在所述隔热板上。

8.根据权利要求7所述光谱仪温控装置，其特征在于，所述保温箱还包括导温板，所述导温板位于所述空腔内，固定连接所述隔热板的内侧壁；所述加热片安装在所述导热板的下表面上，所述制冷片与所述导温板的侧壁接触。

9.根据权利要求6所述光谱仪温控装置，其特征在于，所述保温箱还包括风扇，所述风扇向所述散热片吹风。

10.一种气体分析仪，其特征在于，包括光谱仪和权利要求6～9任一所述的光谱仪温控装置，所述光谱仪位于所述壳体的空腔内。