CN110887805A - 一种多点瞄准区域性异常气体探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多点瞄准区域性异常气体探测装置，包括外反射镜和参比反射器，该参比反射器包括壳体以及设于壳体内部的光发射器、控制光发射器的调制器、检测组件和内反射镜；内反射镜通过旋转轴安装于壳体上，该旋转轴带动内反射镜旋转使探测装置在探测状态和内参比状态之间切换；当探测装置处于内参比状态时，光发射器发出的发射光经过内反射镜到达检测组件；当探测装置处于探测状态时，光发射器发出的发射光通过壳体上的发射窗口到达外反射镜，通过外反射镜反射回参比反射器，经过壳体上的接收窗口进入检测组件。与现有技术相比，本发明具有结构简单、性能优良、检测速度快、操作简单、可测范围大、准确度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外检测装置，尤其是涉及一种多点瞄准区域性异常气体探测装置。
背景技术
中药是我国传统中医药文化中必不可少的一部分，它是在中医学理论的指导下，经过炮制、制剂等一系列加工后可直接用于临床的药品。随着国民经济水平的不断提高，中药在临床上的应用也越来越普遍，人们对中药的品质有了更高的要求，因此寻求“品质兼优”的中药成为了当下炙手可热的话题。
众所周知，中药品类繁多、来源广泛且成分复杂，在贮藏的过程中，常常会因为药材本身的性质，发生物理或化学变化，包括发霉、虫蛀、泛油、酸败等现象，与此同时也会产生气体，这些都会严重影响中药的疗效，造成一定的经济损失。特别是一些含有挥发性成分的药材，例如薄荷，它的有效成分是薄荷油，在湿度或温度的影响下，极易挥发，并产生气体，导致药用成分急剧降低甚至消失，因此在保管药材的过程中，需要实时监测环境中气体的成分和浓度，通过检测这些气体的变化情况，可以在一定程度上监测仓库中药材的稳定性。因此研制一个能探测异常气体的装置显得尤为重要。
中药在储存和保管的过程中，为了保证药材的品质，对环境中气体进行监测是不可或缺的。常用的气体检测装置是气体传感器，它主要包括感应元件和检测元件，能够将环境中气体信号转变成电信号进行测量。但由于检测现场温度、湿度的变化很大，且又存在大量粉尘，所以其工作条件较为恶劣；另外，气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差。
除此以外，气体传感器可测的气体种类十分有限，即便使用复合型的传感器也会造成一些气体成分无法验出。而光谱分析具有准确、快速的特点，对于大多数气体均有信号，且可进行定性、定量分析，它的应用会使得异常气体检测的灵敏度大幅提升。
中国专利CN102279167A公开了一种微型红外气体传感器，它的主要组成包括中间带孔的镀金反射内壁气室(内置窄带光源、窄带光学滤光片、以及红外敏感元件)和气体干燥装置等。窄带光源位于光源区域，光源区域安装有一些光学滤光片。红外敏感元件是由多个双元敏感元件串接而成，双元敏感元件由两个元件组成，其中一个元件位于气体敏感元件区域，用于检测相应气体；另外一个元件位于参考测量敏感元件区域，用于气体的参考检测，此外，两元件的前端分别装有窄带滤光片，不同区域之间装有绝热隔板。此装置为微型电路设计，内部结构较为复杂，易受到温度、湿度等因素的影响，测量范围小。且气体的进样是通过扩散作用实现的，若是环境中的气体浓度未达到一定值，则无法检测，灵敏度较差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的设备结构复杂不易安装、易受到温度、湿度等因素的影响、测量范围小、灵敏度较差等缺陷而提供一种多点瞄准区域性异常气体探测装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种多点瞄准区域性异常气体探测装置，包括外反射镜和参比反射器，该参比反射器包括壳体以及设于壳体内部的光发射器、控制所述光发射器的调制器、检测组件和内反射镜；所述内反射镜通过旋转轴安装于所述壳体上，该旋转轴带动所述内反射镜旋转使探测装置在探测状态和内参比状态之间切换；当探测装置处于内参比状态时，所述光发射器发出的发射光经过所述内反射镜到达所述检测组件；当探测装置处于探测状态时，所述光发射器发出的发射光通过壳体上的发射窗口到达外反射镜，通过外反射镜反射回参比反射器，经过壳体上的接收窗口进入检测组件。
本发明利用了光的反射原理，含有两条内外反射路线，其中外反射路线安装有平行反射镜，通过发射窗口发射出一定波长的光到达平行反射镜，反射两次恰好回到接收窗口，进入检测组件，这样就能够多区域探测环境中气体的成分和浓度。内反射路线位于参比反射器内部，当处于参比状态时，可通过调制器发出信号到达光发射器，然后发射一定波长和强度的光，经内反射镜反射到达检测组件，此可作为气体检测的对照，它能有效消除仪器自身的误差干扰。
本发明的装置通过比较内外反射光波长可确定气体组成成分及浓度，与现有的气体传感器相比，本装置构造简单，灵敏度高，响应迅速，具有多区域探测的优点。
所述内反射镜和外反射镜均由两片互成夹角的平面镜构成。内反射镜和外反射镜均呈“A”字镜，它能够迅速将入射光沿平行方向反射回去，一般设置于药仓墙面上，散布于多个区域。
所述检测组件包括光谱检测器，所述光发射器和光谱检测器匹配设于所述内反射镜的对称轴的两侧。
所述内反射镜旋转90°完成探测装置在探测状态和内参比状态之间的切换。
所述检测组件还包括与所述光谱检测器连接的数据处理器和与数据处理器连接的显示模块；所述光谱检测器为红外光谱仪，该红外光谱仪在每次检测前，进行背景扫除。
此时，光发射器与红外光谱仪配合，光发射器，对应的光发射器包含红外光源、滤光片等，能发射一定波长范围的可见光，其中波长的调节可依靠调制器实现，通过背景扫除可以消除环境中存在的H2O、CO2以及其它气体分子的干扰。
所述外反射镜设有若干个，散布于待检测空间内部，所述参比反射器的壳体安装于旋转机构上，该旋转机构带动参比反射器进行旋转分别检测各个外反射镜对应区域的气体。
参比反射器可以绕重心旋转至平行反射镜合适位置，以确保光源的发射和接收都位于经过对应窗口，并且反射镜设有多个，这样可以测量仓库各个区域处的气体变化情况。
本发明还提供了上述多点瞄准区域性异常气体探测装置的应用，该探测装置的外反射镜安装于储药仓库内部的墙壁上，用于检测储药仓库内药材的变化情况。
本发明检测储药仓库内药材的变化情况主要是比较环境中气体分子的红外吸收强度与波长的变化，来确定气体的组分及浓度，属于红外检测仪的常规检测过程。
通过比较探测状态和内参比状态时进入检测组件的反射光，确定是否有新的气体产生。
在探测状态下，所述参比反射器保持对准一个外反射镜，通过比较不同时间进入检测组件的反射光的差别检测该外反射镜对应检测区域的气体成分变化情况。
在探测状态下，将参比反射器分别对准安装于各个检测区域的外反射镜，通过比较不同检测区域外反射镜反射回的反射光的差异，确定新气体产生的位置。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)装置结构简单，性能优良，具备多种比较方式，实现快速判断是否有新气体产生、气体产生位置以及实时监测仓库内气体变化情况，适用范围广；
(2)检测速度快，光波在发出后，能通过反射镜快速回到接收窗口进入光谱检测器，实现快速检测；
(3)操作简单，只需旋转参比反射器内的旋转轴即可调整仪器进行内反射、外反射变换，从而达到不同的效果，实现不同的检测模式；
(4)可测范围大，由于平行反射镜安装于环境中的多个区域，因此可以从多个方位测量气体组成；
(5)准确度高，在使用红外光谱仪进行检测的时候，都会提前对周围环境进行背景扫描，消除环境中存在的H2O、CO2以及其它气体分子的干扰，提高了检测准确度，并且本发明是不同状况下红外检测仪检测数据自身的比较，可以消除仪器本身的误差，提高灵敏度和检测的准确度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中参比反射器的结构示意图；
图3为探测状态时内反射镜的位置示意图；
图4为内参比状态时内反射镜的位置示意图；
图中，1为外反射镜，2为发射光，3为接收光，4为参比反射器，6为接收窗口，7为光谱检测器，8为调制器，9为显示模块，10为发射窗口，11为旋转轴，12为内反射镜，13为光发射器，14为数据处理器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
一种多点瞄准区域性异常气体探测装置，该探测装置的外反射镜安装于储药仓库内部的墙壁上，用于检测储药仓库内药材的变化情况。
如图1所示，检测装置包括外反射镜1和参比反射器4，外反射镜1设有若干个，散布于待检测空间内部，用于探测气体，参比反射器4的壳体安装于旋转机构上，该旋转机构带动参比反射器4进行旋转分别检测各个外反射镜1对应区域的气体。参比反射器4上设有发射窗口10和接收窗口6，发射光2从发射窗口10射出，经过外反射镜1反射变成接收光3，经过接收窗口6返回至参比反射器4；参比反射器4可以绕重心旋转至平行反射镜合适位置，以确保光源的发射和接收都位于经过对应窗口。
如图2所示，参比反射器4包括壳体以及设于壳体内部的光发射器13、控制光发射器13的调制器8、检测组件和内反射镜12，壳体的顶部设有接收窗口6和发射窗口10，检测组件包括光谱检测器7、与光谱检测器7连接的数据处理器14、与数据处理器14连接的显示模块9；内反射镜12和外反射镜1均由两片互成夹角的平面镜构成，呈一定夹角的“A”字镜，它能够迅速将入射光沿平行方向反射回去，一般设置于药仓墙面上，散布于多个区域；光发射器13和光谱检测器7匹配设于内反射镜12的对称轴的两侧，满足光路需求。
内反射镜12通过旋转轴11安装于壳体上，该旋转轴11带动内反射镜12旋转使探测装置在探测状态和内参比状态之间切换；当探测装置处于内参比状态时，光发射器13发出的发射光2经过内反射镜12到达检测组件的光谱检测器7；当探测装置处于探测状态时，光发射器13发出的发射光2通过壳体上的发射窗口10到达外反射镜1，通过外反射镜1反射回参比反射器4，经过壳体上的接收窗口6进入光谱检测器7；内反射镜12旋转90°完成探测装置在探测状态和内参比状态之间的切换。
本实施例中，光谱检测器7为红外光谱仪，该红外光谱仪在每次检测前，进行背景扫除以消除环境中存在的H2O、CO2以及其它气体分子的干扰，对应的光发射器包含红外光源、滤光片等，能发射一定波长范围的可见光，其中波长的调节可依靠调制器实现。
具体红外检测仪检测气体浓度以及红外检测仪原位检测的原理根据化工技术领域的仪表检测方面的工具手册或者技术手册即可获得，在此不做赘述。并且，本实施例中的数据处理器为与红外检测仪配套的处理器，可以采用市售的红外检测装置自带的数据处理器即可。
本实施例的装置使用方法的步骤如下：
(1)将外反射镜1安装于药材储层空间顶部的多个区域，选择的安装位置可尽量分散，以便实现较宽的测量范围。
(2)打开参比反射器4，调整参比反射器内的旋转轴，使内反射镜处于内参比状态的位置，如图4所示，在调制器的指令下，光发射器发出一定强度和波长的光，经内反射镜反射到达光谱检测器，检测后的数据通过显示模块和数据处理器记录，此即为内发射光相应数据。
(3)将参比反射器瞄准某一特定平行反射镜，旋转参比反射器内的旋转轴，使内反射镜旋转90°，如图3所示，此时处于探测状态，光发射器发出的光不经过内反射镜，而是直接通过发射窗口到达环境中的平行反射镜，经反射后从接收窗口至光谱检测器，在调制器的作用下，会对这段时间内的内反射光和外反射光进行比较，与此同时光谱检测器也可得到相应图谱，若是在此过程有新气体产生，内外反射光的强度就会出现差异，此外红外也会检测到有新的特征谱段。
(4)旋转参比反射器4的位置，使其瞄准另一个外反射镜，再接着进行上面(2)、(3)的步骤，直至瞄准完最后一个平行反射镜后结束。
本实施的装置通过比较环境中气体分子的红外吸收强度与波长的变化，来确定气体的组分及浓度，进而检测药品仓库中药物的稳定情况。具体来说有三种比较方式：
(1)通过比较探测状态和内参比状态时进入光谱检测器7的反射光，即通过比较外反射镜1和内反射镜12反射回的反射光波长可以确定是否有新的气体产生；
(2)在探测状态下，参比反射器4保持对准一个外反射镜1，通过比较不同时间进入光谱检测器7的反射光的差别检测该外反射镜1对应检测区域的气体成分变化情，从而实现实时监测环境中的气体成分是否发生变化；
(3)在探测状态下，将参比反射器4分别对准安装于各个检测区域的外反射镜1，通过比较不同检测区域外反射镜1反射回的反射光的差异，确定新气体产生的位置，以便快速筛查。
本实施例的装置结构简单，性能优良，具备多种比较方式；检测速度快。光波在发出后，能通过反射镜快速回到接收窗口进入光谱检测器；操作简单，只需旋转参比反射器内的旋转轴即可调整仪器进行内反射、外反射变换，从而达到不同的效果；可测范围大。由于平行反射镜安装于环境中的多个区域，因此可以从多个方位测量气体组成；准确度高。在使用红外光谱仪进行检测的时候，都会提前对周围环境进行背景扫描。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种多点瞄准区域性异常气体探测装置，其特征在于，包括外反射镜(1)和参比反射器(4)，该参比反射器(4)包括壳体以及设于壳体内部的光发射器(13)、控制所述光发射器(13)的调制器(8)、检测组件和内反射镜(12)；所述内反射镜(12)通过旋转轴(11)安装于所述壳体上，该旋转轴(11)带动所述内反射镜(12)旋转使探测装置在探测状态和内参比状态之间切换；当探测装置处于内参比状态时，所述光发射器(13)发出的发射光(2)经过所述内反射镜(12)到达所述检测组件；当探测装置处于探测状态时，所述光发射器(13)发出的发射光(2)通过壳体上的发射窗口(10)到达外反射镜(1)，通过外反射镜(1)反射回参比反射器(4)，经过壳体上的接收窗口(6)进入检测组件。
2.根据权利要求1所述的一种多点瞄准区域性异常气体探测装置，其特征在于，所述内反射镜(12)和外反射镜(1)均由两片互成夹角的平面镜构成。
3.根据权利要求2所述的一种多点瞄准区域性异常气体探测装置，其特征在于，所述检测组件包括光谱检测器(7)，所述光发射器(13)和光谱检测器(7)匹配设于所述内反射镜(12)的对称轴的两侧。
4.根据权利要求3所述的一种多点瞄准区域性异常气体探测装置，其特征在于，所述内反射镜(12)旋转90°完成探测装置在探测状态和内参比状态之间的切换。
5.根据权利要求3所述的一种多点瞄准区域性异常气体探测装置，其特征在于，所述检测组件还包括与所述光谱检测器(7)连接的数据处理器(14)和与数据处理器(14)连接的显示模块(9)；所述光谱检测器(7)为红外光谱仪，该红外光谱仪在每次检测前，进行背景扫除。
6.根据权利要求1所述的一种多点瞄准区域性异常气体探测装置，其特征在于，所述外反射镜(1)设有若干个，散布于待检测空间内部，所述参比反射器(4)的壳体安装于旋转机构上，该旋转机构带动参比反射器(4)进行旋转分别检测各个外反射镜(1)对应区域的气体。
7.一种如权利要求1所述的多点瞄准区域性异常气体探测装置的应用，其特征在于，该探测装置的外反射镜(1)安装于储药仓库内部的墙壁上，用于检测储药仓库内药材的变化情况。
8.根据权利要求7所述的一种多点瞄准区域性异常气体探测装置的应用，其特征在于，通过比较探测状态和内参比状态时进入检测组件的反射光，确定是否有新的气体产生。
9.根据权利要求7所述的一种多点瞄准区域性异常气体探测装置的应用，其特征在于，在探测状态下，所述参比反射器(4)保持对准一个外反射镜(1)，通过比较不同时间进入检测组件的反射光的差别检测该外反射镜(1)对应检测区域的气体成分变化情况。
10.根据权利要求7所述的一种多点瞄准区域性异常气体探测装置的应用，其特征在于，在探测状态下，将参比反射器(4)分别对准安装于各个检测区域的外反射镜(1)，通过比较不同检测区域外反射镜(1)反射回的反射光的差异，确定新气体产生的位置。
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