CN112666109A

CN112666109A - 一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪

Info

Publication number: CN112666109A
Application number: CN202011399898.6A
Authority: CN
Inventors: 隋峰; 兰江; 余恒恒; 尤兴志; 姚志文; 何涛
Original assignee: Csic Anpel Instrument Co ltd Hubei
Current assignee: Csic Anpel Instrument Co ltd Hubei
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明提供的一种密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，采用光谱分析法实时检测密闭半密闭空间内的环境空气质量，较以往采用电化学方法进行测量具有较高的技术先进性与科学性，解决以往仪器测量精度低、使用寿命较短、恢复时间长、抗毒害过载能力差、维护不便等问题；采用红外光谱技术、紫外光谱技术及阵列传感技术等多种技术融合，相互补充，取长补短，提高了检测的分辨率，扩展了检测仪的检测种类与能力，提升了仪器检测灵敏度；可同时在线定性、定量高精度检测一氧化碳、一氧化氮、二氧化碳、氧气、甲烷、二氧化硫、偏二甲肼、硫化氢和挥发性有机物气体。

Description

一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪

技术领域

本发明专利属于环境多组分气体检测技术领域，具体涉及一种密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪。

背景技术

军事洞窟、坑道和密闭半密闭空间是战时指挥、屯兵和通信枢纽等的重要场所，因此洞窟、坑道和密闭半密闭空间内空气质量的好坏，直接影响部队人员健康。坑道是深入地下或山腹的永备性工事，周围覆盖层厚，与外界隔绝，内部空间小，弯道多，密闭性好，因此它的气温比较恒定，空气流通差，新风量补充有限，挥发性化学物污染物不易消除，空气感感官性状容易恶化。因此，实时检测密闭半密闭空间内的环境空气质量，是保障部队人员健康与安全的重要手段，但是国内方面，对空气质量检测仪器研究和设计起步晚、技术相对落后。在空气质量检测仪需要检测的气体成分中，主要还是采用电化学方法进行测量，仪器测量精度低，使用寿命较短，也有少数科研院所和部分企业设计了基于红外光谱法的CO、CO2、CH4 测量仪器，但是测量气体种类也较为单一，且使用寿命普遍少于2年，贮存时间较短。市面上缺乏一款同时测量多种物质，且使用寿命长、贮存时间长的在线空气质量检测设备。同样也存在测量气体单一或者仅可以测量两种气体的问题，要同时检测其它气体时，必须更换传感器，自动化程度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，具有检测速度快、测量精度高、抗过载能力强、使用寿命长的特点。

一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，包括气体流量单元、多组分气体检测单元与控制与处理单元；

所述气体流量单元用于收集待测气体，并将其送入多组分气体检测单元；

所述多组分气体检测单元3用于检测待检测气体中是否含有包括 CO、C₂H₈N₂、CO₂、CH₄、NO、SO₂、O₂、H₂S、挥发性有机物VOC气体中一种或者多种气体，并检测气体的组分和浓度信息；

所述控制与处理单元用于通过显示屏显示气体样品组分及浓度信息。

较佳的，气体流量单元、多组分气体检测单元与控制与处理单元封装在壳体内；气体流量单元、多组分气体检测单元位于壳体的上部，控制与处理单元位于壳体下部。

进一步的，还包括电源，位于壳体下部。

较佳的，所述多组分气体检测单元包括气体调制滤波红外光谱检测模块、单光路双波长红外光谱检测模块、紫外光谱差分吸收检测模块和阵列传感器检测模块；所述气体调制滤波红外光谱模块用于检测环境空气中CO、C₂H₈N₂气体；所述单光路双波长红外光谱检测模块用于检测环境空气中CO₂、CH₄气体；所述紫外光谱差分吸收检测模块检测环境空气中 NO、SO₂气体；所述阵列传感器检测模块用于检测环境空气中O₂、H₂S、挥发性有机物VOC气体。

较佳的，所述气体流量单元包括进气口、出气口、过滤装置、气泵、流量传感器、压力传感器、温度传感器；其中所述过滤装置用于对从进气口进入的待检测气体进行过滤；所述流量传感器、压力传感器用于实时监测气路中流量与压力；温度传感器用于测量环境的温度；并根据监测的压力和温度变化对待测气体进行补偿，使其保持设定浓度；所述气泵安装在多组分气体检测单元3出气一端，用于产生使待检测气体从进气口流入，并从出气口流出的负压。

进一步的，所述气体流量单元还包括一分四接口和四合一接头；一分四接头用于将过滤装置送出的待检测气体分成4路，送入多组分气体检测单元的四个模块；四合一接头用于将该四个模块流出的气体接入气泵。

较佳的，所述控制与处理单元还用于监测气体流量单元和多组分气体检测单元的状态，并显示。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，采用光谱分析法实时检测密闭半密闭空间内的环境空气质量，较以往采用电化学方法进行测量具有较高的技术先进性与科学性，解决以往仪器测量精度低、使用寿命较短、恢复时间长、抗毒害过载能力差、维护不便等问题；采用红外光谱技术、紫外光谱技术及阵列传感技术等多种技术融合，相互补充，取长补短，提高了检测的分辨率，扩展了检测仪的检测种类与能力，提升了仪器检测灵敏度；可同时在线定性、定量高精度检测一氧化碳、一氧化氮、二氧化碳、氧气、甲烷、二氧化硫、偏二甲肼、硫化氢和挥发性有机物气体，结合防气体交叉干扰算法研究，解决以往测试不全、抗气体交叉干扰性差问题；采用过滤装置，可用于过滤气路中大颗粒杂质、水质、油脂与灰尘，提高了仪器环境适应性能力；采用气体旋光轮滤波红外光谱差分吸收、单光路双波长红外光谱差分吸收、紫外光谱差分吸收及阵列传感等技术方法，结合长光程吸收池，依据朗博-比尔定律，可实现0.1ppm级多组分气体检测分析能力。

附图说明

图1为本发明专利检测仪内部结构简易框图；

图2为本发明专利进样模块结构简易框图；

图3为本发明专利多组分气体检测模块结构简易框图；

图4为本发明专利电源模块结构简易框图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪。包括：机械结构单元、气体流量单元、多组分气体检测单元、控制与处理单元与电源单元。

上述方案中，所述机械单元用于固定所述气体流量单元、多组分气体检测单元、电源单元与控制与处理单元，并保护内部各个单元功能稳定性不受外界环境干扰。

上述方案中，所述气体流量单元由进出气口、过滤装置、气泵、流量压力温度传感器及管路系统等组成。其中所述过滤装置用于过滤气路中大颗粒杂质、水质、油脂和灰尘，防止阻塞气路或干扰气体浓度精度测量；所述气体流量压力传感器用于实时监测气路中流量与压力，当外界环境压力、温度变化时，通过监测气体流量单元内腔体的压力、温度变化补偿气体吸收浓度；所述气泵用于采集环境空气气体样本，流量不大于2L/min。

上述方案中，所述多组分气体检测单元由气体调制滤波红外光谱检测模块、单光路双波长红外光谱检测模块、紫外光谱差分吸收检测模块和阵列传感器检测模块组成。所述气体调制滤波红外光谱模块用于检测环境空气中CO、C₂H₈N₂气体；所述单光路双波长红外光谱检测模块用于检测环境空气中CO₂、CH₄气体；所述紫外光谱差分吸收检测模块检测环境空气中NO、SO₂气体；所述阵列传感器检测模块用于检测环境空气中O₂、H₂S、挥发性有机物 VOC气体。所述多组分气体检测单元内气体调制滤波红外光谱检测模块、单光路双波长红外光谱检测模块、紫外光谱差分吸收检测模块和阵列传感器检测模块通过所述进气口1分4气路接头分别连接，之后各个模块通过4合1气路连接头与所述气泵连接，之后通过出气口导出仪器外。

上述方案中，所述电源单元用于仪器供电，并通过电源变换提供仪器内部模块所需电压。

上述方案中，所述控制与处理模块主要用于监控仪器内部各个模块状态、完成各个模块数据传输、分析、处理与通信，并通过显示屏显示气体样品组分及浓度信息。

实施例：

如图1所示，一种密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪及方法包括机械结构单元1、气体流量单元2、多组分气体检测单元3、电源单元4与控制与处理单元5。一种密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪充分利用仪器内部空间，采用区域划分结构，将气体流量单元 2、多组分气体检测单元3、电源单元4与控制与处理单元5按区域划分，通过模块化设计，简化设计和维修操作，通过螺钉与相应机械固定支架安装在机械结构单元1壳体底部，尽量做到易于拆装。

如图2所示，所述气体流量单元2包括进气口201、过滤装置202、1分4接头203、4 合1接头204、气体流量压力传感模块205、气泵206和出气口207。所述过滤装置202采用 PTFE材料的50um滤膜与尘土、油水分离器，用于过滤气路中大颗粒杂质、水质和灰尘，防止阻塞气路或干扰气体浓度精度测量；所述1分4接头203与4合1接头204用于连接多组分气体检测单元气体管路，所述气体流量、压力、温度传感模块205实时监测气路中流量与压力，当外界环境压力变化时，通过监测气体流量单元2内腔体的压力、温度变化补偿气体吸收浓度，提高检测仪的检测精度与环境适应性。

如图3所示，所述多组分气体检测单元3包括气体调制滤波红外光谱检测模块301、单光路双波长红外光谱检测模块302、紫外光谱差分吸收检测模块303和阵列传感器检测模块 304。所述气体调制滤波红外光谱检测模块301采用红外光谱差分吸收技术，结合长光程吸收池和气体调制旋光轮，可实现同时在线分析量程0～100ppm、检出限0.5ppmCO与C2H8N2气体检测与分析；光路双波长红外光谱检测模块302采用红外光谱差分吸收技术，依据朗博-比尔定律，可实现同时在线分析量程0～5％、检出限0.01％ppmCO₂、CH₄气体检测与分析；所述紫外光谱差分吸收检测模块303采用紫外差分吸收技术，依据朗博-比尔定律，可实现同时在线分析量程0～100ppm、检出限0.1ppm的NO、SO₂气体检测与分析；所述阵列传感器检测模块 304采用顺磁传感器、电化学传感器与PID传感器等，多种传感器采用阵列结构，依据矩阵反演算法，可实现O₂、H₂S、挥发性有机物VOC气体检测与分析。所述多组分气体检测单元 3检测分析出气体组分及浓度信息通过内部串口传输给控制与处理模块5进行分析与处理。

如图4所示，所述电源单元4用于仪器供电，并通过电源变换提供仪器内部模块所需电压；所述控制与处理单元5包括核心主控板501、RS485通信接口502和液晶显示屏503，所述核心主控板501用于监测仪器内部温湿度、各组分气体检测信息、RS485通讯电路及存储等功能，完成仪器的主要监测与控制功能；所述RS485通信接口502用于与其他外部设备进行通信与调试；所述液晶显示屏503用于显示仪器内部气体组分及状态信息，并人际交互功能。

上述各实施例中，本发明的一种密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪及方法得应用不仅仅局限于气体分析仪，其还可以应用在气体各种气体分析设备中。

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

1.一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，其特征在于，包括气体流量单元、多组分气体检测单元与控制与处理单元；

所述多组分气体检测单元3用于检测待检测气体中是否含有包括CO、C₂H₈N₂、CO₂、CH₄、NO、SO₂、O₂、H₂S、挥发性有机物VOC气体中一种或者多种气体，并检测气体的组分和浓度信息；

2.如权利要求1所述的一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，其特征在于，气体流量单元、多组分气体检测单元与控制与处理单元封装在壳体内；气体流量单元、多组分气体检测单元位于壳体的上部，控制与处理单元位于壳体下部。

3.如权利要求1所述的一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，其特征在于，还包括电源，位于壳体下部。

4.如权利要求1所述的一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，其特征在于，所述多组分气体检测单元包括气体调制滤波红外光谱检测模块、单光路双波长红外光谱检测模块、紫外光谱差分吸收检测模块和阵列传感器检测模块；所述气体调制滤波红外光谱模块用于检测环境空气中CO、C₂H₈N₂气体；所述单光路双波长红外光谱检测模块用于检测环境空气中CO₂、CH₄气体；所述紫外光谱差分吸收检测模块检测环境空气中NO、SO₂气体；所述阵列传感器检测模块用于检测环境空气中O₂、H₂S、挥发性有机物VOC气体。

5.如权利要求4所述的一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，其特征在于，所述气体流量单元包括进气口、出气口、过滤装置、气泵、流量传感器、压力传感器、温度传感器；其中所述过滤装置用于对从进气口进入的待检测气体进行过滤；所述流量传感器、压力传感器用于实时监测气路中流量与压力；温度传感器用于测量环境的温度；并根据监测的压力和温度变化对待测气体进行补偿，使其保持设定浓度；所述气泵安装在多组分气体检测单元3出气一端，用于产生使待检测气体从进气口流入，并从出气口流出的负压。

6.如权利要求5所述的一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，其特征在于，所述气体流量单元还包括一分四接口和四合一接头；一分四接头用于将过滤装置送出的待检测气体分成4路，送入多组分气体检测单元的四个模块；四合一接头用于将该四个模块流出的气体接入气泵。

7.如权利要求1所述的一种用于密闭或半密闭空间多组分气体光学检测仪，其特征在于，所述控制与处理单元还用于监测气体流量单元和多组分气体检测单元的状态，并显示。