CN113552070A - 一种基于光声光谱的气体检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光声光谱的气体检测系统，包括红外光源、两个滤波片、两个斩波器、光声池、两个锁相放大器和处理单元，光声池内设有光通道，光声池的壁壳上设有进气口和出气口，光通道的侧壁上设有麦克风，麦克风连接至锁相放大器的主输入端，锁相放大器的参考信号输入端连接至斩波器，输出端连接至处理单元，红外光源、滤波片和斩波器依次连接，且斩波器的输出端连接至光声池的光学输入端。与现有技术相比，本发明通过分光器实现分光，可以同时针对两种不同的气体成分进行光谱检测，可以提高检测效率和准确度。
Description
技术领域
本发明涉及SF6分解气检测领域，尤其是涉及一种基于光声光谱的气体检测系统。
背景技术
电气行业中需要用到SF6绝缘气，但是SF6绝缘气存在分解现象，为了避免SF6绝缘气因分解导致的性能下降以及污染问题，需要对气体的成分进行检测。
现有技术中，针对气体成分的检测的方式中，光谱检测由于具有检测速度、检测精确度高的优点，被广泛用于气体检测，但是现有的技术中光谱检测普遍只能做到同时对一种气体浓度的检测，对于SF6分解气的多种气体成分，需要分次测量，无法实现时间上的一致性，降低了测量的效率和准确性。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种基于光声光谱的气体检测系统，通过分光器实现分光，可以同时针对两种不同的气体成分进行光谱检测，可以提高检测效率和准确度。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于光声光谱的气体检测系统，包括红外光源、滤波片、斩波器、光声池、锁相放大器和处理单元，所述光声池内设有光通道，光声池的壁壳上设有进气口和出气口，所述光通道的侧壁上设有麦克风，所述麦克风连接至锁相放大器的主输入端，所述锁相放大器的参考信号输入端连接至斩波器，输出端连接至处理单元，所述红外光源、滤波片和斩波器依次连接，且所述斩波器的输出端连接至光声池的光学输入端；
所述系统还包括分光器，所述滤波片、斩波器和锁相放大器均设有两个，其中，所述红外光源的输出端连接至分光器的输入端，所述分光器的两个输出端分别连接至两个滤波片，两个滤波片分别连接至两个斩波器，两个斩波器分别连接至两个锁相放大器的参考信号输入端，以及光声池，两个锁相放大器的主输入端均连接至所述麦克风，输出端均连接至处理单元。
所述光通道与锁相放大器输入至光声池中的光路平行。
所述进气口处设有进气阀。
所述出气口处设有出气阀。
所述红外光源为单色光源。
所述红外光源为LED光源。
所述进气口位于光通道的输入端一侧，所述出气口位于光通道的输出端一侧。
两个斩波器的输出频率不同。
所述滤波片输出的光谱为窄带光谱。
进入光声池的光路重叠于所述光通道的中心轴线。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)通过分光器实现分光，可以同时针对两种不同的气体成分进行光谱检测，可以提高检测效率和准确度。
2)光通道与锁相放大器输入至光声池中的光路平行，提高能量吸收率，从而减小能耗。
3)红外光源为LED光源，能耗低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：1、红外光源，2、分光器，3、第一滤波片，4、第二滤波片，5、第一斩波器，6、第二斩波器，7、光声池，8、进气口，9、进气阀，10、出气口，11、出气阀，12、光通道，13、麦克风，14、第一锁相放大器，15、第二锁相放大器，16、处理单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在一个实施例中，如图1所示，一种基于光声光谱的气体检测系统包括，
红外光源1，其生成预定光谱的红外光，
分光器2，其设于红外光源1的光路上以将红外光分成第一光束和第二光束，
第一滤波片3，其接收并滤波第一光束以生成第一光谱，
第二滤波片4，其接收并滤波第二光束以生成第二光谱，
第一斩波器5，其接收第一光谱且调制为第一频率的第一光谱，
第二斩波器6，其接收第二光谱且调制为第二频率的第二光谱，
光声池7，其储存待检测的两种气体，其包括，
进气口8，其设有调节进气的进气阀9，
出气口10，其设有调节出气的出气阀11，
光通道12，其设于光声池7内，光通道12弥漫待检测的气体，第一光谱和第二光谱进入光通道12以生成第一声信号和第二声信号，
麦克风13，其采集第一声信号和第二声信号；
第一锁相放大器14，其连接第一斩波器5和麦克风13，基于第一光谱和第一声信号生成第一光声信号，
第二锁相放大器15，其连接第二斩波器6和麦克风13，基于第二光谱和第二声信号生成第二光声信号，
处理单元16，其连接第一锁相放大器14和第二锁相放大器15，基于第一光声信号和第二光声信号生成第一气体浓度和第二气体浓度。
通过分光器实现分光，可以同时针对两种不同的气体成分进行光谱检测，可以提高检测效率和准确度。
一种基于光声光谱的气体检测系统的优选实施例中，光通道12和光路平行。
一种基于光声光谱的气体检测系统的优选实施例中，光路重叠于光通道12的中心轴线。
一种基于光声光谱的气体检测系统的优选实施例中，气体检测系统包括至少两个红外光源1，每个红外光源1分别配置分光器2、第一滤波片3、第二滤波片4、第一斩波器5、第二斩波器6、第一锁相放大器14和第二锁相放大器15。
一种基于光声光谱的气体检测系统的优选实施例中，红外光为单色光。
一种基于光声光谱的气体检测系统的优选实施例中，第一光谱和第二光谱为窄带光谱。
一种基于光声光谱的气体检测系统的优选实施例中，第一斩波器5接收第一光谱且调制第一光谱的幅度，第二斩波器6接收第二光谱且调制第二光谱的幅度。
一种基于光声光谱的气体检测系统的优选实施例中，预定光谱包括待测气体的吸收峰。
一种基于光声光谱的气体检测系统的优选实施例中，第一斩波器5的调制频率和第一光谱经过气体吸收激发产生的声信号的频率一致，通过第一锁相放大器14分离出和调制频率一样的第一光声信号并放大锁相后的第一光声信号，第二斩波器6的调制频率和第二光谱经过气体吸收激发产生的声信号的频率一致，通过第二锁相放大器15分离出和调制频率一样的第二光声信号并放大锁相后的第二光声信号。
所述的一种基于光声光谱的气体检测系统的优选实施例中，所述处理单元16包括示波器。
在一个实施例中，一束强度可调制的单色光照射到密封于光声池7中的气体上，样品吸收光能，并以释放热能的方式退激，释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热,从而导致介质产生周期性压力波动,这种压力波动可用灵敏的声学麦克风13检测，并通过锁相放大器放大，得到一定强度的光声信号，此强度和气体的浓度成正比。建立气体浓度和光声信号强度的关系式即可通过光声信号反演待测气体浓度。
在一个实施例中，红外光源1产生一定宽光谱的红外光，光谱需包括待测气体的吸收峰。
在一个实施例中，分光器2将一束红外光分成两束，目的少用一个红外光源1。
在一个实施例中，第一滤波片3和/或第二滤波片4根据待测气体的红外吸收峰，选择一定频率是滤光片，得到一定频率的窄带光谱。
在一个实施例中，第一斩波器5和/或第二斩波器6以一定的频率调制窄带光谱，可以是幅度调制，调制后照射到光声池7里面可激发声信号。
在一个实施例中，光声池7储存待测气体，调制后的窄带红外光信号转变为声信号的场所。
在一个实施例中，麦克风13将光声池7内的声信号通过麦克风13转变为声信号。
在一个实施例中，第一锁相放大器14和/或第二锁相放大器15中，斩波器的调制频率和调制光经过气体吸收激发产生的声信号的频率一致，通过锁相放大器从干扰极大的环境中分离出和调制频率一样的光声信号，并放大锁相后的光声信号
和/或示波器用于采集光声信号，通光声信号即可反演出待测气体浓度。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (10)
1.一种基于光声光谱的气体检测系统，包括红外光源(1)、滤波片、斩波器、光声池(7)、锁相放大器和处理单元(16)，所述光声池(7)内设有光通道(12)，光声池(7)的壁壳上设有进气口(8)和出气口(10)，所述光通道(12)的侧壁上设有麦克风(13)，所述麦克风(13)连接至锁相放大器的主输入端，所述锁相放大器的参考信号输入端连接至斩波器，输出端连接至处理单元(16)，所述红外光源(1)、滤波片和斩波器依次连接，且所述斩波器的输出端连接至光声池(7)的光学输入端；
其特征在于，所述系统还包括分光器(2)，所述滤波片、斩波器和锁相放大器均设有两个，其中，所述红外光源(1)的输出端连接至分光器(2)的输入端，所述分光器(2)的两个输出端分别连接至两个滤波片，两个滤波片分别连接至两个斩波器，两个斩波器分别连接至两个锁相放大器的参考信号输入端，以及光声池(7)，两个锁相放大器的主输入端均连接至所述麦克风(13)，输出端均连接至处理单元(16)。
2.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的气体检测系统，其特征在于，所述光通道(12)与锁相放大器输入至光声池(7)中的光路平行。
3.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的气体检测系统，其特征在于，所述进气口(8)处设有进气阀(9)。
4.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的气体检测系统，其特征在于，所述出气口(10)处设有出气阀(11)。
5.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的气体检测系统，其特征在于，所述红外光源(1)为单色光源。
6.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的气体检测系统，其特征在于，所述红外光源(1)为LED光源。
7.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的气体检测系统，其特征在于，所述进气口(8)位于光通道(12)的输入端一侧，所述出气口(10)位于光通道(12)的输出端一侧。
8.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的气体检测系统，其特征在于，两个斩波器的输出频率不同。
9.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的气体检测系统，其特征在于，所述滤波片输出的光谱为窄带光谱。
10.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的气体检测系统，其特征在于，进入光声池(7)的光路重叠于所述光通道(12)的中心轴线。
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| CN202110931417.XA CN113552070A (zh) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | 一种基于光声光谱的气体检测系统 |
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Cited By (2)
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| CN114486773A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-13 | 聚光科技(杭州)股份有限公司 | 多种气体的分析装置和方法 |
| DE102022131508A1 (de) | 2022-11-29 | 2024-05-29 | Endress+Hauser Optical Analysis, Inc. | Gassensor zur Bestimmung der Konzentration zumindest eines Gases in einem Gasgemisch und Verfahren zur Bestimmung der Konzentration zumindest eines Gases in einem Gasgemisch mit einem Gassensor |
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2021
- 2021-08-13 CN CN202110931417.XA patent/CN113552070A/zh active Pending
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