CN116008211A - 一种气体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体检测装置，包括光源、检测组件以及探测器，光源发出的红外光，经过检测组件后，被探测器吸收；检测组件包括斩波轮以及气室，斩波轮内设置有腔室，光源发出的红外光穿过腔室和气室后被探测器吸收。与现有技术相比，本发明的一种气体检测装置，通过使用能够填充高浓度纯气体的腔室代替红外窄带滤光片结构，避免因红外窄带滤光片特性原因而引起的气体间的交叉干扰，实现精确测量。通过在斩波轮内设置多个腔室，在不同腔室中充有不同种类的气体，能满足多种气体的精确检测。

Description

一种气体检测装置

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种气体检测装置。

背景技术

目前多气体浓度检测仪的测量原理多采用非色散红外技术，即气体对特征红外波长的吸收符合比尔朗伯定律。由于气体对特定波长的红外光有吸收特性，测量衰减后的信号即可计算出待测气体的组分浓度。

现有技术在对多气体的检测中，一般离不开窄带滤光片的使用；而由于窄带滤光片的特性限制，气体之间存在交叉干扰，影响测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于对现有技术存在的弊端，提供一种气体检测装置使用充有高浓度纯气体腔室结构代替窄带滤光片，避免在测量时其他气体带来的交叉干扰，提高测量精度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种气体检测装置，包括光源、检测组件以及探测器，所述光源发出的红外光，经过所述检测组件后，被所述探测器吸收；

所述检测组件包括斩波轮以及气室，所述斩波轮内设置有腔室，所述光源发出的红外光穿过所述腔室和所述气室后被所述探测器吸收。

在一些实施例中，所述腔室内部用于填充气体，所述腔室两端被透明材料密封。

在一些实施例中，所述斩波轮内至少设置有3个所述腔室，每个所述腔室内填充不同的气体。

在一些实施例中，所述气室为内部中空的管状结构，所述气室两端被透明材料密封。

在一些实施例中，所述气室的管身上开设有进气口以及出气口。

在一些实施例中，所述进气口的前端加设有干燥装置。

在一些实施例中，所述气室的管身上开设有至少一个用于气体进出的气孔，所述气孔上覆盖有防水透气膜。

在一些实施例中，所述光源用于发出2～14um波段的红外光。

在一些实施例中，所述探测器为热释电传感器或热电堆传感器。

在一些实施例中，所述光源发出的红外光依次穿过所述腔室、所述气室后被所述探测器吸收或是所述光源发出的红外光依次穿过所述气室、所述腔室后被所述探测器吸收。

与现有技术相比，本发明的一种气体检测装置，通过使用能够填充高浓度纯气体的腔室代替红外窄带滤光片结构，避免因红外窄带滤光片特性原因而引起的气体间的交叉干扰，实现精确测量。通过在斩波轮内设置多个腔室，在不同腔室中充有不同种类的气体，能满足多种气体的精确检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图进行说明。

图1是本发明实施例提供的一种气体检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种气体检测装置中光源的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种气体检测装置中气室的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种气体检测装置中探测器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种气体检测装置中斩波轮的结构示意图。

附图标记：

1、光源；11、聚光杯；2、探测器；21、探测窗口；3、斩波轮；31、腔室；32、腔体窗口；4、气室；41、进气口；42、出气口；43、气窗。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语，仅为区别相关技术特征，不表示先后顺序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本发明实施例提供的一种气体检测装置，如图1-图5所示，包括光源1、检测组件以及探测器2，光源1发出的红外光，经过检测组件后，被探测器2吸收；

检测组件包括斩波轮3以及气室4，斩波轮3内设置有腔室31，光源1发出的红外光穿过腔室31和气室4后被探测器2吸收。更为具体的，腔室31内部用于填充气体，腔室31两端被透明材料密封。

这样，本发明的装置使用充有高浓度纯气体的腔室31代替红外窄带滤光片结构，避免因红外窄带滤光片特性原因而引起的气体间的交叉干扰，实现精确测量。

更为具体的，斩波轮3内至少设置有3个腔室31，每个腔室31内填充不同的气体。腔室31内部充满高浓度纯气体，腔体窗口32使用氟化钡玻璃、氟化钙玻璃、溴化钾玻璃或者冰晶石玻璃等高透材质的玻璃；使得光源发出的红外光透过窗口被腔室31内部的高浓度纯气体吸收特定的波段。充满腔室31内部的高浓度纯气体种类与被测气体有关，如待测气体为二氧化碳和一氧化二氮的混合气体时，腔室31内部分别充高浓度纯二氧化碳、高浓度纯一氧化二氮气体和纯氮气，使得充有二氧化碳气体和一氧化二氮气体的腔室31分别全部吸收对应波长的红外光，充有氮气的腔室31作为参考腔室31使用。

更为具体的，气室4为内部中空的管状结构，气室4两端被透明材料密封。

气室4的管身上开设有进气口41以及出气口42。进气口41的前端加设有干燥装置。气室4的两端使用氟化钡玻璃、氟化钙玻璃、溴化钾玻璃或者冰晶石玻璃等高透材质的玻璃作为其窗口，即气窗43；管身一侧开有两个气孔，分别为泵吸待测气体的进气口41和出气口42；气体进气口41前端可加装干燥装置，避免待测气体湿度过大对测量有影响。管身内部为容纳待测气体的腔室31。这样的气室4可以称为泵吸式气室4。

还有其他的气室4设置方案，气室4的管身上开设有至少一个用于气体进出的气孔，气孔上覆盖有防水透气膜。更为具体的，可以理解为，将泵吸式气室4替换为扩散式气室4，扩散式气室4同样为内部中空的管状结构，两端使用氟化钡玻璃、氟化钙玻璃、溴化钾玻璃或者冰晶石玻璃等高透材质的玻璃作为其气窗43；管身两侧留有供气体进出的若干小孔，表面贴有防水透气膜，防止水汽进入，影响测量。扩散式气室4与泵吸式气室4相比，响应时间较长；故若没有响应时间要求的，可将泵吸式气室4替换为扩散式气室4。

光源1用于发出2～14um波段的红外光。更为具体的，光源1可以是黑体辐射源，其寿命长、辐射效率高、内阻变化小、调制频率高；黑体辐射源能发出2～14um波段的红外光，其管帽为经过光学仿真设计的聚光杯11，聚光杯11表面光滑，并且经过镀铝、镀银或者镀金处理，能很好将黑体辐射源发出的红外光汇聚反射。另外，黑体辐射源替换为灯泡光源1。灯泡光源1本质为钨丝白炽灯，加装经过光学仿真设计的聚光杯11，聚光杯11表面光滑，经过镀铝、镀银或者镀金处理，能很好将发出的红外光汇聚反射；灯泡光源1能发出2～5um的红外光。故若所需的红外光在2～5um时，可以将黑体辐射源替换为灯泡光源1。

更为具体的，探测器2为热释电传感器或热电堆传感器，其中探测器2首选热释电传感器，其信噪比高，输出信号大，响应速度快；探测器2窗口使用高透材质的氟化钡或氟化钙，目的是为了将光源发出的不同波段的红外光全部透过。另外，热释电传感器可以替换为热电堆传感器。这样，热电堆传感器窗口同样采用氟化钡或者氟化钙，目的是为了将黑体辐射源发出的不同波段的红外光全部透过。但热电堆传感器相比于热释电传感器输出信号小、响应速度慢，若对响应速度无要求、成本有限的情况下，可将热释电传感器替换为热电堆传感器。

更为具体的，光源1发出的红外光依次穿过腔室31、气室4后被探测器2吸收或是光源1发出的红外光依次穿过气室4、腔室31后被探测器2吸收。即，高浓度纯气体斩波轮3和气室4的位置可交换，高浓度纯气体斩波轮3和气室4的位置关系不影响测量，可对调位置。

这样，以检测二氧化碳、一氧化碳、甲烷、二氟甲烷、六氟化硫、二氧化硫及一氧化二氮的混合气体为例。高浓度纯气体斩波轮中分别充入氮气、二氧化碳气体、一氧化碳气体、甲烷气体、二氟甲烷气体、六氟化硫气体、二氧化硫气体和一氧化二氮气体；初始状态下，高浓度纯气体斩波轮上充满氮气的腔室处于测量路径上。标定校准时，气室中充满氮气，黑体辐射源发出的红外光经过充满氮气的腔室后到达充满氮气的气室，经过气室后被探测器吸收，得到未经过任何气体吸收的信号数据；高浓度纯气体斩波轮转动，下一个充满二氧化碳气体的腔室处于测量路径上，黑体辐射源发出的红外光经过充满二氧化碳的腔室后到达充满氮气的气室，经过气室后被探测器吸收，得到经过二氧化碳气体全吸收的信号数据；高浓度纯气体斩波轮继续转动，直至轮转一圈，分别得到经过其他气体全吸收的信号数据。测量时，气室中充入待测气体，高浓度纯气体斩波轮转动动作与标定校准时类似，同样需要轮转一圈，并记录对应的信号数据；结合这些测量的信号数据，即可排除不同气体间因红外吸收峰交叉而带来的干扰；通过比尔朗伯气体吸收定律，即可精确得出混合气体中各气体浓度。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种气体检测装置，通过使用能够填充高浓度纯气体的腔室代替红外窄带滤光片结构，避免因红外窄带滤光片特性原因而引起的气体间的交叉干扰，实现精确测量。通过在斩波轮内设置多个腔室，在不同腔室中充有不同种类的气体，能满足多种气体的精确检测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种气体检测装置，其特征在于，包括光源(1)、检测组件以及探测器(2)，所述光源(1)发出的红外光，经过所述检测组件后，被所述探测器(2)吸收；

所述检测组件包括斩波轮(3)以及气室(4)，所述斩波轮(3)内设置有腔室(31)，所述光源(1)发出的红外光穿过所述腔室(31)和所述气室(4)后被所述探测器(2)吸收。

2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述腔室(31)内部用于填充气体，所述腔室(31)两端被透明材料密封。

3.根据权利要求1或2所述的气体检测装置，其特征在于，所述斩波轮(3)内至少设置有3个所述腔室(31)，每个所述腔室(31)内填充不同的气体。

4.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述气室(4)为内部中空的管状结构，所述气室(4)两端被透明材料密封。

5.根据权利要求4所述的气体检测装置，其特征在于，所述气室(4)的管身上开设有进气口(41)以及出气口(42)。

6.根据权利要求5所述的气体检测装置，其特征在于，所述进气口(41)的前端加设有干燥装置。

7.根据权利要求4所述的气体检测装置，其特征在于，所述气室(4)的管身上开设有至少一个用于气体进出的气孔，所述气孔上覆盖有防水透气膜。

8.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述光源(1)用于发出2～14um波段的红外光。

9.根据权利要求1或2所述的气体检测装置，其特征在于，所述探测器(2)为热释电传感器或热电堆传感器。

10.根据权利要求1或2所述的气体检测装置，其特征在于，所述光源(1)发出的红外光依次穿过所述腔室(31)、所述气室(4)后被所述探测器(2)吸收或是所述光源(1)发出的红外光依次穿过所述气室(4)、所述腔室(31)后被所述探测器(2)吸收。

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