CN1232177A

CN1232177A - 气体探测光学法及设备

Info

Publication number: CN1232177A
Application number: CN 99112759
Authority: CN
Inventors: 潘刚; 刘美华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 1999-10-20

Abstract

一种气体探测光学法及设备,用于气体进行小空间气体粒子探测,为火灾、环保测量气体等的探测、辅助探测提供判别依据的方法及设备,在透气性较好、不进外光、内部能形成立体空间反射的有限空间内,用含有待测气体粒子衰减效果较强波段的入射光照射,接收光,将接收光转换成电信号,处理、分析、判断气体粒子的有无或换算成气体量;光电转换,本发明具有灵敏度高、用电量小、成本低的特点,不会产生传感元件中毒现象,利用其方法制作的设备结构简单,使用方便,易制成防爆型。

Description

气体探测光学法及设备

本发明涉及一种气体探测光学方法及设备，尤其是实现现场固定式或便携式气体探测仪器仪表对单一气体、混合气体进行小空间气体粒子探测为火灾产生的气体泄漏的易燃易爆气体、环保测量的气体等的探测、辅助探测，判别依据的方法及设备。

目前，在现场测试气体的方法主要有：

红外吸收法：来自黑体辐射的射线使气体分子激发到振荡态，使相应的特征频率的光被气体吸收，用滤波器使探测器调谐到指定的气体吸收带上，这种方法需要较高的机械加工精度和足够长的光程，造价高，不适合大多数应用场所的经济承受力，更不适用于形成网络式现场固定使用。

电化学法：输入电极的气体分子被电离，所产生的离子电流正比于气体浓度，但电极上灰尘的累积对探测影响较大，使用寿命短，不适合于长期监测。

催化燃烧法：对用金属氧化物等制成的半导体器件进行加温，使可燃气体发生化学反应来提高温度，用温度变化量对应可燃气体浓度，该类探测器功耗大，并有“中毒”等缺点。

本发明的目的是利用气体分子或分子团对相应波长的光的散射、衰减和利用反射增加光程实现小空间气体粒子定性(有无、什么气体粒子)探测和/或定量测量的气体探测光学法，利用该方法制成的设备灵敏度高、用电量小、使用寿命长、成本低、不会产生传感元件中毒现象，易通过该方法制成网络式现场固定或便携式仪表。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种气体探测光学法，在透气性较好、不进外光、内部能形成立体空间反射的有限空间内，用含有待测气体粒子衰减效果较强波段的入射光照射该有限空间；接收光；将接收光转换成电信号；处理、分析所获得的电信号；判断气体粒子的有无或换算成相应的气体量；如果有限空间内部不反射，其入射光应为含有气体粒子粒径1/10至10倍波段的光。

为实施该方法而专门设计的气体探测光学设备，包括发光器件(1)、光接收器件(2)、遮光罩(5)、光源控制器(8)、信号处理器(9)，遮光罩(5)上设有透气孔(6)，其内表面设有反射面(4)，发光器件(1)与光电转换器件(2)伸入遮光罩(5)内或设置在遮光罩上并在遮光罩相应位置设置透光孔，发光器件(1)与光源控制器(8)相连，光电转换器件(2)与信号处理器相连，在发光器件与光电转换器件之间设有滤光器(3)，反射面(4)为多面体或为麻面或一对平行麻面。

本发明与现有气体探测方法相比，具有灵敏度高、用电量小、成本低的特点，不会产生传感元件中毒现象，利用其方法制作的设备结构简单，使用方便，易制成防爆型。

图1为本发明气体探测光学设备遮光罩内反射面为麻面体示意图。

图2为本发明气体探测光学设备遮光罩内反射面为多面体示意图。

图3为本发明气体探测光学设备遮光罩为无内反射面的示意图。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

实施侧1

一种气体探测光学法，其特征在于在透气性较好、不进外光、内部能形成立体空间反射的有限空间内，用含有待测气体粒子衰减效果较强波段的入射光照射该有限空间；接收光；将接收光转换成电信号；处理、分析所获得的电信号；判断气体粒子的有无或换算成相应的气体量。本发明是利用光通过反射面形成立体空间反射增加被测粒子对光的空间作用距测量光速衰减实现气体粒子探测。首先选择含有待测气体粒子衰减较敏感波长范围内的发光源和光接收器；选择或设计气体粒子衰减敏感波段能通过的滤光器；设计透气性较好、不进外光、内表面能实现空间反射效果的遮光罩；滤光器设置在发光源与光电接收器之间，让发光源发射的光射入遮光罩内；光在遮光罩内多次反射后，再经过滤光后用光接收器接收反射光并转换成电信号；对电信号进行处理、分析，与标定值对照，判断气体粒子的有无或换算成相应的气体量。遮光罩内表面的反射面可设计成多面体，调整反射光的入射角度或设计反射光的反射路径，利用光电转换器件接收；遮光罩内表面的反射面可选择内表面为能使入射光向多个方向反射的麻面或一对平行麻面，以易于光束在测量室内形成立体(非平面)型反射，以增加光程及增加探测灵敏度；在发射端可进行入射光束方向调节，用于改变光的方向，使光接收器的接收效果更好，麻面由规则的凸凹点或不规则麻点组成，规则麻面易批量生产；在不设置滤光片的情况下可采用一定波长范围的发光源或激光源。

为实施该方法而专门设计的气体探测光学设备，包括发光器件1、光接收器件2、遮光罩5、光源控制器8、信号处理器9，遮光罩5周围设有透气孔6，其内表面设有反射面4，发光器件1与光接收器件2伸入遮光罩5内，发光器件1与光源控制器8相连，光接收器件2与信号处理器相连，在发光器件与光接收器件之间设有滤光器3，反射面4为多面体或为不光滑麻面或一对平行麻面，麻面反射面由规则的凸点或凹点麻点或不规则麻点组成，在发光器件与光源控制器之间设有光速方向调节器7，发光器件1可采用激光发光器件。使用时接通光源控制器8，使发光器件1发射含有待测气体粒子衰减较敏感的波长范围内的光照射遮光罩与反射面形成的测量室10，可通过光束方向调节器7调节入射光的发射方向、角度，遮光罩内无气体粒子存在时，光束经反射面在测量光的立体空间内进行反复反射，最后经滤光器3被光接收器件接收，光接收器件有相应的接收值，调整光束方向调节器可改变接收值，当测量室10内有气体粒子时，由于气体粒子对这一光束的衰减，改变了无气体粒子时的接收值，光接收器件将接收值通过信号处理器进行处理，确定待测气体粒子的有无或气体粒子的多少，将遮光罩内表面形状改成多面体或球体等形状时，反射面可用光滑平行于多面体或球等表面也能实现上述功能，增加不同波长的滤光器和光接收器件，必要时也可增加发光器件实现对不同气体粒子的定性探测和定量分析测量；当选择单一波长的发光器件时，可省略滤光器。

实施例2

一种气体探测光学法，其特征在于在透气性较好、不进外光、内部不反射的有限空间内，用含有气体粒子粒径1/10至10倍波段的入射光照射该有限空间；接收光；将接收光转换成电信号；处理、分析所获得的电信号；判断气体粒子的有无或换算成相应的气体量。本发明是利用气体粒子对光的散射原理实现的，首先根据所探测的气体粒子选择含有特测气体粒子散射效果较强波长(被测气体粒子粒径的1/10至10倍)的发光源和光接收器，选择透气性较好，内部不反射、不进外光的遮光罩，在迷宫遮光罩内设置遮光光物，其形状不限，设置在发光源与光接收器之间，遮光物能保证只有气体粒子散射光被光接收器接收，用发光源发光照射待测气体粒子，气体粒子产生散射光，利用相应的光接收器接收散射光并转换成电信号，根据接收到的电信号来确定气体粒子的多少，如没有气体粒子时，由于有遮光物的遮光作用，光接收器件接收不到光，因此只要光接收器接收到光时，便可知道有被探测气体粒子的存在，通过控制发光源的发射频率、发射与不发射占空时间比及发射光的频率，将光电转换器件的接收信息进行分析、处理，与标定值对照，换算成相应的气体量，也可进行光谱(频谱)分析其成分。

为实施该方法而专门设计的气体探测光学设备，包括发光器件1、光电转换器件2、迷宫遮光罩5、光源控制器8、信号处理器9，迷宫遮光罩5周围设有透气孔，其内表面无反射面，发光器件与光电转换器件伸入迷宫遮光罩内或设置在遮光罩上并在遮光罩相应位置设置透光孔，遮光物11设置在发光器件1与光电转换器件2之间，发光器件与光源控制器相连，光电转换器件与信号处理器相连。使用时接通光源控制器，使发光器件发射含有待测气体粒子粒径1/10-10倍波段的入射光射入迷宫遮光罩内，可通过光束方向调节器调节入射光方向，发光器件发射的光照射到待测气体粒子，气体粒子产生散射，遮光物11能够保证只有气体粒子散射光被光电转换器件接收，利用相应的光电转换器件接收光，并转换成电信号，经信号处理器进行处理，确定待测气体粒子的有无及多少，在保证遮光物在发光器件与光电转换器件之间，调整其三者的相对位置，使光电转换器件接收到一定量的光，在无待测气体粒子时，光电转换器件仍有微量的固定接收值，但在有粒子时，光电转换器件接收到的光强度增加，通过比较增加量，也可实现对粒子的有无、大小的探测。

Claims

1、一种气体探测光学法，其特征在于在透气性较好、不进外光、内部能形成立体空间反射的有限空间内，用含有待测气体粒子衰减效果较强波段的入射光照射；接收光；将接收光转换成电信号；处理、分析所获得的电信号；判断气体粒子的有无或换算成相应的气体量。

2、根据权利要求1所述的气体探测光学法，其特征在于所述的有限空间内部不反射，其入射光为含有气体粒子粒径1/10至10倍波段的光。

3、一种气体探测光学设备，其特征在于它包括发光器件(1)、光电转换器件(2)、遮光罩(5)、光源控制器(8)、信号处理器(9)，遮光罩(5)上设有透气孔(6)，其内表面设有反射面(4)，发光器件(1)与光电转换器件(2)伸入遮光罩(5)内或设置在遮光罩上并在遮光罩相应位置设置透光孔，发光器件(1)与光源控制器(8)相连，光电转换器件(2)与信号处理器相连，在发光器件与光电转换器件之间设有滤光器(3)，反射面(4)为多面体或为麻面或一对平行麻面。

4、根据权利要求3所述的气体探测光学设备，其特征在于所速的反射面由规则的凸凹点组成。

5、根据权利要求3所述的气体操测光学设备，其特征在于所述的麻面由不规则麻点组成。

6、根据权利要求3所述的气体探测光学设备，其特征在于在发光器件与光源控制器之间设有光速方向调节器(7)。

7、根据权利要求3所述的气体探测光学设备，其特征在于所述的发光器件(1)可采一定波长范围的发光器件或用激光发光器件。

8、根据权利要求3所述的气体探测光学设备，其特征在于所述遮光罩(5)内表面不设置反射面，在发光器件与光电转换器件之间设置遮光物(11)。

9、根据权利要求3所述的气体探测光学设备，其特征在于遮光罩(5)与反射面(4)可分离。

10、根据权利要求3所述的气体探测光学设备，其特征在于发光器件、光电转换器件同时或分别设置在遮光罩(5)上，并在遮光罩的相应位置设置透光孔。