CN202256134U

CN202256134U - 一种红外分析仪

Info

Publication number: CN202256134U
Application number: CN2011203867674U
Authority: CN
Inventors: 毕东杰; 汤才刚
Original assignee: Shanghai SK Petroleum Chemical Equipment Corp Ltd; Shanghai SK Petroleum Equipment Co Ltd; Shanghai SK Petroleum Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai SK Petroleum Chemical Equipment Corp Ltd; Shanghai SK Petroleum Equipment Co Ltd; Shanghai SK Petroleum Technology Co Ltd
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-10-12

Abstract

一种红外分析仪，包含数字信号处理模块，分别电路连接该数字信号处理模块的红外光源控制电路、EPC电子压力控制器、模拟信号处理模块、温度控制电路、电磁阀控制电路、流量检测电路、电流输出电路和数据接收模块。本实用新型能对气态烃类的浓度进行测定，并采用电子压力控制器对进入仪器的样品气体的压力进行控制，大大提高了系统的稳定性和可靠性。同时，红外检测模块采用了高精度灵敏的检测器，能快速而准确的对红外光强度进行检测，并且可直接输出毫伏级的微电压信号，信号强度更强，不需对信号进行太大的放大即可达到AD芯片可采集的范围。AD采样芯片采用高精度，高分辨率的AD转换器，采样更准确，使仪器的整机性能更高，灵敏度也越高。

Description

一种红外分析仪

技术领域

本实用新型涉及一种红外分析仪。

背景技术

现有技术中，用于录井分析中对气态烃类的检测的红外分析仪，采用电动脱气器将钻井出口泥浆中的烃类气体分离处理，其结构复杂并且分离出来的气体纯度不高。另外其采用的红外检测器的灵敏度不高，检测出的电信号过于微弱，需要进行多级放大才能满足AD采样的要求。这样红外检测模块电路就需要多路运算放大器对微弱的信号进行放大，同时在放大光源信号的同时对噪声也放大了，这样就要加入滤波电路，使得电路结构很复杂，经放大滤波后的信号仍然有一定的干扰信号，对后面的信号采样有较大的影响。在数据通讯上，原来的红外分析仪采用RS232通讯，其通讯距离有限，现场应用有诸多不便。

实用新型内容

本实用新型提供一种红外分析仪，采用半透膜进行气液分离、非分散红外光谱测量烃含量，提高了系统的稳定性和可靠性，采样更准确，使仪器的整机性能更高，灵敏度也越高。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种红外分析仪，包含数字信号处理模块，分别电路连接该数字信号处理模块的红外光源控制电路、EPC电子压力控制器、模拟信号处理模块、温度控制电路、电磁阀控制电路、流量检测电路、电流输出电路和数据接收模块。

该红外分析仪还包含电路连接所述数据接收模块的上位机。

所述的模拟信号处理模块包含电路连接的红外检测器和运算放大器。

所述的温度控制电路包含加热棒和温度检测电路。

所述的电磁阀控制电路包含样品气电磁阀和空气电磁阀。

所述的红外光源控制电路为红外光源，所述的流量检测电路为流量传感器。

所述的红外分析仪还包含电路连接数字信号处理模块的风扇，所述的红外分析仪还包含电路连接数字信号处理模块和数据接收模块的电源模块。

数字信号处理模块和数据接收模块采用无线串口模块或者RS485接口连接，数据处理模块和上位机之间采用USB接口或RS232接口连接。

所述的红外分析仪还包含气体干燥器、气体泵、气阻装置、气体采集器、过滤器和红外吸收池；

所述的气阻装置包含第一气阻、第二气阻和第三气阻；

气体干燥器、气体泵、EPC电子压力控制器和气阻装置依次气路连接，气体采集器气路连接所述的第一气阻和过滤器，过滤器气路连接所述的样品气电磁阀，第二气阻气路连接所述的空气电磁阀，样品气电磁阀和空气电磁阀气路连接红外吸收池，流量传感器气路连接所述的红外吸收池、样品气电磁阀和空气电磁阀。

在红外吸收池的两端设有进气铜制腔体和出气铜制腔体，进气铜制腔体上设有进气口，出气铜制腔体上设有出气口，进气口处的进气铜制腔体上安装了红外光源，在出气口处的出气铜制腔体上安装了红外检测器。

本实用新型能对气态烃类的浓度进行测定，并采用电子压力控制器对进入仪器的样品气体的压力进行控制，大大提高了系统的稳定性和可靠性。同时，红外检测模块采用了高精度灵敏的检测器，能快速而准确的对红外光强度进行检测，并且可直接输出毫伏级的微电压信号，信号强度更强，不需对信号进行太大的放大即可达到AD芯片可采集的范围。AD采样芯片采用高精度，高分辨率的AD转换器，采样更准确，使仪器的整机性能更高，灵敏度也越高。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图；

图2是本实用新型的电路示意图；

图3是本实用新型的气路示意图；

图4是本实用新型的红外吸收池结构示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图4，具体说明本实用新型的较佳实施例。

如图1所示，一种红外分析仪，包含数字信号处理模块1（型号为dsPIC30F6014A），分别电路连接该数字信号处理模块1的红外光源控制电路2、EPC电子压力控制器3、模拟信号处理模块4、温度控制电路5、电磁阀控制电路6、流量检测电路7、电流输出电路8和数据接收模块9（型号为dsPIC30F6014A），还包含电路连接所述数据接收模块9的上位机10（型号为DQ-GW数据采集终端）。

如图2所示，所述的模拟信号处理模块4包含电路连接的红外检测器401（型号为PY-ITV-DUAL-T039）和运算放大器402（型号为AD8629ARZ）。

所述的温度控制电路5包含加热棒501和温度检测电路502（型号为PT100）。

所述的电磁阀控制电路6包含样品气电磁阀601和空气电磁阀602。

所述的红外光源控制电路2为红外光源2（型号为rfIR55）。

流量检测电路7为流量传感器7。

如图2所示，所述的红外分析仪还包含电路连接数字信号处理模块1的风扇12。

所述的红外分析仪还包含电路连接数字信号处理模块1和数据接收模块9的电源模块11。

数字信号处理模块1和数据接收模块9采用无线串口模块或者RS485接口连接，数据处理模块9和上位机10之间采用USB接口或RS232接口连接。

如图3所示，所述的红外分析仪还包含气体干燥器13、气体泵14、气阻装置、气体采集器18、过滤器16和红外吸收池17。

所述的气阻装置包含第一气阻1501、第二气阻1502和第三气阻1503。

气体干燥器13、气体泵14、EPC电子压力控制器3和气阻装置依次气路连接，气体采集器18气路连接所述的第一气阻1501和过滤器16，过滤器16气路连接所述的样品气电磁阀601，第二气阻1502气路连接所述的空气电磁阀602，样品气电磁阀601和空气电磁阀602气路连接红外吸收池17，流量传感器7气路连接所述的红外吸收池17、样品气电磁阀601和空气电磁阀602。

如图4所示，在红外吸收池17的两端设有进气铜制腔体1701和出气铜制腔体1702，进气铜制腔体1701上设有进气口1703，出气铜制腔体1702上设有出气口1704，进气口处的进气铜制腔体1701上安装了红外光源2，在出气口处的出气铜制腔体1702上安装了红外检测器401。

数字信号处理模块对外部接口设备进行控制和驱动，另外还要接收外部设备发送过来的信号，对其进行检测，最后还要将处理完的数据通过通讯接口发出去。在本红外分析仪中，数字信号处理模块主要完成的功能有：

（1）对红外光源进行电调制，使之产生一定频率的红外光；

（2）采集红外检测器的模拟信号，对采样值进行处理；

（3）对电磁阀，加热棒，风扇进行控制，检测流量传感器的信号；

（4）通过RS485通讯对EPC电子压力控制器的压力进行设置并读取压力返回值，通过电流输出电路输出气体的浓度对应的4～20mA电流值；

（5）通过无线串口模块或RS485将实时数据发送出去。

如图3所示，利用本红外分析仪进行气体测定时，待测气体预先装在气体采集器里面，待测气体要进入红外吸收池进行分析就需要一定流量的气体作为载气，本系统用空气作为载气，将待测气体载入红外吸收池中。空气经过除尘干燥后进入气体泵中经EPC电子压力控制器对气体的压力进行设置后，将气路一分为三，分别通过三个不同的气阻（三个气阻阻值固定，可对气流产生阻碍作用），三个气阻对应三个不同的流量，第一气阻流量为7ml/min，第二气阻流量为20ml/min，第三气阻流量为150ml/min。流量为7ml/min的气体作为待测气体的载气进入气体采集器中，仪器测定时样品气电磁阀关，即样品气电磁阀的2、3路连通，待测气体进入红外吸收池，同时空气电磁阀关，即空气电磁阀的2、3路连通，空气排出。待测气体在载气的作用下经过滤后进入红外分析池进行分析，数字信号处理模块对红外光源进行电调制，被调制后的红外光源产生一定频率的红外光，红外光穿过红外吸收池被部分吸收后到达红外检测器，红外检测器的微电压信号输出给模拟运算放大器，再由模拟运算放大器传递给数字信号处理模块进行采集和运算，最后经过RS485或无线串口，并以4~20mA电流的形式输出给数据接收模块，流量传感器实时检测气体的流量，将检测到的流量数据发送给数字处理模块采样和运算。经第二气阻后的空气流量为20ml/min，该气体作为仪器零点校正时用的气体，校正时空气电磁阀开，即空气电磁阀的2、1路连通，空气进入红外吸收池，同时样品气电磁阀开，即样品气电磁阀的2、1路连通，待测气体排除，接下来的过程与样品气的测定方法相同。经第三气阻后的空气流量为150ml/min，该气体的主要作用是除水管吹扫气。

数字信号处理模块中包含AD转换芯片和单片机，进入数字信号处理模块的信号送到一个24位高精度的AD转换芯片进行处理，该芯片将采集到的电压信号AD值送到单片机进行处理，单片机经多次采样后将采到的AD值进行两次滤波处理后计算出气体的吸光度值，根据吸光度值计算气体的浓度。

温度控制模块包含分别与数字处理模块连接的加热棒控制和PT100温度检测电路，数字信号处理模块通过PT100温度检测电路周期性地检测系统温度，并与设置温度进行比较，如果存在温差，数字处理模块就开始PID调节对加热棒进行控制，从而保持系统的温度为设定的恒定值。风扇位于恒温盒里面，其主要作用是保持40℃恒温盒内的空气流通使热空气均匀分散到恒温盒的每一个角落，避免局部温度过高或过低。

数字信号处理器与EPC电子压力控制器连接。数字信号处理器直接通过RS485通讯与EPC电子压力控制器进行数据交换，EPC电子压力控制器与传统的机械稳压阀相比，稳定性、可靠性更高。其解决了由于仪器长时间工作，高低温变化、机械震动等原因造成的机械稳压阀漂移的问题；EPC采用电子压力控制器，可以通过RS485通讯直接对仪器内的样品气体压力进行设置，不再是通过机械方式更改，保证了仪器的操作性和实用性。

本实用新型的通讯模块采用无线串口或RS485，可实现1000米的范围内的数据通讯，在无线通讯不通畅时可以切换到RS485通讯，只需要一根跳线就可实现两种方式的自由切换，操作简单方便。数据接收终端提供了一种丰富而形象的人机交互界面，通过上位机将系统中需要监控的数据实时地展示在电脑屏幕上，将分析、控制、数据处理整合在一起，快速处理各种系统信息，为录井技术中气体的实时测定提供了科学依据。

本实用新型的优点有：

（1）可进行气态烃浓度测定；

（2）可实现在线快速测定；

（3）提供人机交互界面，操作更加方便快捷，测定数据实时显示；

（4）可实现远距离测定，对仪器远程监控；

（5）可在-40℃到+40℃的宽温环境下工作；

（6）按照标准传感器模块生产。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种红外分析仪，其特征在于，该红外分析仪包含数字信号处理模块（1），分别电路连接该数字信号处理模块（1）的红外光源控制电路（2）、EPC电子压力控制器（3）、模拟信号处理模块（4）、温度控制电路（5）、电磁阀控制电路（6）、流量检测电路（7）、电流输出电路（8）和数据接收模块（9）。

2.如权利要求1所述的红外分析仪，其特征在于，该红外分析仪还包含电路连接所述数据接收模块（9）的上位机（10）。

3.如权利要求1所述的红外分析仪，其特征在于，所述的模拟信号处理模块（4）包含电路连接的红外检测器（401）和运算放大器（402）。

4.如权利要求1所述的红外分析仪，其特征在于，所述的温度控制电路（5）包含加热棒（501）和温度检测电路（502）。

5.如权利要求1所述的红外分析仪，其特征在于，所述的电磁阀控制电路（6）包含样品气电磁阀（601）和空气电磁阀（602）。

6.如权利要求1所述的红外分析仪，其特征在于，所述的红外光源控制电路（2）为红外光源（2），所述的流量检测电路（7）为流量传感器（7）。

7.如权利要求1所述的红外分析仪，其特征在于，所述的红外分析仪还包含电路连接数字信号处理模块（1）的风扇（12），所述的红外分析仪还包含电路连接数字信号处理模块（1）和数据接收模块（9）的电源模块（11）。

8.如权利要求1或2所述的红外分析仪，其特征在于，数字信号处理模块（1）和数据接收模块（9）采用无线串口模块或者RS485接口连接，数据处理模块（9）和上位机（10）之间采用USB接口或RS232接口连接。

9.如权利要求1-7中任意之一所述的红外分析仪，其特征在于，所述的红外分析仪还包含气体干燥器（13）、气体泵（14）、气阻装置、气体采集器（18）、过滤器（16）和红外吸收池（17）；

所述的气阻装置包含第一气阻（1501）、第二气阻（1502）和第三气阻（1503）；

气体干燥器（13）、气体泵（14）、EPC电子压力控制器（3）和气阻装置依次气路连接，气体采集器（18）气路连接所述的第一气阻（1501）和过滤器（16），过滤器（16）气路连接所述的样品气电磁阀（601），第二气阻（1502）气路连接所述的空气电磁阀（602），样品气电磁阀（601）和空气电磁阀（602）气路连接红外吸收池（17），流量传感器（7）气路连接所述的红外吸收池（17）、样品气电磁阀（601）和空气电磁阀（602）。

10.如权利要求8所述的红外分析仪，其特征在于，所述的红外分析仪还包含气体干燥器（13）、气体泵（14）、气阻装置、气体采集器（18）、过滤器（16）和红外吸收池（17）；

11.如权利要求9所述的红外分析仪，其特征在于，在红外吸收池（17）的两端设有进气铜制腔体（1701）和出气铜制腔体（1702），进气铜制腔体（1701）上设有进气口（1703），出气铜制腔体（1702）上设有出气口（1704），进气口处的进气铜制腔体（1701）上安装了红外光源（2），在出气口处的出气铜制腔体（1702）上安装了红外检测器（401）。

12.如权利要求10所述的红外分析仪，其特征在于，在红外吸收池（17）的两端设有进气铜制腔体（1701）和出气铜制腔体（1702），进气铜制腔体（1701）上设有进气口（1703），出气铜制腔体（1702）上设有出气口（1704），进气口处的进气铜制腔体（1701）上安装了红外光源（2），在出气口处的出气铜制腔体（1702）上安装了红外检测器（401）。