CN205580980U - 一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，属于大气环境污染监测领域，装置包括红外辐射光源模块、滤光轮模块、多次反射池模块、红外探测器模块，DSP信号处理分析模块；所述红外辐射模块包括镍铬合金丝光源和稳压装置；所述滤光轮模块包括承载多个滤光片的滤光轮和同步电机；所述多次反射池模块包括三个球面镜、进气与排气控制口、加热与恒温模块；所述探测器模块包括热释电红外探测器；所述DSP信号处理分析模块包括多级放大及滤波处理、A/D转换、DSP数据分析、上位机以及报警模块，本实用新型成本低、结构简单、稳定性好、灵敏度高，实现了多组分污染气体同时在线监测且组分与量程可扩展。
Description
技术领域
本实用新型属于大气环境污染监测领域，具体涉及一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置。
背景技术
随着我国经济的迅猛发展，工业污染源排放的废气越来越多，包括了CO2、CO、SO2、NO2、NO等等，严重危害了自然生态系统、人类健康、工业生产。尤其近几年雾霾问题的日益凸出，都起因于空气中各种有毒气体，严重威胁着我们的身体健康。因此，提高环保意识的同时，大气环境监测越来越受到人们的青睐。很多国家都监测不同类型废气的排放，以确保排放的气体浓度符合标准。
传统的气体分析方法主要包括电化学方法、差分吸收光谱法、傅里叶变换光谱法，但电化学方法使用寿命短，差分吸收光谱法不能测量CO2、CO等在紫外波段没有明显吸收特征的气体，傅里叶变换光谱法结构复杂，成本高。
实用新型内容
本实用新型目的是在非分散红外光谱吸收的基础上准确的连续在线监测多组污染气体浓度，为工业污染源连续排放监测系统提供有效手段。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，属于大气环境污染监测领域，包括红外辐射光源模块、滤光轮模块、多次反射池模块、红外探测器模块，DSP信号处理分析模块；所述红外辐射模块包括镍铬合金丝红外辐射光源和稳压装置，红外辐射模块出射光经过滤光轮模块；所述滤光轮模块包括承载多个滤光片的滤光轮和同步电机，滤光轮模块出射光经过多次反射池模块；所述多次反射池模块包括三个球面镜、进气与排气控制口、加热与恒温模块，多次反射池模块出射光经过红外探测器模块；所述红外探测器模块采用热释电红外探测器，红外探测器模块输出电信号经过DSP信号处理分析模块；所述DSP信号处理分析模块包括多级放大及滤波处理、A/D转换、DSP数据分析、上位机以及报警模块。
所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述红外辐射光源模块采用镍铬合金丝做光源，其红外辐射光谱范围覆盖所有待测气体的红外特征吸收带；稳压装置采用REF02稳压芯片输出高精度的5V电压。
所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述滤光轮模块包括对应检测CO2的中心波长为4.3μm的滤光片、对应检测CO的中心波长为4.6μm的滤光片、对应检测SO2的中心波长为7.45μm的滤光片、对应检测NO2的中心波长为 6.3μm的滤光片、对应检测NO的中心波长为5.25μm的滤光片、中心波长为3.55μm的参考滤光片以及空白光孔，空白孔用于调整系统光路，剩余每个滤光片只能通过一定波段的光信号；同步电机用于控制滤光轮转动的同时实现光学滤波和光波调制。
所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述多次反射池模块采用3个球面镜多次反射增加气体的吸收光程，提高监测灵敏度；进气控制口采用流量阀控制样品气体恒速恒量进入样品池，排气控制口采用流量阀与抽气泵相结合将样品气体恒速恒量抽出样品池，保证池内压力稳定；加热与恒温模块用于保证样品池温度保持在70℃，可以避免水汽冷凝破坏样品池。
所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述红外探测器模块采用热释电探测器LIM-262。
所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述DSP信号处理模块中对探测器输出的微弱电压信号进行多级放大及滤波处理，选用高精度运放芯片LT1112，对输出的模拟信号采用逐次逼近型A/D转换芯片MAX1132转换成数字信号，基于F28335DSP进行数据分析，与上位机通信，反演出样品气体浓度；报警模块当废气浓度超过警戒值时被激活。
本实用新型与现有技术相比有益效果体现在：
所述装置结构简单，成本低，测量精度准，量程大，稳定性好且使用寿命长，可以方便的进行人机交互。基于红外光谱吸收测量过程不消耗物质，不会中毒；装置中采用承载多个滤光片的滤光轮取代传统的切光器和固定光学仪器，电机转动滤光轮对光信号滤波的同时调制了光波，实现了多组分污染气体快速和同时在线监测而且通过替换或者增加滤光片可扩展组分与量程，这是传统气体检测方式不能做到的；采用流量控制阀与抽气泵相结合用于将样品气体恒速抽入样品池，保证池内压力稳定；采用加热与恒温模块能保证样品池温度保持在70℃，避免水汽冷凝破坏样品池和扣除水汽干扰；采用热释电红外探测器频率响应宽、探测率高、响应快、受环境温度影响小；采用F28335DSP信号处理，转换速度快精度高，与上位机连接通信方便的实现人机交互。
附图说明
图1为本实用新型一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置总体框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做详细的说明：
如图1所示，一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，包括红外辐射光源模块、滤光轮模块、多次反射池模块、红外探测器模块、DSP信号处理分析模块；所述 红外辐射光源模块采用镍铬合金丝做光源；稳压装置采用REF02稳压芯片输出高精度的5V电压，红外辐射模块出射光经过滤光轮模块；所述滤光轮模块包括对应检测CO2的中心波长为4.3μm的滤光片、对应检测CO的中心波长为4.6μm的滤光片、对应检测SO2的中心波长为7.45μm的滤光片、对应检测NO2的中心波长为6.3μm的滤光片、对应检测NO的中心波长为5.25μm的滤光片、中心波长为3.55μm的参考滤光片以及空白光孔，空白孔用于调整系统光路，剩余每个滤光片只能通过一定波段的光信号；同步电机用于控制滤光轮转动的同时实现光学滤波和光波调制，滤光轮模块出射光经过多次反射池模块；所述多次反射池模块采用3个球面镜多次反射增加气体的吸收光程，提高监测灵敏度；进气控制口采用流量阀控制样品气体恒速恒量进入样品池，排气控制口采用流量阀与抽气泵相结合将样品气体恒速恒量抽出样品池，保证池内压力稳定；加热与恒温模块用于保证样品池温度保持在70℃，可以避免水汽冷凝破坏样品池，多次反射池模块出射光经过红外探测器模块；所述红外探测器模块采用热释电探测器LIM-262，红外探测器模块输出电信号经过DSP信号处理分析模块；所述DSP信号处理分析模块中对探测器输出的微弱电压信号进行多级放大及滤波处理，选用高精度运放芯片LT1112，对输出的模拟信号采用逐次逼近型A/D转换芯片MAX1132转换成数字信号，基于F28335DSP进行数据分析，与上位机通信，反演出样品气体浓度；报警模块当废气浓度超过警戒值时被激活。
Claims (6)
1.一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述装置包括红外辐射光源模块、滤光轮模块、多次反射池模块、红外探测器模块，DSP信号处理分析模块；所述红外辐射模块包括镍铬合金丝红外辐射光源和稳压装置，红外辐射模块出射光经过滤光轮模块；所述滤光轮模块包括承载多个滤光片的滤光轮和同步电机，滤光轮模块出射光经过多次反射池模块；所述多次反射池模块包括三个球面镜、进气与排气控制口、加热与恒温模块，多次反射池模块出射光经过红外探测器模块；所述红外探测器模块采用热释电红外探测器，红外探测器模块输出电信号经过DSP信号处理分析模块；所述DSP信号处理分析模块包括多级放大及滤波处理、A/D转换、DSP数据分析、上位机以及报警模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述红外辐射光源模块采用镍铬合金丝做光源，其红外辐射光谱范围覆盖所有待测气体的红外特征吸收带；稳压装置采用REF02稳压芯片输出高精度的5V电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述滤光轮模块包括对应检测CO2的中心波长为4.3μm的滤光片、对应检测CO的中心波长为4.6μm的滤光片、对应检测SO2的中心波长为7.45μm的滤光片、对应检测NO2的中心波长为6.3μm的滤光片、对应检测NO的中心波长为5.25μm的滤光片、中心波长为3.55μm的参考滤光片以及空白光孔，空白孔用于调整系统光路，剩余每个滤光片只能通过一定波段的光信号；同步电机用于控制滤光轮转动的同时实现光学滤波和光波调制。
4.根据权利要求1所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述多次反射池模块采用3个球面镜多次反射增加气体的吸收光程，提高监测灵敏度；进气控制口采用流量阀控制样品气体恒速恒量进入样品池，排气控制口采用流量阀与抽气泵相结合将样品气体恒速恒量抽出样品池，保证池内压力稳定；加热与恒温模块用于保证样品池温度保持在70℃，可以避免水汽冷凝破坏样品池。
5.根据权利要求1所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述红外探测器模块采用热释电探测器LIM-262。
6.根据权利要求1所述的一种基于非分散红外光谱吸收的多组分污染气体监测装置，其特征在于：所述DSP信号处理分析模块中对探测器输出的微弱电压信号进行多级放大及滤波处理，选用高精度运放芯片LT1112，对输出的模拟信号采用逐次逼近型A/D转换芯片MAX1132转换成数字信号，基于F28335DSP进行数据分析，与上位机通信，反演出样品气体浓度；报警模块当废气浓度超过警戒值时被激活。
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