CN208334186U - 气体分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气体分析装置，包括：红外光源(1)，向待检测气体发出红外光线，所述红外光线透过所述待检测气体；红外探测器(3)，探测穿透过所述待检测气体的光信号，并将检测到的光信号转换为电信号传输给信号预处理模块(6)；信号预处理模块(6)，对所述电信号进行预处理，得到表征气体成分信息的预处理信号；压力控制及监测模块(5)，用于控制及监测盛放所述待检测气体之容器的气压。本实用新型灵敏度高、可实现在线检测，并能降低气体分析成本。

Description

气体分析装置

技术领域

本实用新型涉及一种气体分析技术领域，特别是一种气体分析装置，可应用于大气及污染源排放等环保监测，用于石油、化工、电站等工业过程控制，用于农业、医疗卫生和科研等领域，实验室各种燃烧试验的气体含量测定，用于公共场所的空气监测等领域。

背景技术

从19世纪初开始，陆续有欧美日等工业比较发达的国家对气体传感器进行了深入的研究和开发，到二十世纪末，各种原理和不同用途和品种的气体传感器数量有数百种。在19世纪期间，气体传感器和气体分析仪主要用来对工业有毒气体的探测和报警，检测的气体主要有煤气、天然气及瓦斯等有毒有害气体。这些气体传感器和分析仪在精度、响应速度和其他性能不是很高，但是基本能够满足市场的需求，因此没有太大的进步。

全球经济发展的同时，特别是工业革命后，工业经济得到了空前快速的发展，绝大多数的工业发展都伴随着严重的环境污染和空气污染。随着人类的生产和发展对环境的破坏也越来越严重，有毒有害气体的排放产生的环境污染受到广泛关注。在这种背景下，气体分析仪的发展已经超出了检测有毒有害气体的范畴,但现有技术的气体传感器的检测设备由于体积、成本、功耗等因素已不能满足对环境污染检测的要求，适用范围小且灵敏度较低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的问题是，提出了一种灵敏度高、可实现在线检测的气体分析装置，以解决现有技术存在的技术问题。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种以下的气体分析装置，包括：

红外光源，向待检测气体发出红外光线，所述红外光线透过所述待检测气体；

红外探测器，探测穿透过所述待检测气体的光信号，并将检测到的光信号转换为电信号传输给信号预处理模块；

信号预处理模块，对所述电信号进行预处理，得到表征气体成分信息的预处理信号；

压力控制及监测模块，用于控制及监测盛放所述待检测气体之容器的气压。

作为可选，所述气体分析装置还包括微处理器，所述微处理器分别与所述信号预处理模块和压力控制及监测模块连接，所述微处理器接收所述预处理信号通过运算得到表征相关气体浓度的分析结果。

作为可选，所述气体分析装置还包括光源调制模块，所述光源调制模块分别与所述红外光源和微处理器连接，所述微处理器对所述光源调制模块进行控制，以使所述光源调制模块调节红外光源的强度和频率。

作为可选，所述气体分析装置还包括通讯接口模块和数据显示模块，所述通讯接口模块和数据显示模块均与所述微处理器连接，所述数据显示模块接收所述表征相关气体浓度的分析结果，并在数据显示模块上予以显示，所述通讯接口模块接收所述表征相关气体浓度的分析结果，并将其向外传输。

作为可选，信号预处理模块包括信号放大电路和滤波电路，信号放大电路与滤波电路连接，信号放大电路接收电信号，所述滤波电路输出预处理信号。

作为可选，所述的微处理器为FPGA、DSP或单片机。

作为可选，所述的红外光源为红外发光二极管、红外激光器或热辐射红外光源。

作为可选，所述待检测气体盛放于气体样品室中，所述气体样品室为密封避光暗室。

作为可选，所述的红外探测器为热探测器或光子探测器。

作为可选，所述的通讯接口模块为USB、串口或485接口。

作为可选，所述的数据显示模块为电容式显示屏、电阻式显示屏或液晶显示屏。

采用本实用新型，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型基于光谱检测原理，对通过气体后的光信号进行测量，通过计算光信号强度与气体浓度之间的相互关系，最后拟合出测定曲线，得出分析结果。本实用新型采用电调制来代替机械调制，通过这种方式显著地提高了气体分析仪的稳定性、抗冲击性和便携性，系统选用了体积更小的红外探测器，结合自主设计的光学结构，可以和集成电路一体化，使得整个系统体积更小、灵敏度高、高效能，并且能够做到同时在一个探测器上多个气体探测通道，用于对不同气体的探测和分析。系统采用了小型窄带光源，红外辐射效率更高，能够使红外光源在某一频段内有更高的输出功率，再与选择性的红外探测器相结合，使气体分析仪的性能得到非常大的优化和提高。

附图说明

图1为本实用新型气体分析装置的结构示意图。

图中所示：1、红外光源，2、待测气体样品室，3、红外探测器，4、光源调制模块，5、压力控制及监测模块，6、信号预处理模块，7、微处理器，8、通讯接口模块，9、数据显示模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

参考图1所示，示意了本实用新型气体分析装置的一种实现方式，包括：

红外光源1，向待检测气体发出红外光线，所述红外光线透过所述待检测气体；

红外探测器3，探测穿透过所述待检测气体的光信号，并将检测到的光信号转换为电信号传输给信号预处理模块6；

信号预处理模块6，对所述电信号进行预处理，得到表征气体成分信息的预处理信号；

压力控制及监测模块5，用于控制及监测盛放所述待检测气体之容器的气压。

所述气体分析装置还包括微处理器7，所述微处理器7分别与所述信号预处理模块6和压力控制及监测模块5连接，所述微处理器7接收所述预处理信号通过运算得到表征相关气体浓度的分析结果。

所述气体分析装置还包括光源调制模块4，所述光源调制模块4分别与所述红外光源1和微处理器7连接，所述微处理器7对所述光源调制模块4进行控制，以使所述光源调制模块4调节红外光源1的强度和频率。

所述气体分析装置还包括通讯接口模块8和数据显示模块9，所述通讯接口模块8和数据显示模块9均与所述微处理器7连接，所述数据显示模块9接收所述表征相关气体浓度的分析结果，并在数据显示模块9上予以显示，所述通讯接口模块8接收所述表征相关气体浓度的分析结果，并将其向外传输。

信号预处理模块6包括信号放大电路和滤波电路，信号放大电路与滤波电路连接，信号放大电路接收电信号，所述滤波电路输出预处理信号。

所述的微处理器7为FPGA、DSP或单片机。

所述的红外光源1为红外发光二极管、红外激光器或热辐射红外光源。

所述待检测气体盛放于待测气体样品室2中，所述待测气体样品室2为密封避光暗室。

所述的红外探测器3为热探测器或光子探测器。

所述的通讯接口模块8为USB、串口或485接口。

所述的数据显示模块9为电容式显示屏、电阻式显示屏或液晶显示屏。

微处理器7是本实用新型的中央控制器，负责数据处理、系统控制及外部通讯的控制；红外光源1用做系统气体分析所用光源；待测气体样品室2用于存放待分析气体样品；红外探测器3用于探测经过气体室后的光信号；光源调制模块4用于控制光源的强度、频率等；压力控制及监测模块5作为一个闭环系统用来控制和监测气体室的压力，并可进行反馈以实现恒压；信号预处理模块6用于对红外探测器产生的信号进行初步处理，包括了信号放大、滤波等电路；通讯接口模块8用于系统与外部的数据传输；数据显示模块9用于显示系统分析结果及其他相关数据。通过红外光源1对待测气体样品室2中的气体进行照射，由红外探测器3将通过气体室后的光信号转换为电信号，经信号预处理6对电信号进行初步处理后传递给微处理器7。微处理器7将得到的信号数据采用数学算法进行处理，得出分析结果，通过通讯接口模块8将结果对外输出，同时通过数据显示模块9对分析结果进行显示。

微处理器7为FPGA、DSP、高性能单片机等控制芯片之一；红外光源1为红外发光二极管、红外激光器和热辐射红外器之一；待测气体样品室2为密封避光暗室；红外探测器3为热探测器或光子探测器；通讯接口模块8为USB、串口、485接口；数据显示模块9为电容式显示屏、电阻式显示屏、液晶显示屏；

本发明装置的工作过程为：红外光源1在经过微处理器7调制驱动后，产生一定光谱频带内的低频脉冲红外光，红外光经过气体样品室，由红外探测器3来感应红外光强度的变化，并且将红外光强的变化转化为电信号，该部分完成了从光信号到电信号的转换过程。红外探测器3获得的低频信号经过信号预处理模块6后送入微处理器7进行信号处理，这一部分将电信号的变化转换为可量化的气体浓度的变化。通过通讯接口模块8对外部进行数据传输，数据显示模块9将分析结果在本地进行显示。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的具体实施方式对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体分析装置，包括红外光源(1)，向待检测气体发出红外光线，所述红外光线透过所述待检测气体；

红外探测器(3)，探测穿透过所述待检测气体的光信号，并将检测到的光信号转换为电信号传输给信号预处理模块(6)；

信号预处理模块(6)，对所述电信号进行预处理，得到表征气体成分信息的预处理信号；

压力控制及监测模块(5)，用于控制及监测盛放所述待检测气体之容器的气压。

2.根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于：所述气体分析装置还包括微处理器(7)，所述微处理器(7)分别与所述信号预处理模块(6)和压力控制及监测模块(5)连接，所述微处理器(7)接收所述预处理信号通过运算得到表征相关气体浓度的分析结果。

3.根据权利要求1或2所述的气体分析装置，其特征在于：所述气体分析装置还包括光源调制模块(4)，所述光源调制模块(4)分别与所述红外光源(1)和微处理器(7)连接，所述微处理器(7)对所述光源调制模块(4)进行控制，以使所述光源调制模块(4)调节红外光源(1)的强度和频率。

4.根据权利要求3所述的气体分析装置，其特征在于：所述气体分析装置还包括通讯接口模块(8)和数据显示模块(9)，所述通讯接口模块(8)和数据显示模块(9)均与所述微处理器(7)连接，所述数据显示模块(9)接收所述表征相关气体浓度的分析结果，并在数据显示模块(9)上予以显示，所述通讯接口模块(8)接收所述表征相关气体浓度的分析结果，并将其向外传输。

5.根据权利要求1或2所述的气体分析装置，其特征在于：信号预处理模块(6)包括信号放大电路和滤波电路，信号放大电路与滤波电路连接，信号放大电路接收电信号，所述滤波电路输出预处理信号。

6.根据权利要求3所述的气体分析装置，其特征在于：所述的微处理器(7)为FPGA、DSP或单片机。

7.根据权利要求3所述的气体分析装置，其特征在于：所述的红外光源(1) 为红外发光二极管、红外激光器或热辐射红外光源。

8.根据权利要求3所述的气体分析装置，其特征在于：所述待检测气体盛放于待测气体样品室(2)中，所述待测气体样品室(2)为密封避光暗室。

9.根据权利要求3所述的气体分析装置，其特征在于：所述的红外探测器(3)为热探测器或光子探测器。

10.根据权利要求4所述的气体分析装置，其特征在于：所述的通讯接口模块(8)为USB、串口或485接口；所述的数据显示模块(9)为电容式显示屏、电阻式显示屏或液晶显示屏。