CN220289400U - 一种用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，包括上壳体、下壳体和支撑杆；上壳体位于下壳体的上方，上壳体经多个间隔设置的空心的支撑杆与下壳体相互连通，支撑杆所围区域中的上壳体的底部和下壳体的顶部分别设置有上下对应的上聚光镜和下聚光镜；上壳体内部设置有水汽传感器以及与水汽传感器相连的上控制电路，水汽传感器正对上聚光镜；下壳体内部设置有红外光源、带通滤波片以及与红外光源相连的下控制电路，带通滤波片位于红外光源的正上方，红外光源正对下聚光镜。优点是：能够同时、快速、精确检测大气环境中温室气体、水汽浓度，为测定生态系统物质、能量交换通量提供技术支撑。
Description
技术领域
本实用新型涉及大气环境检测技术领域，尤其涉及一种用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统。
背景技术
基于非色散红外(NDIR)原理的温室气体检测器(例如CO2、甲烷检测器)和水汽检测器是目前具有快速响应、精确测量的常见检测器，主要构成包括红外光源、传感元件、光学腔体和处理电路，该类检测器通常包括参考通道接收窗口和工作通道接收窗口，用于接收不同波长的红外光。当红外光源发射出的红外光穿过光学腔体时，腔体内的气体会吸收一部分红外光，通过获取参口通道接收窗口和工作通道接收窗口的电信号差异，可以计算出气体浓度。但是，这类温室气体检测系统通常只具备单一温室气体检测功能，无法满足同时检测温室气体和水汽浓度的要求。此外，使用气泵和密闭式光学腔体的检测器在实际使用中，常常由于有水汽留存在密闭式光学腔体中，容易对光路产生影响，无法满足精密检测的要求。
因此，急需开发一种能够同步实现大气环境中温室气体、水汽浓度快速、精确检测的检测系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，包括上壳体、下壳体和支撑杆；所述上壳体位于所述下壳体的上方，所述上壳体经多个沿其周向间隔设置的空心的支撑杆与所述下壳体相互连通，支撑杆所围区域中的所述上壳体的底部和下壳体的顶部分别设置有上下对应的上聚光镜和下聚光镜；所述上壳体内部设置有水汽传感器以及与水汽传感器相连的上控制电路，所述水汽传感器正对所述上聚光镜；所述下壳体内部设置有红外光源、带通滤波片以及与红外光源相连的下控制电路，所述带通滤波片位于所述红外光源的正上方，所述红外光源正对所述下聚光镜；
所述水汽传感器为四通道红外传感器，包括水汽工作通道、甲烷工作通道、参考通道和二氧化碳工作通道，各通道前分别设置有一个窄宽带滤光片，各滤光片的中心波长分别为1.94μm、3.3μm、3.9μm和4.26μm。
优选的，所述四通道红外传感器为红外四通道热释电传感器或红外四通道热电堆传感器；所述四通道红外传感器的热响应常数和电响应常数不高于20ms。
优选的，所述四通道红外传感器自带电制冷模块。
优选的，所述红外光源为黑体光源或红外白炽灯光源。
优选的，所述带通滤波片的可通过范围为1-5μm。
优选的，所述上聚光镜和所述下聚光镜为镀有增透膜的红外透镜，增透膜波段为1-5μm。
优选的，所述下壳体内可拆卸设置除湿试剂瓶。
优选的，所述下壳体上设置有供电接口，所述上控制电路和所述下控制电路均与所述供电接口相连，所述供电接口为标准12V接口，能够通过转化器与市电连接或与便携电池连接实现供电。
优选的，所述下壳体上设置有信号传输接口，所述上控制电路和所述下控制电路均与所述信号传输接口相连，所述信号传输接口与计算机连接，实现信号的实时传输和对系统采样频率的控制。
优选的，所述下壳体的底部设置有向下竖直延伸的支撑柱。
本实用新型的有益效果是：1、能够同时、快速、精确检测大气环境中温室气体、水汽浓度，为测定生态系统物质、能量交换通量提供技术支撑。2、除湿试剂瓶能够避免壳体内可能存在的少量水汽对测量精度的影响，以及对光源、传感器、相关电路的损伤。3、采用四通道传感器，其中的参考通道能够消除光源波动及光学窗口污染带来的影响。4、在光源前设置带通滤光片，消除了所需范围外的波段的红外光对传感器的影响。5、支撑杆采用空心设置，便于电路走线。6、支撑柱的设置便于检测系统的安装高度和角度的调整。
附图说明
图1是本实用新型实施例中检测系统的结构示意图。
图中：1、上壳体；2、水汽传感器；3、上控制电路；4、上聚光镜；5、支撑杆；6、下壳体；7、红外光源；8、下控制电路；9、除湿试剂瓶；10、下聚光镜；11、供电接口；12、信号传输接口；13、支撑柱。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实施例中，提供了一种用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，包括上壳体1、下壳体6和支撑杆5；所述上壳体1位于所述下壳体6的上方，所述上壳体1经多个沿其周向间隔设置的空心的支撑杆5与所述下壳体6相互连通，支撑杆5所围区域中的所述上壳体1的底部和下壳体6的顶部分别设置有上下对应的上聚光镜4和下聚光镜10；所述上壳体1内部设置有水汽传感器2以及与水汽传感器2相连的上控制电路3，所述水汽传感器2正对所述上聚光镜4；所述下壳体6内部设置有红外光源7、带通滤波片以及与红外光源7相连的下控制电路8，所述带通滤波片位于所述红外光源7的正上方，所述红外光源7正对所述下聚光镜10。
多个支撑杆5沿圆周方向依次间隔设置，从而使上壳体1与下壳体6之间形成与外界相通的光路，支撑杆5所围区域为开路光路区域，便于大气中的温室气体自然对流扩散到光路中，进而吸收部分穿过光路的红外光，从而被水汽传感器2检测到。
各支撑杆5都采用空心设置，便于相关电路的线路的走线。所述除湿试剂瓶9为化学除湿试剂瓶9，其与下壳体6之间可拆卸连接，便于更换。
本实施例中，所述水汽传感器2为四通道红外传感器，各通道前分别设置有一个窄宽带滤光片，各滤光片的中心波长分别为1.94μm、3.3μm、3.9μm和4.26μm。其中，安装有3.9μm滤光片的为参考通道，其余三个通道依次为水汽工作通道、甲烷工作通道和二氧化碳工作通道，参考通道的设置可以消除光源波动及光学窗口污染带来的影响。
本实施例中，所述四通道红外传感器为红外四通道热释电传感器或红外四通道热电堆传感器，其热响应常数和电响应常数不高于20ms，保证了信号采集频率不低于20Hz。
本实施例中，所述四通道红外传感器自带电制冷模块。所述电制冷模块能够为四通道红外传感器迅速降温，使其保持在适宜的工作温度，保证其正常工作。
本实施例中，所述红外光源7为黑体光源或红外白炽灯光源。具体可以根据实际情况进行选择，以便更好地满足实际需求。
本实施例中，所述带通滤波片的可通过范围为1-5μm。带通滤光片的设置能够消除所需范围内的波段的红外光对传感器的影响。
本实施例中，所述上聚光镜4和所述下聚光镜10为镀有增透膜的红外透镜，增透膜波段为1-5μm。
本实施例中，下壳体6内部可拆卸设置有除湿试剂瓶9。除湿试剂瓶9避免了壳体内可能存在的少量水汽对测量精度的影响，以及对光源、传感器、相关电路的损伤；此外，除湿试剂瓶9的可更换设计保证了其中化学试剂失效后，可以随时更换。
本实施例中，所述下壳体6上设置有供电接口11，所述上控制电路3和所述下控制电路8均与所述供电接口11相连，所述供电接口11为标准12V接口，能够通过转化器与市电连接或与便携电池连接实现供电。
本实施例中，所述下壳体6上设置有信号传输接口12，所述上控制电路3和所述下控制电路8均与所述信号传输接口12相连，所述信号传输接口12与计算机连接，实现信号的实时传输和对系统采样频率的控制。
本实施例中，所述下壳体6的底部设置有向下竖直延伸的支撑柱13。支撑柱13用于将系统安装在所需检测的大气环境中。
本实施例中，系统整体采用防水设计。
本实施例中，系统的使用原理为：
通过支撑柱13将检测系统安装在所需检测的大气环境中，安装高度和角度可通过调节支撑柱13实现。通过供电接口11为系统供电，通过信号传输接口12将信号传输到计算机中，打开计算机中相关信号采集与控制软件，可实现本系统的正常运转和信号输出。
大气中气体通过自然对流扩散到支撑杆5围成的光路中，吸收部分穿过光路的红外光，水汽传感器2检测到参考通道和工作通道中红外信号的衰减，将光信号转化为电信号，并通过相关电路的信号处理模块、传输模块，将电信号转为数字信号传输到计算机中，在相关信号采集与控制软件中可以直接显示目标气体的实时浓度。通过设置相关信号采集与控制软件参数，可以改变采样频率，获得1Hz到50Hz之间任意频率的传感器信号。
通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本实用新型提供了一种用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，能够同时、快速、精确检测大气环境中温室气体、水汽浓度，为测定生态系统物质、能量交换通量提供技术支撑。除湿试剂瓶能够避免壳体内可能存在的少量水汽对测量精度的影响，以及对光源、传感器、相关电路的损伤。采用四通道传感器，其中的参考通道能够消除光源波动及光学窗口污染带来的影响。在光源前设置带通滤光片，消除了所需范围外的波段的红外光对传感器的影响。支撑杆采用空心设置，便于电路走线。支撑柱的设置便于检测系统的安装高度和角度的调整。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：包括上壳体、下壳体和支撑杆；所述上壳体位于所述下壳体的上方，所述上壳体经多个沿其周向间隔设置的空心的支撑杆与所述下壳体相互连通，支撑杆所围区域中的所述上壳体的底部和下壳体的顶部分别设置有上下对应的上聚光镜和下聚光镜；所述上壳体内部设置有水汽传感器以及与水汽传感器相连的上控制电路，所述水汽传感器正对所述上聚光镜；所述下壳体内部设置有红外光源、带通滤波片以及与红外光源相连的下控制电路，所述带通滤波片位于所述红外光源的正上方，所述红外光源正对所述下聚光镜；
所述水汽传感器为四通道红外传感器，包括水汽工作通道、甲烷工作通道、参考通道和二氧化碳工作通道，各通道前分别设置有一个窄宽带滤光片，各滤光片的中心波长分别为1.94μm、3.3μm、3.9μm和4.26μm。
2.根据权利要求1所述的用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：所述四通道红外传感器为红外四通道热释电传感器或红外四通道热电堆传感器；所述四通道红外传感器的热响应常数和电响应常数不高于20ms。
3.根据权利要求2所述的用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：所述四通道红外传感器自带电制冷模块。
4.根据权利要求1所述的用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：所述红外光源为黑体光源或红外白炽灯光源。
5.根据权利要求1所述的用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：所述带通滤波片的可通过范围为1-5μm。
6.根据权利要求1所述的用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：所述上聚光镜和所述下聚光镜为镀有增透膜的红外透镜，增透膜波段为1-5μm。
7.根据权利要求1所述的用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：所述下壳体内可拆卸设置除湿试剂瓶。
8.根据权利要求1所述的用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：所述下壳体上设置有供电接口，所述上控制电路和所述下控制电路均与所述供电接口相连，所述供电接口为标准12V接口，能够通过转化器与市电连接或与便携电池连接实现供电。
9.根据权利要求1所述的用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：所述下壳体上设置有信号传输接口，所述上控制电路和所述下控制电路均与所述信号传输接口相连，所述信号传输接口与计算机连接，实现信号的实时传输和对系统采样频率的控制。
10.根据权利要求1所述的用于同时检测大气环境中温室气体和水汽浓度的开路检测系统，其特征在于：所述下壳体的底部设置有向下竖直延伸的支撑柱。
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