一種基于光譜相控陣分析技術紅外氣體檢測儀器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能儀器儀表，尤其涉及一種基于光譜相控陣分析技術紅外氣體檢測儀器。
【背景技術】
[0002]目前市面上存在的氣體傳感器都僅能測量某一種氣體。如果要同時測量多種氣體，則不同的氣體會對測量單一氣體的傳感器產(chǎn)生干擾，無法獲得所要求的精度；另外，傳統(tǒng)的氣體傳感器在結構和器件性能上存在著各種影響因素，例如光源波動、電路固有噪聲、電子器件漂移等，這些干擾都具有隨機性的特點，當氣體濃度較低時，檢測信號較弱，造成傳統(tǒng)的紅外氣體傳感器無法完成測量；現(xiàn)在氣體傳感器一般是有源供電，通過信號線進行數(shù)據(jù)的通信和傳輸，這樣就限制了該產(chǎn)品在無電及惡劣環(huán)境下的應用；同時，目前氣體傳感器一般沒有數(shù)據(jù)挖掘功能，只是按照事先設定的時間間隔把采集到的所有數(shù)據(jù)信號傳送給上位機進行處理，數(shù)據(jù)量過大且處理復雜，易造成通信網(wǎng)絡堵塞和關鍵數(shù)據(jù)丟失。
[0003]現(xiàn)有技術存在以下問題:1、單一紅外光源無法完成對多種氣體濃度的測量；2、當氣體濃度較低時，檢測信號較弱時，目前氣體傳感器無法進行測量；3、目前氣體傳感器一般為有源、有線數(shù)據(jù)通信，不能實現(xiàn)無電及惡劣環(huán)境下的應用；4、目前氣體傳感器不具備數(shù)據(jù)挖掘功能，數(shù)量量過大且處理復雜，易造成通信網(wǎng)絡堵塞和關鍵數(shù)據(jù)丟失。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于光譜相控陣分析技術紅外氣體檢測儀器，包括儀器殼體，其特征在于所述儀器殼體內安裝有光譜相控陣探測模塊、相控陣紅外光源模塊、組合濾光片機械斬波器模塊、微弱信號調理電路模塊、嵌入式系統(tǒng)模塊、電源模塊和無線傳輸模塊，以上所述模塊通過數(shù)據(jù)線或電源線聯(lián)接，所述光譜相控陣探測模塊由128個光錐與熱釋電探測器一維線性陣列構成。
[0005]進一步地，所述相控陣紅外光源模塊由單一紅外光源構成。
[0006]進一步地，所述組合濾光片機械斬波器模塊包含機械斬波器和組合濾光器，所述組合濾光器由帶有四個濾光片的光盤、四工位微型電機、電機控制電路構成。
[0007]進一步地，所述嵌入式系統(tǒng)模塊由系統(tǒng)主程序、初始化子程序、ZigBee無線通信子程序、傳感檢測子程序、報警子程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)處理子程序和遠程控制子程序組成。
[0008]進一步地，所述電源模塊包括6V直流3500mAh鋰電池和穩(wěn)壓電路。
[0009]進一步地，所述光譜相控陣探測模塊、相控陣紅外光源模塊和組合濾光片機械斬波器模塊通過法蘭加O型密封圈與儀器殼體連接。
[0010]本發(fā)明是一種基于光譜相控陣分析技術，采用模塊化設計思想，進行儀器設計。由于不同的氣體具有不同的光譜特性，即有不同的氣體分子特征有不同吸收波長，根據(jù)朗伯-比爾定律，特征吸收強度與氣體濃度成正比，依據(jù)非色散紅外技術原理，采用光譜相控陣分析技術，基于電子開關控制多個熱輻射源以及多光路設計方法，結合本發(fā)明獨創(chuàng)采用多種濾光片組合機械斬波器和FPGA時間延遲控制，實現(xiàn)紅外光束的電子偏轉和動態(tài)聚焦，即光譜相控陣方法，實現(xiàn)對多種氣體的測量。具體技術方案本智能儀器相控陣紅外光源模塊、組合濾光片機械斬波器模塊、微弱信號調理電路模塊、嵌入式系統(tǒng)模塊、電源模塊和無線傳輸模塊；在紅外光源，通過相控陣技術實現(xiàn)不同位置電子偏轉和動態(tài)聚焦，通過多束紅外光束在不同位置的疊合，在該處能量就會增強，高強度光束在照射到氣體上時，即使該氣體含量比較低，由于強度比較高，也能讓傳感器感應到，由于不同氣體分子對紅外光線吸收波長不同，在通過多種濾光片組合機械斬波器時，在不同濾光片過濾下，不同光譜被探測器面陣模塊所吸收，面陣探測器模塊把光信號轉換為電信號，通過微弱信號調理電路模塊把微弱電信號進行放大、濾波和AD轉換為數(shù)字信號，傳輸?shù)角度胧较到y(tǒng)模塊中，內置在嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘算法對數(shù)字信號進行分析，把異常數(shù)字信號進行篩選，通過基于ZigBee協(xié)議無線通信模塊傳輸給上位機，同時在本智能儀器顯示屏上進行氣體濃度數(shù)值顯示。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于基于本發(fā)明光譜相控陣分析技術，采用電子開關控制多個熱輻射源以及多光路設計方法原理，結合本發(fā)明獨創(chuàng)采用多種濾光片組合機械斬波技術，實現(xiàn)紅外光線的偏轉和聚焦，通過研究不同氣體分子吸收特征波長技術，可實現(xiàn)02、C0、C02、CH4多種氣體的高精度測量。
[0012]采用諧波調制技術實現(xiàn)對低濃度氣體微弱信號的檢測。基于TDLAS原理，采用諧波調制技術，結合波長調制方法，并針對微弱信號，本發(fā)明專門設計微弱信號放大、調理電路，實現(xiàn)對低濃度氣體微弱信號的檢測。
[0013]采用無線數(shù)據(jù)傳輸及鋰電池供電，實現(xiàn)全密封設計，可應用無電、高溫、高壓等惡劣環(huán)境下氣體檢測。本系統(tǒng)采用基于ZigBee無線通訊協(xié)議，提高了信號抗干擾性及傳輸距離，采用喚醒模式，實現(xiàn)低功耗功能；電源模塊采用鋰電池供電，實現(xiàn)系統(tǒng)無線化運行，且無需外接電源工作，利于儀器全方位密封，因此，該系統(tǒng)可以在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下實現(xiàn)對氣體檢測。
[0014]采用智能數(shù)據(jù)挖掘技術，減少無線通信的數(shù)據(jù)量，提高關鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。本儀器采用基于LINUX嵌入式系統(tǒng)，內置智能數(shù)據(jù)挖掘技術，對采集的數(shù)據(jù)進行篩選，對于發(fā)現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)缴衔粰C，由于傳輸數(shù)據(jù)量少，因此不宜發(fā)送數(shù)據(jù)丟失和網(wǎng)絡堵塞情況，提高了儀器的可靠性。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的工作流程圖；
圖2是本發(fā)明的結構示意圖；
其中I是光譜相控陣探測模塊、2是儀器殼體、3是嵌入式系統(tǒng)模塊、4是微弱信號調理電路模塊、5是ZigBee無線傳輸模塊、6是電源模塊、7是相控陣紅外光源模塊、8是組合濾光片機械斬波器模塊。
【具體實施方式】
[0016]本智能儀器主要包括七個部分:光譜相控陣探測模塊、相控陣紅外光源模塊、組合濾光片機械斬波器模塊、微弱信號調理電路模塊、嵌入式系統(tǒng)模塊、電源模塊和無線傳輸模塊。光譜相控陣探測模塊、相控陣紅外光源模塊、組合濾光片機械斬波器模塊、微弱信號調理電路模塊、嵌入式系統(tǒng)模塊、電源模塊和無線傳輸模塊通過數(shù)據(jù)線或電源線進行聯(lián)接，七個模塊安裝在IP65級儀器殼體內，對于光譜相控陣探測模塊、相控陣紅外光源模塊模塊和組合濾光片機械斬波器模塊準直性和穩(wěn)定性較差的問題，本發(fā)明采用法蘭加O型密封圈進行連接，不但符合IP67防護級別，還具有一定的抗振動功能，另外四個模塊也集成在儀器殼體內，實現(xiàn)一體化設計，設備結構示意圖如附圖2所示。
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