一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，屬于煙氣檢測的技術(shù)領(lǐng)域；解決的技術(shù)問題為：提供一種測量精度較高的一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)；采用的技術(shù)方案為：一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，包括：密閉氣室和光源，密閉氣室的一端設(shè)置有光纖傳感器，光纖傳感器與光譜儀相連，密閉氣室上設(shè)置有溫度傳感器、氧氣傳感器、出氣管和進(jìn)氣管，控制電路板包括：主控器，以及分別與主控器相連的溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路、氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路、光源控制電路、管路控制電路、按鍵識(shí)別電路、通信接口電路、顯示屏顯示控制電路、光譜信號(hào)采集控制電路。
【專利說明】
一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，屬于煙氣檢測的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，市面上現(xiàn)存的氣體分析儀主要利用紫外熒光法和可調(diào)諧激光器法，紫外熒光法可以用來測量二氧化硫，其原理是190?230 nm附近的紫外光照射到被測氣體時(shí)，二氧化硫分子吸收紫外光的能量，分子受到激發(fā)從高能級(jí)返回基態(tài)時(shí)發(fā)出熒光;大氣中的N2、02基本不引起“熒光淬滅效應(yīng)”，激發(fā)態(tài)的S02主要通過熒光過程返回基態(tài)，利用光電倍增管接收發(fā)的熒光，紫外熒光發(fā)對(duì)S02的監(jiān)測靈敏度很高，熒光光強(qiáng)大小即可反映出二氧化硫的濃度;該方法可以監(jiān)測到PPb數(shù)量級(jí)的低濃度S02，同時(shí)動(dòng)態(tài)范圍和線性度很好，因此多用于空氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，但是將其應(yīng)用在煙氣監(jiān)測時(shí)，需要配備稀釋法采樣器，系統(tǒng)非常復(fù)雜O
[0003]可調(diào)諧激光器(TunabIe Laser)，是指在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)改變激光輸出波長的激光器，這種激光器的用途廣泛，可用于光譜學(xué)、光化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、集成光學(xué)、污染監(jiān)測、半導(dǎo)體材料加工、信息處理和通信等；由于激光波段覆蓋范圍廣，強(qiáng)度大，譜線窄，可以用于多種氣體的檢測，一般有兩種工作方式:一種是利用被測氣體的后向散射，得到污染氣體在空間上的分布，基于差分吸收雷達(dá)技術(shù)，另一種是利用反射器獲得光程方向上的平均濃度，透射光與發(fā)射光符合朗伯比爾定律，該方法的優(yōu)勢是幾乎可以測量所有氣體，響應(yīng)快精度高。缺點(diǎn)是中紅外區(qū)的可調(diào)諧激光器的成本太高，不同氣體檢測需配備不同光源，且近紅外區(qū)的激光器產(chǎn)生的吸收譜線強(qiáng)度較低，不利于測量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為:提供一種測量精度較高的一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，包括:用于存放氣體的密閉氣室和用于向氣室內(nèi)發(fā)射平行光的光源，所述密閉氣室的一端設(shè)置有用于接收平行光的光纖傳感器，所述光纖傳感器與光譜儀相連，所述密閉氣室上設(shè)置有溫度傳感器、氧氣傳感器、出氣管和進(jìn)氣管，所述溫度傳感器、氧氣傳感器和光譜儀均與所述控制電路板相連，所述控制電路板還通過光源驅(qū)動(dòng)電路板與光源相連;所述控制電路板包括:主控器，以及分別與主控器相連的溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路、氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路、光源控制電路、管路控制電路、按鍵識(shí)別電路、通信接口電路、顯示屏顯示控制電路、光譜信號(hào)采集控制電路;所述溫度傳感器、氧氣傳感器、光源驅(qū)動(dòng)電路板、光譜儀分別與所述溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路、氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路、光源控制電路、光譜信號(hào)采集控制電路相連。
[0006]優(yōu)選地，所述進(jìn)氣管上設(shè)置有電磁閥，所述電磁閥與空氣進(jìn)氣管和樣氣進(jìn)氣管相連，所述空氣進(jìn)氣管上設(shè)置有采樣栗，所述電磁閥和采樣栗均與所述管路控制電路相連。
[0007]所述系統(tǒng)還包括HMI人機(jī)交互界面，所述HMI人機(jī)交互界面設(shè)置有顯示屏和按鍵，所述顯示屏與顯示屏顯示控制電路相連，所述按鍵與按鍵識(shí)別電路相連。
[0008]所述控制電路板還包括電流輸出電路和開關(guān)信號(hào)輸出電路，所述控制電路板還包括電源轉(zhuǎn)換電路，所述電源轉(zhuǎn)換電路與所述主控器相連，所述主控器的型號(hào)為STM32F103ZET6，所述通信接口電路包括:RS232接口電路和RS485接口電路。
[0009]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0010]1、本實(shí)用新型中，通過溫度傳感器、氧氣傳感器可實(shí)時(shí)采集密閉氣室的環(huán)境數(shù)據(jù)，通過光譜儀可采集密閉氣室內(nèi)被測氣體的光譜信號(hào)，所述溫度傳感器、氧氣傳感器和光譜儀均與控制電路板相連，所述控制電路板處理光譜儀采集的光譜信號(hào)、密閉氣室的環(huán)境數(shù)據(jù)，并將接收到的光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣體濃度信號(hào);本實(shí)用新型可消除環(huán)境因素對(duì)測量系統(tǒng)的影響，測量精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
[0011]2、本實(shí)用新型，通過控制電路板的通信單元，可與HMI人機(jī)交互界面相連，方便工作人員對(duì)測量數(shù)據(jù)的觀察及操作，實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖3為本實(shí)施例中氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路的電路原理圖；
[0016]圖4為本實(shí)施例中溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路的電路原理圖；
[0017]圖中:I為密閉氣室，2為光源，3為光纖傳感器，4為光譜儀，5為溫度傳感器，6為氧氣傳感器，7為出氣管，8為進(jìn)氣管，9為控制電路板，10為主控器，11為溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路，12為氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路，13為光源控制電路，14為管路控制電路，15為按鍵識(shí)別電路，16為通信接口電路，17為顯示屏顯示控制電路，18為光譜信號(hào)采集控制電路，19為光源驅(qū)動(dòng)電路板，20為電磁閥，21為采樣栗，22為電流輸出電路，23為開關(guān)信號(hào)輸出電路，24為電源轉(zhuǎn)換電路，25為HMI人機(jī)交互界面，26為顯示屏，27為按鍵。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1至圖4所示，一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，包括:用于存放氣體的密閉氣室I和用于向氣室內(nèi)發(fā)射平行光的光源2，所述密閉氣室I的一端設(shè)置有用于接收平行光的光纖傳感器3，所述光纖傳感器3與光譜儀4相連，所述密閉氣室I上設(shè)置有溫度傳感器5、氧氣傳感器6、出氣管7和進(jìn)氣管8，所述溫度傳感器5、氧氣傳感器6和光譜儀4均與所述控制電路板9相連，所述控制電路板9還通過光源驅(qū)動(dòng)電路板19與光源2相連;所述控制電路板9包括:主控器10，以及分別與主控器10相連的溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路11、氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路12、光源控制電路13、管路控制電路14、按鍵識(shí)別電路15、通信接口電路16、顯示屏顯示控制電路17、光譜信號(hào)采集控制電路18;所述溫度傳感器5、氧氣傳感器6、光源驅(qū)動(dòng)電路板19分別與所述溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路11、氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路12、光源控制電路13相連。
[0019]本實(shí)用新型中，所述進(jìn)氣管8上設(shè)置有電磁閥20，所述電磁閥20與空氣進(jìn)氣管和樣氣進(jìn)氣管相連，所述空氣進(jìn)氣管上設(shè)置有采樣栗21，所述電磁閥20和采樣栗21均與所述管路控制電路14相連;所述系統(tǒng)還包括HMI人機(jī)交互界面25，所述HMI人機(jī)交互界面25設(shè)置有顯示屏26和按鍵27，所述顯示屏26與顯示屏顯示控制電路17相連，所述按鍵27與按鍵識(shí)別電路15相連;所述控制電路板9還包括電流輸出電路22和開關(guān)信號(hào)輸出電路23;所述主控器10 的型號(hào)為 STM32F103ZET6。
[0020]具體地，所述光源2、光源驅(qū)動(dòng)電路板19、光譜儀4和光纖傳感器3組成了光譜測量部分，所述出氣管7、進(jìn)氣管8、空氣進(jìn)氣管、樣氣進(jìn)氣管、電磁閥20和采樣栗21組成了氣體采樣部分，所述的氣體采樣部分負(fù)責(zé)將樣氣和空氣輸入氣密閉氣室I，供光譜測量部分測量分析;進(jìn)一步地，當(dāng)電磁閥20控制進(jìn)空氣時(shí)，采樣栗21將空氣抽入氣室內(nèi)，在光源2的照射下通過光譜儀4分析得到零點(diǎn)吸收光譜，然后電磁閥20控制進(jìn)入樣氣，此時(shí)，光譜儀4就會(huì)得到樣氣的吸收光譜，通過通信接口電路16將數(shù)據(jù)傳到主控單元進(jìn)行氣體濃度的運(yùn)算；同時(shí)，溫度傳感器5和氧氣傳感器6將采集的密閉氣室I的環(huán)境數(shù)據(jù)傳送至主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，主控單元將環(huán)境數(shù)據(jù)以及氣體濃度數(shù)據(jù)通過通信接口電路16傳輸?shù)紿MI人機(jī)交互界面25進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。
[0021]本實(shí)施例中，所述溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路11將溫度傳感器5輸出的電阻值，經(jīng)過R/V變換轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過調(diào)理放大，然后通過主控器10的ADC接口將該信號(hào)傳送至主控器10進(jìn)行處理;所述氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路12將氧氣傳感器6輸出的微弱電壓信號(hào)經(jīng)過調(diào)理放大，然后通過主控器10的ADC接口將該信號(hào)傳送至主控器10進(jìn)行處理;所述光源控制電路13通過主控器10的I/O接口控制光源的關(guān)閉與開啟；所述管路控制電路14通過主控器10對(duì)開關(guān)量的控制實(shí)現(xiàn)采樣栗21和電磁閥20的開啟與關(guān)閉;所述按鍵識(shí)別電路15用于對(duì)按鍵狀態(tài)的識(shí)別；所述通信接口電路16包括RS232接口和RS485接口，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)字通信;所述顯示屏顯示控制電路17用于實(shí)現(xiàn)顯示屏26通過RS232接口與主控器10進(jìn)行通信，主控器10通過該控制電路控制顯示屏顯示內(nèi)容的更新;所述光譜信號(hào)采集控制電路18通過RS232接口實(shí)現(xiàn)光譜儀與主控器10之間的數(shù)據(jù)交換，交換的數(shù)據(jù)包括光譜儀的控制信息，光譜儀的光譜信息等;所述電流輸出電路22實(shí)現(xiàn)主控器1的內(nèi)部DA將采樣信息以模擬量的形式輸出，具體工作過程:將主控器10采樣處理過的氣體濃度、溫度等信息通過電壓形式輸出，將這些電壓量轉(zhuǎn)化為4?20mA的電流信號(hào)輸出；所述開關(guān)信號(hào)輸出電路23用于實(shí)現(xiàn)主控器10控制輸出24V開關(guān)量，讓其具備對(duì)外控制功能；本實(shí)用新型中，所述控制電路板9包括還包括:電源轉(zhuǎn)換電路24，所述電源轉(zhuǎn)換電路24將開關(guān)電源輸出的24V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電路板9內(nèi)部使用的各種電源信號(hào)，包括12V、5V、3.3V等。
[0022]本實(shí)施例中，所述的氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路12的電路結(jié)構(gòu)為:包括電流放大器U11，所述電流放大器Ull的信號(hào)負(fù)端-1N并接電阻Rll的一端后與電阻R13的一端相連，所述電阻Rll的另一端接地，所述電阻R13的另一端并接電流放大器Ull的信號(hào)輸出端OUT后與電阻R14的一端相連，所述電阻R14的另一端并接二極管Dll的負(fù)極后與二極管D12的負(fù)極、氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路12的輸出端ADC_0XY相連，所述二極管Dll的正極與電源轉(zhuǎn)換電路24的3.3V電源輸出端相連，所述二極管D12的正極接地，所述電流放大器Ull的信號(hào)正端+IN通過電阻R12與氧氣傳感器6的信號(hào)輸出單V_0XY相連，所述電流放大器U11的電源負(fù)端V-接地，所述電流放大器U11的電源正端并接電容Cl I的一端后與電源轉(zhuǎn)換電路24的12V電源輸出端相連，所述電容Cl I的另一端接地。
[0023]所述溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路11的電路結(jié)構(gòu)為:包括電流放大器U22，所述電流放大器U22的信號(hào)負(fù)端-1N并接電阻R28的一端后與電阻R26的一端相連，所述電阻R26的另一端并接電阻R24的一端后與溫度傳感器5的信號(hào)輸出端PT相連，所述電阻R24的另一端并接電阻R25的一端后與可控穩(wěn)壓源U21的負(fù)極、電阻R22的一端、電阻R21的一端相連，所述電阻R21的另一端與所述電源轉(zhuǎn)換電路24的12V電源輸出端相連，所述電阻R22的另一端并接電阻R23的一端后與可控穩(wěn)壓源U21的參考端相連，所述電阻R23的另一端并接可控穩(wěn)壓源U21的正極后接地，所述電阻R25的另一端并接電阻R27的一端后與電阻R210的一端相連，所述電阻R27的另一端并接電阻R29的一端后與電流放大器U22的信號(hào)正端+IN相連，所述電阻R210的另一端、電阻R29的另一端、電流放大器U22的電源負(fù)端均接地;所述電阻R28的另一端并接電阻R211的一端后與所述電流放大器U22的信號(hào)輸出端OUT相連，所述電阻R211的另一端并接二極管D21的負(fù)極后與二極管D22的負(fù)極、溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路11的輸出端乂_TEMP相連，所述二極管D22的正極與電源轉(zhuǎn)換電路24的3.3V電源輸出端相連，所述二極管D21的正極接地，所述電流放大器U22的電源正端V+并接電容C21的一端后與電源轉(zhuǎn)換電路24的12V電源輸出端相連，所述電容C21的另一端接地。
[0024]本實(shí)施例中，采樣栗21可選取小體積、超低噪聲、寬溫度范圍、壽命長、穩(wěn)定性好的氣體采樣栗，保證將采樣栗21對(duì)氣體濃度反演帶來的誤差降到了極致，同樣電磁閥20也采用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，有效的降低了電磁干擾；同時(shí)，光源2部分通過發(fā)射紫外光至密閉氣室I，為氣體的吸收譜測量提供了先決條件，光源2的性能直接決定了分析精度、穩(wěn)定性以及壽命，本實(shí)用新型選用了一款高穩(wěn)定性、長壽命的氘燈光源，其工作波長能覆蓋多種氣體吸收譜，光譜平緩，光噪聲小，紫外部分的能量較高，非常符合分析多種氣體的在紫外波段的吸收特性，同時(shí)大大提高了本實(shí)用新型的測量精度和穩(wěn)定性。
[0025]綜上，本實(shí)用新型具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，包括:用于存放氣體的密閉氣室(I)和用于向氣室內(nèi)發(fā)射平行光的光源(2)，其特征在于:所述密閉氣室(I)的一端設(shè)置有用于接收平行光的光纖傳感器(3)，所述光纖傳感器(3)與光譜儀(4)相連，所述密閉氣室(I)上設(shè)置有溫度傳感器(5)、氧氣傳感器(6)、出氣管(7)和進(jìn)氣管(8)，所述溫度傳感器(5)、氧氣傳感器(6)和光譜儀(4)均與控制電路板(9)相連，所述控制電路板(9)還通過光源驅(qū)動(dòng)電路板(19)與光源(2)相連； 所述控制電路板(9)包括:主控器(10)，以及分別與主控器(10)相連的溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路(11)、氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路(12)、光源控制電路(13)、管路控制電路(14)、按鍵識(shí)別電路(15)、通信接口電路(16)、顯示屏顯示控制電路(17)、光譜信號(hào)采集控制電路(18)； 所述溫度傳感器(5)、氧氣傳感器(6)、光源驅(qū)動(dòng)電路板(19)、光譜儀(4)分別與所述溫度信號(hào)調(diào)理與采集電路(11)、氧氣信號(hào)調(diào)理與采集電路(12)、光源控制電路(13)、光譜信號(hào)采集控制電路(18)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述進(jìn)氣管(8)上設(shè)置有電磁閥(20)，所述電磁閥(20)與空氣進(jìn)氣管和樣氣進(jìn)氣管相連，所述空氣進(jìn)氣管上設(shè)置有采樣栗(21)，所述電磁閥(20)和采樣栗(21)均與所述管路控制電路(14)相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)還包括HMI人機(jī)交互界面(25)，所述HMI人機(jī)交互界面(25)設(shè)置有顯示屏(26)和按鍵(27)，所述顯示屏(26)與顯示屏顯示控制電路(17)相連，所述按鍵(27)與按鍵識(shí)別電路(15)相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述控制電路板(9)還包括電流輸出電路(22)和開關(guān)信號(hào)輸出電路(23)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述控制電路板(9)還包括電源轉(zhuǎn)換電路(24)，所述電源轉(zhuǎn)換電路(24)與所述主控器(10)相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述主控器(10)的型號(hào)為STM32F103ZET6。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外氣體分析儀中氣體濃度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述通信接口電路(16)包括:RS232接口電路和RS485接口電路。
【文檔編號(hào)】G01N21/33GK205538658SQ201620025199
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月12日
【發(fā)明人】白惠峰, 閆興鈺, 張利軍, 白慧賓, 孟瑞生, 呂子嘯, 郭旭, 王紅梅
【申請(qǐng)人】中綠環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?br>