專利名稱：基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體濃度檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及機(jī)械調(diào)制方式的旁流式氣體濃度測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前氣體濃度監(jiān)測(cè)儀，包括使用于醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的，測(cè)量原理一般都是基于非色散紅外光譜分析技術(shù)(NDIR，Non-Dispersive Infrared)，利用被測(cè)氣體對(duì)某一波段紅外光具有吸收特性，選擇該特定波段的紅外光，使之通過氣體樣本，因其光強(qiáng)衰減量與樣本中被測(cè)氣體濃度的關(guān)系符合Beer-Lambert定律，從而通過測(cè)試光衰減量可以計(jì)算得到相應(yīng)氣體的濃度。例如，呼吸末CO2濃度監(jiān)測(cè)儀就是利用CO2分子光吸收特性曲線在4.26μm處的顯著吸收峰，通過檢測(cè)該波長(zhǎng)范圍的紅外光通過氣室后的衰減量，來(lái)計(jì)算出其中CO2氣體的濃度。
通常，熱釋電型紅外探測(cè)器用于光測(cè)量，可以提高抗溫漂能力。因其為一種交流或瞬時(shí)響應(yīng)的器件，被測(cè)光必須調(diào)制成脈沖形式加以探測(cè)。目前常用機(jī)械方式調(diào)制，即，在紅外光源和檢測(cè)氣室之間的光路上加一個(gè)帶孔的以一定速率旋轉(zhuǎn)的斬波片，光經(jīng)此斬波片后成為光脈沖信號(hào)，用作為載波信號(hào)，該信號(hào)穿過檢測(cè)氣室后被氣室內(nèi)待測(cè)氣體的濃度信號(hào)調(diào)制，再經(jīng)紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)換為被調(diào)制的電壓或電流信號(hào)。在此過程中，為了進(jìn)一步消除光源發(fā)光效率、光路通光率以及溫度漂移等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，系統(tǒng)在所述被測(cè)信號(hào)以外還要引入一路載波參考信號(hào)，一般選擇不被檢測(cè)氣室內(nèi)任何氣體吸收的某一波段紅外光。以CO2氣體濃度檢測(cè)為例，可在斬波片上嵌入兩個(gè)不同中心波長(zhǎng)的帶通濾光片，其中，帶通中心波長(zhǎng)與CO2吸收峰4.26μm一致的通道用于引入CO2濃度測(cè)量信號(hào)，不一致的另一個(gè)通道引入?yún)⒖夹盘?hào)，并視之為與前一通道的載波信號(hào)等同。可參見美國(guó)專利US 4,522,204和US 4,998,018。
上述現(xiàn)有技術(shù)的主要缺點(diǎn)是，由于引入載波參考通道，一方面測(cè)量探頭的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本也較高；另一方面因?yàn)閰⒖纪ǖ赖臑V光片與信號(hào)通道的濾光片溫漂特性很難保持一致，而且長(zhǎng)期使用后兩個(gè)通道的通光率變化量也不同，造成參考通道信號(hào)與被測(cè)通道的載波信號(hào)的不等同，難以保證測(cè)量精度長(zhǎng)期穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法及裝置，可以在測(cè)量探頭的設(shè)計(jì)中不需考慮參考通道的引入問題，從而簡(jiǎn)化測(cè)量探頭的結(jié)構(gòu)，降低制造成本，同時(shí)，又提高測(cè)量精度的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，提供一種基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法，包括步驟a.待測(cè)氣體樣本被抽取至檢測(cè)氣室；b.斬波電動(dòng)機(jī)在微處理器單元的作用下帶動(dòng)斬波片以一定速率旋轉(zhuǎn)，所述斬波片上有至少一個(gè)通孔，使從穩(wěn)態(tài)光源發(fā)出的光經(jīng)通孔后，成為光脈沖，用作為載波信號(hào)；c.所述載波信號(hào)穿過檢測(cè)氣室，被氣室內(nèi)特定氣體的濃度信號(hào)所調(diào)制；d.調(diào)制后的光信號(hào)依次經(jīng)濾光片和光探測(cè)器，被轉(zhuǎn)換為調(diào)制的電壓或電流信號(hào)；e.所述電壓或電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大處理電路后被送往微處理器單元；f.所述微處理器單元根據(jù)所述接收到的信號(hào)，計(jì)算出氣室內(nèi)被測(cè)氣體的濃度，或推算其它與被測(cè)氣體相關(guān)的參數(shù)；尤其是，所述信號(hào)放大處理電路內(nèi)有至少一個(gè)可控增益放大器，在所述步驟a之前還包括對(duì)所述可控增益放大器進(jìn)行增益設(shè)定的步驟1)參考?xì)怏w被抽取至檢測(cè)氣室；按上述步驟b到d得到的電壓或電流信號(hào)，經(jīng)所述放大處理電路后送往微處理器單元；2)微處理器單元輸出調(diào)節(jié)信號(hào)給所述可控增益放大器，并調(diào)整該信號(hào)大小，直到使所述信號(hào)放大處理電路輸出信號(hào)的幅度達(dá)到設(shè)定值；3)微處理器單元保持所述調(diào)節(jié)信號(hào)的大小，直至下一次的設(shè)定過程。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法通過測(cè)量參考?xì)怏w時(shí)對(duì)放大電路的增益控制，可以消除因光源發(fā)光效率和光路通光效率變化、設(shè)備長(zhǎng)期工作后傳感器響應(yīng)能力和電子元器件的差異帶來(lái)的測(cè)量信號(hào)的誤差，還可以消除測(cè)量過程中溫度漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響，利于保持測(cè)量精度的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案還包括，設(shè)計(jì)制造一種基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，包括穩(wěn)態(tài)光源、檢測(cè)氣室及位于二者之間帶有通孔的斬波片，微處理器單元通過電機(jī)控制電路連接斬波電動(dòng)機(jī)，使之可以帶動(dòng)所述斬波片旋轉(zhuǎn)；所述檢測(cè)氣室后端依次排列有濾光片、光探測(cè)器，所述光探測(cè)器的輸出經(jīng)信號(hào)放大處理電路送往微處理器單元；所述微處理器單元包括分析計(jì)算單元，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算出結(jié)果，并將結(jié)果交其處理單元以可讀信息形式輸出；所述檢測(cè)氣室還有通孔分別連通進(jìn)氣管和出氣管，用于待測(cè)氣體樣本的進(jìn)和出；尤其是，還包括所述信號(hào)放大處理電路還包括至少一個(gè)可控增益放大器，所述可控增益放大器連接來(lái)自微處理器單元的調(diào)節(jié)信號(hào)。此外，所述進(jìn)氣管可以連通電磁三通閥，所述電磁三通閥在微處理器單元通過三通閥控制電路的作用下，可以使檢測(cè)氣室分別連通參考?xì)怏w或待測(cè)氣體。
利用本發(fā)明裝置，可使傳感器探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，對(duì)探測(cè)器的要求也大大降低，并可有效消除測(cè)試過程中光組件性能退化帶來(lái)的影響，從而節(jié)約設(shè)備成本的同時(shí)提高設(shè)備的性能。


圖1是本發(fā)明氣體濃度測(cè)量裝置的原理框2是圖1中信號(hào)放大處理電路6的邏輯構(gòu)成框3是所述信號(hào)放大處理電路的具體電路4是濃度測(cè)量裝置控制器的具體電路圖其中標(biāo)號(hào)1——穩(wěn)態(tài)光源，2——斬波電動(dòng)機(jī)，3——斬波片，4——檢測(cè)氣室，5——光探測(cè)器，6——信號(hào)放大處理電路，7——微處理器單元，8——濾光片，9——三通閥，10——?dú)獗茫?1——電動(dòng)機(jī)控制電路，12——三通閥控制電路，13——流速檢測(cè)電路，14——?dú)獗每刂齐娐罚?5——采樣管，16——限流閥；61——帶通放大電路，62——高通濾波器，63——可控增益放大電路，64——低通濾波器，65——A/D變換電路。
具體實(shí)施例方式
下面，結(jié)合附圖所示之最佳實(shí)施例進(jìn)一步詳述本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明氣體濃度測(cè)量裝置，包括穩(wěn)態(tài)光源1、檢測(cè)氣室4及位于二者之間并帶有通孔的斬波片3，所述斬波片3同軸連結(jié)斬波電動(dòng)機(jī)2，微處理器單元7通過電機(jī)控制單元11電連接所述斬波電動(dòng)機(jī)2，使之帶動(dòng)所述斬波片3以一定速率旋轉(zhuǎn)，從而光源1發(fā)出的光，經(jīng)過斬波片3后變成與其旋轉(zhuǎn)速率相應(yīng)的一定頻率的光脈沖載波信號(hào)；所述檢測(cè)氣室4后端依次設(shè)置有濾光片8、光探測(cè)器5，所述光探測(cè)器5的輸出經(jīng)信號(hào)放大處理電路6送往微處理器單元7，所述微處理器單元7包括分析計(jì)算單元，根據(jù)接收到的電壓或電流信號(hào)，計(jì)算出氣室內(nèi)被測(cè)氣體的濃度，或推算其它與被測(cè)氣體相關(guān)的參數(shù)；所述檢測(cè)氣室4還有通孔連通進(jìn)氣管和出氣管，用于被測(cè)試氣體樣本的進(jìn)和出。
圖1中，氣路系統(tǒng)包括采樣管15和與之相連的三通閥9、限流閥16和與之相連的氣泵10，所述進(jìn)氣管與出氣管分別通過三通閥9和限流閥16連通該氣路系統(tǒng)，采樣氣體經(jīng)采樣管15、三通閥9被連續(xù)抽取到檢測(cè)氣室4中，然后經(jīng)限流閥16、氣泵10的排氣口被排放出去。所述三通閥9可以采用電磁控制方式，通過三通閥控制電路12電連接微處理器單元7，即可由微處理器單元7對(duì)其選通方向進(jìn)行控制，使檢測(cè)氣室4或者連通參考?xì)怏w，或者連通待測(cè)氣體。在采用人工方式機(jī)械控制檢測(cè)氣室4的進(jìn)氣源時(shí)，所述三通閥9可以被省掉，但不利于測(cè)試儀的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。所述限流閥16和氣泵10分別通過流速檢測(cè)電路13和氣泵控制電路14電連接微處理器單元7；在抽取氣體樣本時(shí)，微處理器單元7通過流速檢測(cè)電路13檢測(cè)實(shí)時(shí)的抽氣速率，并通過氣泵控制電路14控制氣泵10的抽氣速度，達(dá)到穩(wěn)定抽樣的目的。
通過斬波片3輸出的光脈沖載波信號(hào)經(jīng)過檢測(cè)氣室4，由于部分光能量被氣室中某種對(duì)應(yīng)氣體吸收，使通過的光能量隨該氣體的濃度變化而變化，從而產(chǎn)生被所述氣體的濃度參數(shù)調(diào)制的光信號(hào)，它進(jìn)一步經(jīng)帶通濾光片8后被光探測(cè)器5轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電調(diào)制信號(hào)。所述濾光片8還可以是嵌于光探測(cè)器5的感光窗口，與之組成一體化的感光元件；所述感光元件還可以與所述光源1、斬波電動(dòng)機(jī)2、斬波片3、檢測(cè)氣室4組合成一個(gè)探頭組件，一體實(shí)現(xiàn)氣體濃度信號(hào)到電調(diào)制信號(hào)的轉(zhuǎn)換。該組件還可以如圖包括信號(hào)放大處理電路6，以對(duì)微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行放大、解調(diào)，甚至進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送往微處理器單元7。
當(dāng)三通閥9使檢測(cè)氣室4選擇連通參考?xì)怏w時(shí)，進(jìn)入檢測(cè)氣室4的氣體為對(duì)載波光信號(hào)無(wú)吸收作用的參考?xì)怏w，光探測(cè)器5輸出的是載波信號(hào)；反之，檢測(cè)氣室4的進(jìn)氣口選擇連通待測(cè)氣體時(shí)，光探測(cè)器5輸出的是被某特定氣體的濃度參數(shù)調(diào)制的載波信號(hào)。這兩種信號(hào)，前者用于裝置的系統(tǒng)調(diào)校，后者是裝置檢測(cè)或監(jiān)測(cè)氣體濃度的分析信號(hào)。
為達(dá)到本發(fā)明效果，使兩種信號(hào)能采用同一個(gè)通道處理，所述信號(hào)放大處理電路6采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)可控增益放大器63，該可控增益放大器63還連接來(lái)自微處理器單元的調(diào)節(jié)信號(hào)；還包括通帶中心頻率與載波頻率一致的帶通放大電路61，其后連接高通濾波器62，用以消除溫度漂移引起的低頻信號(hào)；所述高通濾波器62的輸出經(jīng)可控增益放大器63，再送往低通濾波器64，檢波輸出一個(gè)與氣體濃度相應(yīng)的電平信號(hào)，再進(jìn)入A/D變換電路65。所述可控增益放大器63的輸出也可以直接經(jīng)A/D變換電路65送往微處理器單元7，由微處理器單元7通過軟件的方法實(shí)現(xiàn)檢波的功能，檢出與氣體濃度相應(yīng)的信號(hào)。所述A/D變換電路65也可以不是信號(hào)放大處理電路6的一部分，而是被集成于微處理器單元7內(nèi)的一個(gè)功能塊，則所述低通濾波器64輸出信號(hào)直接送往微處理器單元7。
根據(jù)信號(hào)放大處理的不同需要，所述可控增益放大器63和低通濾波器64之間還可以引入一級(jí)及以上的固定增益放大器，同時(shí)為了減少電路參數(shù)漂移帶來(lái)的不利影響，還可以將可控增益放大器63的輸出另引一路送往微處理器單元7，當(dāng)系統(tǒng)引入?yún)⒖纪ǖ佬盘?hào)時(shí)，其作用為調(diào)整放大器63增益所依據(jù)的參考信號(hào)。
微處理器單元7是本發(fā)明測(cè)量裝置的控制核心，包括輸出控制信號(hào)的控制信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)輸入輸出端口，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果的分析計(jì)算單元，使結(jié)果以可讀信息形式輸出的處理單元，及存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件的程序存儲(chǔ)器，暫存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所述微處理器單元7可以是用通用單片機(jī)，如MCS51系列的，實(shí)現(xiàn)測(cè)量裝置工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制、數(shù)據(jù)采集和處理、氣體濃度及其它參數(shù)計(jì)算的基本系統(tǒng)功能外，還可以擴(kuò)展與上位機(jī)通訊，將監(jiān)測(cè)分析的結(jié)果送屏幕顯示，或送打印設(shè)備打印等；也可以輸出報(bào)警信號(hào)，使監(jiān)測(cè)到一定信號(hào)條件時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生聲或光信號(hào)。
不同的氣體有不同的光吸收特性，改變光源波長(zhǎng)和采用相應(yīng)的感光元件，選擇合適的參考?xì)庠?，就可利用所述裝置的方法在不同領(lǐng)域測(cè)試氣體濃度。以醫(yī)療上的呼吸末CO2濃度監(jiān)測(cè)為例，監(jiān)測(cè)對(duì)象為病人呼吸氣體中的CO2濃度，利用CO2對(duì)4.26μm波長(zhǎng)紅外光的吸收特性，使穩(wěn)態(tài)光源1發(fā)出4.26μm波長(zhǎng)紅外光。測(cè)量時(shí)一般取大氣(視CO2濃度為零)為參考?xì)怏w，則可采用本發(fā)明的測(cè)量方法，包括步驟a.待測(cè)氣體樣本，即病人呼吸氣體，在微處理器單元7的控制下被氣泵10抽取至檢測(cè)氣室4；b.斬波電動(dòng)機(jī)2在微處理器單元7的控制下帶動(dòng)斬波片3以一定速率旋轉(zhuǎn)，所述斬波片3上有至少一個(gè)通孔，使從穩(wěn)態(tài)光源1發(fā)出的光經(jīng)通孔后，成為光脈沖，用作為載波信號(hào)；c.所述載波信號(hào)穿過檢測(cè)氣室4，被氣室內(nèi)特定氣體的濃度信號(hào)所調(diào)制；d.調(diào)制后的光信號(hào)依次經(jīng)過濾光片8和光探測(cè)器5，被轉(zhuǎn)換為調(diào)制的電壓或電流信號(hào)；e.所述電壓或電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大處理電路6后被送往微處理器單元7；f.所述微處理器單元7根據(jù)所述接收到的信號(hào)，計(jì)算出氣室內(nèi)CO2氣體的濃度，或推算其它與相關(guān)的參數(shù)，如呼吸率；其中，所述信號(hào)放大處理電路6內(nèi)可控增益放大器63的增益設(shè)定按以下步驟進(jìn)行1)參考?xì)怏w，即大氣，在微處理器單元7的作用下被氣泵10抽取至檢測(cè)氣室4；按上述步驟b到d而得到初始光強(qiáng)的電壓或電流信號(hào)，經(jīng)所述信號(hào)放大處理電路6后送往微處理器單元7；2)微處理器單元7輸出調(diào)節(jié)信號(hào)給所述可控增益放大器63，并調(diào)整該信號(hào)大小，直到使所述信號(hào)放大處理電路6輸出的參考信號(hào)幅度達(dá)到設(shè)定值；3)微處理器單元7保持所述調(diào)節(jié)信號(hào)的大小，直至下一次的設(shè)定過程。在濃度監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量工作之前，微處理器單元7先按上述步驟1)至3)設(shè)定可控增益放大器63的增益，以消除因放大電路、光路通光效率和光源發(fā)光效率的差異帶來(lái)的差異；而后按上述步驟a至f測(cè)試呼吸氣體。在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量過程中，為了消除放大電路溫度漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，所述微處理器單元7將定時(shí)按上述步驟1)至3)調(diào)整可控增益放大器63的增益，以使輸出信號(hào)保持測(cè)量精度的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。其中，上述步驟1)和2)中所述信號(hào)放大處理電路6的輸出可以是同一路信號(hào)的輸出，即由低通濾波器64輸出，再由微處理器單元7進(jìn)行不同的處理；也可以是分開輸出的兩路信號(hào)，步驟2)中的所述參考信號(hào)是，可控增益放大器63的輸出另分一路經(jīng)整流送往微處理器單元7的。
本發(fā)明CO2濃度監(jiān)測(cè)儀，其信號(hào)放大處理電路6采用如圖3所示的具體電路圖。其中帶通放大電路61包括放大器集成電路U8A和無(wú)源器件C27、R39、C29、R40、R38、C28。高通濾波器62包括C32?？煽卦鲆娣糯箅娐?3包括以放大器集成電路U8B為核心的第一級(jí)放大器，包括數(shù)字電位器U13和R41、R44、R45，微處理器單元7的部分P2口輸出連接所述數(shù)字電位器U13的數(shù)字端接口，可直接對(duì)數(shù)字電位器U13的阻值進(jìn)行設(shè)定，從而通過調(diào)整該阻值來(lái)改變?cè)摷?jí)放大器的增益；本級(jí)放大器輸出的信號(hào)分兩路，一路送往以放大器集成電路U10B、U11A為核心的第二級(jí)固定增益放大電路，D3、D4、D7、D8的作用使該級(jí)放大器僅輸出零電平以上的信號(hào)，另一路送往以放大器集成電路U9A為核心的整流電路，產(chǎn)生參考信號(hào)C送往微處理器單元7。在低通濾波器64中，所述第二級(jí)放大電路輸出的信號(hào)經(jīng)R54、C44低通濾波濾除載波，再經(jīng)U10A檢波輸出一個(gè)測(cè)試信號(hào)A送往微處理器單元7。在引入?yún)⒖纪ǖ赖男盘?hào)時(shí)，微處理器單元7調(diào)整數(shù)字電位器U13的阻值，使接收到的C信號(hào)輸入電平達(dá)到預(yù)設(shè)的判斷值，同時(shí)記錄A信號(hào)的電平作為校準(zhǔn)基礎(chǔ)；然后保持U13阻值，使可控增益放大電路63的增益不變，引入測(cè)試信號(hào)，根據(jù)A電平的變化，來(lái)判定測(cè)試氣體的濃度變化。在如圖4所示的濃度測(cè)量裝置控制器具體電路圖中，單片機(jī)U2構(gòu)成微處理器單元7的控制核心，包括了系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)分析計(jì)算單元、控制信號(hào)產(chǎn)生等單元。在U2的外圍，U1作A/D變換用，所述電平信號(hào)A，C，來(lái)自流速檢測(cè)電路13的Dpress信號(hào)，來(lái)自三通閥控制電路12的Mvalve狀態(tài)信號(hào)，及來(lái)自氣泵控制電路14的MPump狀態(tài)信號(hào)均被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送往U2；同時(shí)U2根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算判定輸出送往三通閥控制電路12的Valve控制信號(hào)和送往氣泵控制電路14的PWM控制信號(hào)。
本發(fā)明實(shí)施例所用的主要元器件清單如下序號(hào) 元件符號(hào) 型號(hào)或參數(shù) 廠商資料1 U1MAX158 Maxim2 U2AT89C51Atmel3 U5NPC-1210 Novasensor4 U6TDA5145PHILIPS5 U8～U11 LT1013DTI6 U13 MAX5402Maxim7 Q1VN0605 SILICONIX
8Q3 2N4403 MOTOROLA9Y1 11.0592M10 D3 1N414811 C7 2.2μF12 C28 1000pF13 C32 0.47μF14 E1 10μF25V15 R1 10KΩ16 R2 100KΩ17 R39 12.1KΩ所有圖3、圖4的電子線路及上述元器件清單，只是本裝置的一個(gè)實(shí)施例，并不局限其具體電路形式。在實(shí)際使用中，現(xiàn)有技術(shù)均有采用其它形式的電子線路作同等替換。因其屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，在此不加詳述。
上述方法和裝置，經(jīng)過醫(yī)療臨床驗(yàn)證，有很好的測(cè)量精度和測(cè)量穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法，包括步驟a.待測(cè)氣體樣本被抽取至檢測(cè)氣室(4)；b.斬波電動(dòng)機(jī)(2)在微處理器單元(7)的作用下帶動(dòng)斬波片(3)以一定速率旋轉(zhuǎn)，所述斬波片(3)上有至少一個(gè)通孔，使從穩(wěn)態(tài)光源(1)發(fā)出的光經(jīng)通孔后，成為光脈沖，用作為載波信號(hào)；c.所述載波信號(hào)穿過檢測(cè)氣室(4)，被氣室內(nèi)特定氣體的濃度信號(hào)所調(diào)制；d.調(diào)制后的光信號(hào)依次經(jīng)濾光片(8)和光探測(cè)器(5)，被轉(zhuǎn)換為調(diào)制電壓或電流信號(hào)；e.所述電壓或電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大處理電路(6)后被送往微處理器單元(7)；f.所述微處理器單元(7)根據(jù)所述接收到的信號(hào)，計(jì)算出氣室內(nèi)被測(cè)氣體的濃度，或推算其它與被測(cè)氣體相關(guān)的參數(shù)；其特征在于，所述信號(hào)放大處理電路(6)內(nèi)有至少一個(gè)可控增益放大器(63)，在所述步驟a之前還包括，對(duì)所述可控增益放大器(63)進(jìn)行增益設(shè)定的步驟A.參考?xì)怏w被抽取至檢測(cè)氣室(4)；按上述步驟b到d得到的電壓或電流信號(hào)，經(jīng)所述放大處理電路(6)后送往微處理器單元(7)；B.微處理器單元(7)輸出調(diào)節(jié)信號(hào)給所述可控增益放大器(63)，并調(diào)整該信號(hào)大小，直到使所述信號(hào)放大處理電路(6)輸出信號(hào)的幅度達(dá)到設(shè)定值；C.微處理器單元(7)保持所述調(diào)節(jié)信號(hào)的大小，直至下一次的設(shè)定過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法，其特征在于所述對(duì)可控增益放大器(63)增益進(jìn)行設(shè)定的步驟A到C是在測(cè)量前進(jìn)行的，及在長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)過程中定期進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法，其特征在于所述檢測(cè)氣室(4)的進(jìn)氣口連通一個(gè)電磁三通閥(9)，微處理器單元(7)可以通過三通閥控制電路(12)控制所述三通閥(9)的連通方向，使所述步驟a和A中，檢測(cè)氣室(4)可在連通待測(cè)氣體和連通參考?xì)怏w之間切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法，其特征在于，所述信號(hào)放大處理電路(6)對(duì)信號(hào)的處理包括步驟a.來(lái)自光探測(cè)器(5)的信號(hào)經(jīng)過以載波為中心頻率的帶通放大電路(61)，擇出有效信號(hào)；b.所述有效信號(hào)經(jīng)過高通濾波器(62)，消除因溫度漂移引起的低頻信號(hào)后送往可控增益放大器(63)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法，其特征在于，所述信號(hào)放大處理電路(6)對(duì)信號(hào)的處理還包括步驟c.可控增益放大器(63)輸出的放大信號(hào)經(jīng)過低通濾波器(64)，檢波輸出一個(gè)與氣體濃度相應(yīng)的電平信號(hào)；d.所述電平信號(hào)經(jīng)過A/D變換電路(65)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后以數(shù)字信號(hào)形式輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法，其特征在于，對(duì)所述可控增益放大器(63)進(jìn)行增益設(shè)定的步驟B中，所述信號(hào)放大處理電路(6)輸出的作用為幅度判定的信號(hào)，是由可控增益放大器(63)的輸出另分一路經(jīng)整流，再送往微處理器單元(7)的又一路信號(hào)。
7.一種基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，包括穩(wěn)態(tài)光源(1)、檢測(cè)氣室(4)及位于二者之間帶有貫通孔的斬波片(3)，微處理器單元(7)通過電動(dòng)機(jī)控制電路(11)連接斬波電動(dòng)機(jī)(2)，使之可以帶動(dòng)所述斬波片(3)旋轉(zhuǎn)；所述檢測(cè)氣室(4)后端依次排列有濾光片(8)、光探測(cè)器(5)，所述光探測(cè)器(5)的輸出經(jīng)信號(hào)放大處理電路(6)送往微處理器單元(7)；所述微處理器單元(7)包括分析計(jì)算單元，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算出結(jié)果，并將結(jié)果交其處理單元以可讀信息形式輸出；所述檢測(cè)氣室(4)還有通孔分別連通進(jìn)氣管和出氣管，用于測(cè)試氣體樣本的進(jìn)和出；其特征在于，所述信號(hào)放大處理電路(6)還包括至少一個(gè)可控增益放大器(63)，所述可控增益放大器連接來(lái)自微處理器單元(7)的調(diào)節(jié)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，其特征在于所述裝置還包括一個(gè)氣路系統(tǒng)，所述氣路系統(tǒng)包括采樣管(15)、限流閥(16)和與之相連的氣泵(10)，所述檢測(cè)氣室(4)的進(jìn)氣管與出氣管分別通過采樣管(15)和限流閥(16)連通該氣路系統(tǒng)；所述微處理器單元(7)分別通過流速檢測(cè)電路(13)和氣泵控制電路(14)電連接所述限流閥(16)和氣泵(10)，可以使抽取測(cè)試氣體的速度穩(wěn)定。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，其特征在于所述氣路系統(tǒng)還包括一個(gè)電磁三通閥(9)，位于采樣管(15)和檢測(cè)氣室(4)的進(jìn)氣管之間，微處理器單元(7)通過三通閥控制電路(12)電連接所述三通閥(9)，可對(duì)其選通方向進(jìn)行控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，其特征在于所述濾光片(8)嵌于光探測(cè)器(5)的感光窗口，與之組成一體化的感光元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，其特征在于所述一體化的感光元件與光源(1)、斬波電動(dòng)機(jī)(2)、斬波片(3)、檢測(cè)氣室(4)組合成一個(gè)一體的探頭組件，可以實(shí)現(xiàn)氣體濃度信號(hào)到電調(diào)制信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，其特征在于所述信號(hào)放大處理電路(6)還包括通帶中心頻率與載波頻率一致的帶通放大電路(61)，其后連接高通濾波器(62)，用以消除溫度漂移引起的低頻信號(hào)；所述高通濾波器(62)的輸出送往可控增益放大器(63)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，其特征在于所述信號(hào)放大處理電路(6)還包括低通濾波器(64)，將來(lái)自可控增益放大器(63)的信號(hào)經(jīng)檢波輸出與氣體濃度相應(yīng)的電平信號(hào)，送往微處理器單元(7)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7、12、13所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，其特征在于所述信號(hào)放大處理電路(6)還包括一級(jí)A/D變換電路(65)，將欲送往微處理器單元(7)的模擬信號(hào)先行轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求7、13所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，其特征在于所述信號(hào)放大處理電路(6)還包括輸出另一路送往微處理器單元(7)的信號(hào)，是由可控增益放大器(63)的輸出另分一路經(jīng)整流送往微處理器單元(7)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的裝置，其特征在于所述微處理器單元(7)是用單片機(jī)設(shè)計(jì)的，所述單片機(jī)或?qū)/D變換電路(65)置于片外，或集成于片內(nèi)。
全文摘要
基于機(jī)械調(diào)制測(cè)量氣體濃度的方法，利用穩(wěn)態(tài)光源(1)發(fā)出的光經(jīng)以一定頻率旋轉(zhuǎn)的帶孔斬波片(3)后，形成的載波信號(hào)經(jīng)檢測(cè)氣室(4)后，被氣室內(nèi)特定氣體的濃度信號(hào)所調(diào)制，而后依次經(jīng)濾光片和光探測(cè)器，被轉(zhuǎn)換為調(diào)制的電壓或電流信號(hào)，又經(jīng)信號(hào)放大處理電路(6)后被送往處理控制器(7)，進(jìn)而計(jì)算出被測(cè)氣體濃度，其特征在于，所述信號(hào)放大處理電路(6)內(nèi)有一個(gè)受處理控制器(7)輸出調(diào)節(jié)信號(hào)控制的可控增益放大器(63)，其增益利用檢測(cè)氣室(4)里引入的參考?xì)怏w，在測(cè)量之前及長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)過程中定時(shí)設(shè)定。采用所述方法的測(cè)量裝置，具有制造成本低、測(cè)量精度長(zhǎng)期穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)G01N21/35GK1614394SQ200410028048
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月7日
發(fā)明者葉繼倫, 李新勝, 周慧玲, 張偉, 廖科盛 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司