本發(fā)明涉及一種非分散紅外氣體分析儀及檢測氣體濃度的方法，尤其涉及一種動態(tài)參比的非分散紅外氣體分析儀及檢測氣體濃度的方法。

背景技術(shù)：

1.科學(xué)原理

利用非分散紅外氣體分析儀測量氣體濃度所應(yīng)用的原理是比爾定律，其公式如下。

i＝i0e^-kcl

其中，各字母含義如下：

i－－被樣氣中待測氣體吸收后的紅外光強(qiáng)度

i0－－未被參比氣吸收的紅外光強(qiáng)度

k－－樣氣中待測氣體對紅外光的吸收系數(shù)

c－－樣氣中待測氣體濃度

l－－測量室長度

對于一臺非分散紅外氣體分析儀，其測量樣氣中的待測氣體已定，即待測氣體對輻射波段的紅外光吸收系數(shù)k一定，氣室長度l一定。從比爾定律可以看出：通過測量未被待測氣體吸收的紅外光的強(qiáng)度i0、被吸收后的紅外光的強(qiáng)度i，就可確定待氣體的濃度c了。

2.現(xiàn)有技術(shù)

為了測量被氣體吸收后的輻射強(qiáng)度i,現(xiàn)有的非分散紅外氣體分析儀將兩束紅外光束分別穿過不吸收光的參比氣室以及吸收光的樣氣室，由此到達(dá)參比氣室終端的光束強(qiáng)度i0大于樣氣室終端的紅外光束強(qiáng)度i。利用檢測器測量i0與i的比例關(guān)系，根據(jù)比爾定律，求出樣氣中待測氣體的濃度c。

3.存在的技術(shù)問題

在測量氣體濃度時，由于測量環(huán)境溫度變化大，容易造成檢測器中傳感器的零點漂移，使得傳感器測量的被吸收后的紅外光所產(chǎn)生的電信號不準(zhǔn)確，從而不能精確測量待測氣體的濃度。

另外，在利用現(xiàn)有技術(shù)測量氣體濃度的過程中，水蒸氣h20容易混雜在本不吸收光的參比氣中，吸收部分光能，使傳感器測量的未被參比氣吸收的紅外光所產(chǎn)生的電信號不準(zhǔn)確，從而不能精確測量待測氣體的濃度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、解決的技術(shù)問題：

本發(fā)明在于提供一種動態(tài)參比的非分散紅外氣體分析儀，通過參比氣與樣氣的實時切換，實現(xiàn)對傳感器零點的自動快速補(bǔ)償。

另外，通過滲透除濕裝置對參比氣進(jìn)行除濕，從而準(zhǔn)確測量未被參比氣吸收的紅外光所產(chǎn)生的電信號,進(jìn)而準(zhǔn)確得出樣氣中待測氣體的濃度。

2、采取的技術(shù)方案：

本發(fā)明旨在提供一種動態(tài)參比的非分散紅外氣體分析儀，包括紅外光源單元、紅外傳感器單元、切換單元。其中，所述紅外光源單元，用于將紅外光源傳送至所述紅外傳感器單元，所述紅外傳感器單元用于測量未被吸收的紅外光產(chǎn)生的電信號、被吸收后的紅光外產(chǎn)生的電信號。所述切換單元包括第一切換閥和第二切換閥，所述第一切換閥和第二切換閥各包括控制電路與電磁閥；所述第一切換閥用于將樣氣輸入到紅外傳感器單元中，所述第二切換閥用于將參比氣輸入到紅外傳感器單元中，所述樣氣和所述參比氣交替輸入到所述紅外傳感器單元。

以上所述的動態(tài)參比的非分散紅外氣體分析儀，還包括滲透干燥器單元，所述滲透干燥器單元包括濕參比氣入口、干燥參比氣出口、干燥反吹氣入口、濕反吹氣出口。其中，所述干燥反吹氣入口位于干燥參比氣出口一側(cè)，所述濕反吹氣出口位于濕樣氣進(jìn)口一側(cè)。

所述切換閥的控制電路由穩(wěn)壓晶體管、普通二極管、發(fā)光二極管、切換控制信號輸入點、切換控制信號輸出點、電阻構(gòu)成。所述穩(wěn)壓晶體管的集電極連接所述普通二極管的陽極，所述穩(wěn)壓晶體管的基極連接所述發(fā)光二極管的陽極，所述切換控制信號輸入點位于所述穩(wěn)壓晶體管與所述發(fā)光二極管之間，所述切換控制信號輸出點位于所述穩(wěn)壓晶體管與所述普通二極管之間，所述穩(wěn)壓晶體管與發(fā)光二極管之間串聯(lián)有電阻。

所述紅外光源單元包括紅外光源、切光板、馬達(dá)。所述紅外光源用于輻射出紅外線，所述切光板用于將紅外線切換成脈沖光源，所述馬達(dá)固定在切光板上并帶動切光板轉(zhuǎn)動。

所述紅外傳感器單元包括測量室、檢測器。所述測量室包括進(jìn)氣口、排氣口，所述進(jìn)氣口與所述排氣口分別位于所述測量器的兩端。所述檢測器，包括前吸收室、后吸收室、微流量傳感器，所述前吸收室與后吸收室通過毛細(xì)孔貫通，所述微流量傳感器放置于于所述毛細(xì)孔中，所述的微流量傳感器為熱溫差型微流量傳感器。

所述滲透干燥器單元還包括泵，所述泵用于將濕參比氣抽入滲透干燥器。

所述的動態(tài)參比的非分散紅外氣體分析儀，還包括單片機(jī)，所述單片機(jī)用于控制所述第一電磁閥與第二電磁閥，以及處理所述紅外傳感器單元產(chǎn)生的電信號。

以上非分散紅外氣體分析儀，還包括電源、顯示單元。所述電源用于為所述單片機(jī)供電，所述顯示單元用于顯示所述單片機(jī)處理電信號后得到的樣氣中待測氣體的濃度。

本發(fā)明提供一種利用以上所述的動態(tài)參比的非分散紅外氣體分析儀測量氣體濃度的方法，其包括以下步驟：

a.取光：由紅外光源發(fā)射紅外光；

b.光吸收：紅外光交替通過參比氣、樣氣，其中樣氣吸收紅外光而參比氣不吸收紅外光；

c.光能檢測：檢測通過參比氣后的紅外光產(chǎn)生的電信號，并檢測通過樣氣后的紅外光產(chǎn)生的電信號；根據(jù)所述兩個電信號的關(guān)系，由比爾定律得出樣氣中待測氣體的濃度。

還可以包括以下步驟，

d.參比氣除濕：將參比氣從濕參比氣入口注入并從干燥參比氣出口排出；同時將干燥氣從干燥反吹氣入口注入并從濕反吹氣出口排出，以此除去參比氣中的水蒸氣，然后將參比氣交替輸入到所述紅外傳感器單元。

3、取得的技術(shù)效果：

本發(fā)明通過對樣氣和參比氣的實時切換，能夠?qū)α泓c進(jìn)行快速補(bǔ)償，實現(xiàn)精確測量通過參比氣與樣氣后的紅外光的所產(chǎn)生的電信號，進(jìn)而根據(jù)比爾定律準(zhǔn)確得出樣氣中待測氣體的濃度。

另外，通過滲透除濕裝置除去參比氣中的水蒸汽，滲透除水之后，水汽的含量大約在0.03％左右，不會通過參比氣后的紅外光所產(chǎn)生的電信號的測量結(jié)果造成干擾。

通過以上設(shè)計，實現(xiàn)對對樣氣中污染氣體濃度進(jìn)行精確測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖2為本發(fā)明的傳感器單元結(jié)構(gòu)簡圖。

圖3為本發(fā)明的電磁閥控制電路。

圖4為本發(fā)明的滲透除濕示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例只是本發(fā)明中一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者可進(jìn)行各種變更及置換，且所獲得的所有其他實施例都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

見圖1，本實施例中的非分散紅外氣體分析儀的組成結(jié)構(gòu)包括紅外光源單元、紅外傳感器單元、切換單元、滲透干燥器單元、單片機(jī)、顯示單元，各部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)作原理如下所述。

a.紅外光源單元

所述紅外光源單元用于提供一定頻率的紅外線并傳送至紅外傳感器單元，所述紅外光源單元包括紅外光源s、切光板q、馬達(dá)m。所述紅外光源s用于輻射紅外線，所述切光板q隨著馬達(dá)m轉(zhuǎn)動并將紅外光切換成脈沖光然后送至紅外傳感器單元，所述馬達(dá)m固定于切光板q上并帶動切光板q轉(zhuǎn)動。

b.紅外傳感器單元

所述紅外傳感器單元用于檢測對應(yīng)于未被吸收紅外線的光能i0、被吸收后的光能i。

見圖2，所述紅外傳感器單元包括測量室c,所述測量室c用于交替輸入樣氣或參比氣。所述測量室c包括進(jìn)氣口1、排氣口2，所述進(jìn)氣口1作為樣氣或參比氣的輸入口，所述排氣口2作為將樣氣或參比氣的排出口。

所述紅外傳感器單元還包括檢測器j，所述檢測器j包括前吸收室j1、后吸收室j2、微流量傳感器r。所述前吸收室j1用于吸收紅外線的中心部分，所述后吸收室j2用于吸收紅外線的邊緣部分。所述前吸收室j1與后吸收室j2通過毛細(xì)孔貫通，毛細(xì)孔用于保持前、后吸收室內(nèi)氣體的動態(tài)平衡。所述微流量傳感器r放置于所述毛細(xì)孔中，用于測量被樣氣吸收后的紅外光產(chǎn)生的電信號、未被參比氣吸收的紅外光產(chǎn)生的電信號。

c.切換單元

所述切換單元包括第一切換閥sv1、第二切換閥sv2，兩者均包括控制電路與電磁閥，控制電路在在單片機(jī)控制下使電磁閥的相應(yīng)口打開或關(guān)斷，對是否將樣氣輸入測量室進(jìn)行控制，所示控制電路見圖3。

所述控制電路由穩(wěn)壓晶體管l1、發(fā)光二極管l2、普通二極管l3、切換控制信號輸入點i1、切換控制信號輸出點i2構(gòu)成。所述穩(wěn)壓晶體管l1的基極連接所述發(fā)光二極管l2的陽極,所述穩(wěn)壓晶體管l1的集電極連接所述普通二極管l3的陽極，所述切換控制信號輸入點i1位于所述穩(wěn)壓晶體管l1與所述發(fā)光二極管l2之間，所述切換控制信號輸出點i2位于所述穩(wěn)壓晶體管l1與所述普通二極管l3之間，所述穩(wěn)壓晶體管與發(fā)光二極管之間串聯(lián)有電阻。

單片機(jī)通過切換閥sv1、sv2中的控制電路，對兩個電磁閥進(jìn)行切換控制，詳述如下。

當(dāng)單片機(jī)通過第一控制閥sv1的控制信號輸入點i1，給第一切換閥sv1發(fā)送第一信號時，第一切換閥sv1的o1口打開，樣氣由o1端輸入測量室c的進(jìn)氣口1。

同時，單片機(jī)通過第二電磁閥sv2的控制信號輸入點i1,給第二切換閥sv2發(fā)送第二信號，第二切換閥sv2的o2打開，從而使參比氣由第二切換閥的o2端排到大氣中，由此實現(xiàn)將樣氣通過第一切換閥sv1通入測量室c中，而通過第二切換閥sv2將參比氣排入大氣中。

同理，也可以通過第一切換閥sv1將樣氣通過第一切換閥的n1端進(jìn)而排入到大氣中，同時通過第二切換閥sv2將參比氣從第二切換閥的n2端通入測量室c中。

通過單片機(jī)設(shè)定發(fā)送控制信號的間隔，對參比氣與樣氣切換一次，然后將切換后得到的樣氣體或參比氣輸入到測量室c中。由于樣氣與參比氣交替輸入測量室c，從測量室c輻射出的光能交替變化的紅外線，會使微流量傳感器r產(chǎn)生交替變化的兩電信號。在兩個電信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，分別記錄兩個電信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)，根據(jù)兩數(shù)據(jù)間的關(guān)系，由比爾定律運(yùn)算得出樣氣中待測氣體的濃度，從而實現(xiàn)零點快速補(bǔ)償，克服溫度對微流傳感器的影響。

d.滲透干燥器單元

本單元用于對參比氣進(jìn)行除濕，包括泵b，將濕參比氣抽入到滲透干燥器g。還包括滲透干燥器g，其包括濕參比氣入口3，濕參比氣從此進(jìn)入滲透干燥器；干燥參比氣出口4，干燥后的參比氣從此排除干燥器；干燥反吹氣入口5，干燥反吹氣從此進(jìn)入滲透干燥器；濕反吹氣出口6，濕反吹氣從此排除滲透干燥器。

除濕過程示意圖見圖4。滲透干燥器g采用滲透管的干燥原理，除濕驅(qū)動力是管內(nèi)外的濕度差。只要管內(nèi)外濕度差存在，水蒸氣的遷移就始終進(jìn)行，因此需要干燥、潔凈、連續(xù)的反吹氣(空氣或氮?dú)?在滲透管的另一側(cè)反吹，滲透管以此對參比氣進(jìn)行干燥。

e.單片機(jī)

單片機(jī)用于控制第一切換閥sv1與第二切換閥sv2，使樣氣或參比氣交替輸入測量室c。

單片機(jī)還用于處理微流傳感器r產(chǎn)生的電信號,其包括前置放大電路，將微流量傳感器產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大；a/d轉(zhuǎn)換器，將放大后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；數(shù)據(jù)運(yùn)算器，對數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算，得出樣氣中待測氣體的濃度。

f.顯示單元

所述顯示單元將樣氣中待測氣體的濃度值顯示于屏幕。

本發(fā)明通過第一切換閥、第二切換閥將參比氣和樣氣切換、交替輸入到紅外傳感器單元中，以此實現(xiàn)傳感器的零點快速補(bǔ)償，從而精確測量。

另外，通過滲透除濕的方式對參比氣進(jìn)行除水之后，水汽含量大約在0.03％左右，不會對通過參比氣后的紅外光產(chǎn)生的電信號的測量結(jié)果造成干擾。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實施例，并非用來局限本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡依本發(fā)明所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。