專利名稱：一種紅外分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種紅外分析儀。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，用于錄井分析中對(duì)氣態(tài)烴類的檢測的紅外分析儀，采用電動(dòng)脫氣器將鉆井出口泥漿中的烴類氣體分離處理，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且分離出來的氣體純度不高。另外其采用的紅外檢測器的靈敏度不高，檢測出的電信號(hào)過于微弱，需要進(jìn)行多級(jí)放大才能滿足AD采樣的要求。這樣紅外檢測模塊電路就需要多路運(yùn)算放大器對(duì)微弱的信號(hào)進(jìn)行放大， 同時(shí)在放大光源信號(hào)的同時(shí)對(duì)噪聲也放大了，這樣就要加入濾波電路，使得電路結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，經(jīng)放大濾波后的信號(hào)仍然有一定的干擾信號(hào)，對(duì)后面的信號(hào)采樣有較大的影響。在數(shù)據(jù)通訊上，原來的紅外分析儀采用RS232通訊，其通訊距離有限，現(xiàn)場應(yīng)用有諸多不便。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種紅外分析儀，采用半透膜進(jìn)行氣液分離、非分散紅外光譜測量烴含量，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，采樣更準(zhǔn)確，使儀器的整機(jī)性能更高，靈敏度也越高。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種紅外分析儀，包含數(shù)字信號(hào)處理模塊，分別電路連接該數(shù)字信號(hào)處理模塊的紅外光源控制電路、EPC電子壓力控制器、模擬信號(hào)處理模塊、溫度控制電路、電磁閥控制電路、流量檢測電路、電流輸出電路和數(shù)據(jù)接收模塊。該紅外分析儀還包含電路連接所述數(shù)據(jù)接收模塊的上位機(jī)。所述的模擬信號(hào)處理模塊包含電路連接的紅外檢測器和運(yùn)算放大器。所述的溫度控制電路包含加熱棒和溫度檢測電路。所述的電磁閥控制電路包含樣品氣電磁閥和空氣電磁閥。所述的紅外光源控制電路為紅外光源，所述的流量檢測電路為流量傳感器。所述的紅外分析儀還包含電路連接數(shù)字信號(hào)處理模塊的風(fēng)扇，所述的紅外分析儀還包含電路連接數(shù)字信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)接收模塊的電源模塊。數(shù)字信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)接收模塊采用無線串口模塊或者RS485接口連接，數(shù)據(jù)處理模塊和上位機(jī)之間采用USB接口或RS232接口連接。所述的紅外分析儀還包含氣體干燥器、氣體泵、氣阻裝置、氣體采集器、過濾器和紅外吸收池；所述的氣阻裝置包含第一氣阻、第二氣阻和第三氣阻；氣體干燥器、氣體泵、EPC電子壓力控制器和氣阻裝置依次氣路連接，氣體采集器氣路連接所述的第一氣阻和過濾器，過濾器氣路連接所述的樣品氣電磁閥，第二氣阻氣路連接所述的空氣電磁閥，樣品氣電磁閥和空氣電磁閥氣路連接紅外吸收池，流量傳感器氣路連接所述的紅外吸收池、樣品氣電磁閥和空氣電磁閥。在紅外吸收池的兩端設(shè)有進(jìn)氣銅制腔體和出氣銅制腔體，進(jìn)氣銅制腔體上設(shè)有進(jìn)氣口，出氣銅制腔體上設(shè)有出氣口，進(jìn)氣口處的進(jìn)氣銅制腔體上安裝了紅外光源，在出氣口處的出氣銅制腔體上安裝了紅外檢測器。本實(shí)用新型能對(duì)氣態(tài)烴類的濃度進(jìn)行測定，并采用電子壓力控制器對(duì)進(jìn)入儀器的樣品氣體的壓力進(jìn)行控制，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，紅外檢測模塊采用了高精度靈敏的檢測器，能快速而準(zhǔn)確的對(duì)紅外光強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并且可直接輸出毫伏級(jí)的微電壓信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度更強(qiáng)，不需對(duì)信號(hào)進(jìn)行太大的放大即可達(dá)到AD芯片可采集的范圍。 AD采樣芯片采用高精度，高分辨率的AD轉(zhuǎn)換器，采樣更準(zhǔn)確，使儀器的整機(jī)性能更高，靈敏度也越高。

圖1是本實(shí)用新型的電路框圖；圖2是本實(shí)用新型的電路示意圖；圖3是本實(shí)用新型的氣路示意圖；圖4是本實(shí)用新型的紅外吸收池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下根據(jù)圖1 圖4，具體說明本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。如圖1所示，一種紅外分析儀，包含數(shù)字信號(hào)處理模塊1(型號(hào)為dsPIC30F6014A)， 分別電路連接該數(shù)字信號(hào)處理模塊1的紅外光源控制電路2、EPC電子壓力控制器3、模擬信號(hào)處理模塊4、溫度控制電路5、電磁閥控制電路6、流量檢測電路7、電流輸出電路8和數(shù)據(jù)接收模塊9 (型號(hào)為dsPIC30F6014A)，還包含電路連接所述數(shù)據(jù)接收模塊9的上位機(jī)10 (型號(hào)為DQ-GW數(shù)據(jù)采集終端)。如圖2所示，所述的模擬信號(hào)處理模塊4包含電路連接的紅外檢測器401(型號(hào)為 PY-ITV-DUAL-T039)和運(yùn)算放大器 402 (型號(hào)為 AD86^ARZ)。所述的溫度控制電路5包含加熱棒501和溫度檢測電路502 (型號(hào)為PT100)。所述的電磁閥控制電路6包含樣品氣電磁閥601和空氣電磁閥602。所述的紅外光源控制電路2為紅外光源2 (型號(hào)為rf!R55)。流量檢測電路7為流量傳感器7。如圖2所示，所述的紅外分析儀還包含電路連接數(shù)字信號(hào)處理模塊1的風(fēng)扇12。所述的紅外分析儀還包含電路連接數(shù)字信號(hào)處理模塊1和數(shù)據(jù)接收模塊9的電源模塊11。數(shù)字信號(hào)處理模塊1和數(shù)據(jù)接收模塊9采用無線串口模塊或者RS485接口連接， 數(shù)據(jù)處理模塊9和上位機(jī)10之間采用USB接口或RS232接口連接。如圖3所示，所述的紅外分析儀還包含氣體干燥器13、氣體泵14、氣阻裝置、氣體采集器18、過濾器16和紅外吸收池17。所述的氣阻裝置包含第一氣阻1501、第二氣阻1502和第三氣阻1503。氣體干燥器13、氣體泵14、EPC電子壓力控制器3和氣阻裝置依次氣路連接，氣體采集器18氣路連接所述的第一氣阻1501和過濾器16，過濾器16氣路連接所述的樣品氣電磁閥601，第二氣阻1502氣路連接所述的空氣電磁閥602，樣品氣電磁閥601和空氣電磁閥602氣路連接紅外吸收池17，流量傳感器7氣路連接所述的紅外吸收池17、樣品氣電磁閥601和空氣電磁閥602。如圖4所示，在紅外吸收池17的兩端設(shè)有進(jìn)氣銅制腔體1701和出氣銅制腔體 1702，進(jìn)氣銅制腔體1701上設(shè)有進(jìn)氣口 1703，出氣銅制腔體1702上設(shè)有出氣口 1704，進(jìn)氣口處的進(jìn)氣銅制腔體1701上安裝了紅外光源2，在出氣口處的出氣銅制腔體1702上安裝了紅外檢測器401。數(shù)字信號(hào)處理模塊對(duì)外部接口設(shè)備進(jìn)行控制和驅(qū)動(dòng)，另外還要接收外部設(shè)備發(fā)送過來的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行檢測，最后還要將處理完的數(shù)據(jù)通過通訊接口發(fā)出去。在本紅外分析儀中，數(shù)字信號(hào)處理模塊主要完成的功能有(1)對(duì)紅外光源進(jìn)行電調(diào)制，使之產(chǎn)生一定頻率的紅外光；(2)采集紅外檢測器的模擬信號(hào)，對(duì)采樣值進(jìn)行處理；(3)對(duì)電磁閥，加熱棒，風(fēng)扇進(jìn)行控制，檢測流量傳感器的信號(hào)；(4)通過RS485通訊對(duì)EPC電子壓力控制器的壓力進(jìn)行設(shè)置并讀取壓力返回值，通過電流輸出電路輸出氣體的濃度對(duì)應(yīng)的4 20mA電流值；(5)通過無線串口模塊或RS485將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送出去。如圖3所示，利用本紅外分析儀進(jìn)行氣體測定時(shí)，待測氣體預(yù)先裝在氣體采集器里面，待測氣體要進(jìn)入紅外吸收池進(jìn)行分析就需要一定流量的氣體作為載氣，本系統(tǒng)用空氣作為載氣，將待測氣體載入紅外吸收池中。空氣經(jīng)過除塵干燥后進(jìn)入氣體泵中經(jīng)EPC電子壓力控制器對(duì)氣體的壓力進(jìn)行設(shè)置后，將氣路一分為三，分別通過三個(gè)不同的氣阻(三個(gè)氣阻阻值固定，可對(duì)氣流產(chǎn)生阻礙作用)，三個(gè)氣阻對(duì)應(yīng)三個(gè)不同的流量，第一氣阻流量為 7ml/min,第二氣阻流量為20ml/min，第三氣阻流量為150ml/min。流量為7ml/min的氣體作為待測氣體的載氣進(jìn)入氣體采集器中，儀器測定時(shí)樣品氣電磁閥關(guān)，即樣品氣電磁閥的2、 3路連通，待測氣體進(jìn)入紅外吸收池，同時(shí)空氣電磁閥關(guān)，即空氣電磁閥的2、3路連通，空氣排出。待測氣體在載氣的作用下經(jīng)過濾后進(jìn)入紅外分析池進(jìn)行分析，數(shù)字信號(hào)處理模塊對(duì)紅外光源進(jìn)行電調(diào)制，被調(diào)制后的紅外光源產(chǎn)生一定頻率的紅外光，紅外光穿過紅外吸收池被部分吸收后到達(dá)紅外檢測器，紅外檢測器的微電壓信號(hào)輸出給模擬運(yùn)算放大器，再由模擬運(yùn)算放大器傳遞給數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)行采集和運(yùn)算，最后經(jīng)過RS485或無線串口， 并以Γ20πιΑ電流的形式輸出給數(shù)據(jù)接收模塊，流量傳感器實(shí)時(shí)檢測氣體的流量，將檢測到的流量數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)字處理模塊采樣和運(yùn)算。經(jīng)第二氣阻后的空氣流量為20ml/min，該氣體作為儀器零點(diǎn)校正時(shí)用的氣體，校正時(shí)空氣電磁閥開，即空氣電磁閥的2、1路連通，空氣進(jìn)入紅外吸收池，同時(shí)樣品氣電磁閥開，即樣品氣電磁閥的2、1路連通，待測氣體排除，接下來的過程與樣品氣的測定方法相同。經(jīng)第三氣阻后的空氣流量為150ml/min，該氣體的主要作用是除水管吹掃氣。數(shù)字信號(hào)處理模塊中包含AD轉(zhuǎn)換芯片和單片機(jī)，進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理模塊的信號(hào)送到一個(gè)M位高精度的AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行處理，該芯片將采集到的電壓信號(hào)AD值送到單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)經(jīng)多次采樣后將采到的AD值進(jìn)行兩次濾波處理后計(jì)算出氣體的吸光度值，根據(jù)吸光度值計(jì)算氣體的濃度。溫度控制模塊包含分別與數(shù)字處理模塊連接的加熱棒控制和PT100溫度檢測電路，數(shù)字信號(hào)處理模塊通過PTioo溫度檢測電路周期性地檢測系統(tǒng)溫度，并與設(shè)置溫度進(jìn)行比較，如果存在溫差，數(shù)字處理模塊就開始PID調(diào)節(jié)對(duì)加熱棒進(jìn)行控制，從而保持系統(tǒng)的溫度為設(shè)定的恒定值。風(fēng)扇位于恒溫盒里面，其主要作用是保持40°C恒溫盒內(nèi)的空氣流通使熱空氣均勻分散到恒溫盒的每一個(gè)角落，避免局部溫度過高或過低。數(shù)字信號(hào)處理器與EPC電子壓力控制器連接。數(shù)字信號(hào)處理器直接通過RS485通訊與EPC電子壓力控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，EPC電子壓力控制器與傳統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)壓閥相比，穩(wěn)定性、可靠性更高。其解決了由于儀器長時(shí)間工作，高低溫變化、機(jī)械震動(dòng)等原因造成的機(jī)械穩(wěn)壓閥漂移的問題；EPC采用電子壓力控制器，可以通過RS485通訊直接對(duì)儀器內(nèi)的樣品氣體壓力進(jìn)行設(shè)置，不再是通過機(jī)械方式更改，保證了儀器的操作性和實(shí)用性。本實(shí)用新型的通訊模塊采用無線串口或RS485，可實(shí)現(xiàn)1000米的范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通訊，在無線通訊不通暢時(shí)可以切換到RS485通訊，只需要一根跳線就可實(shí)現(xiàn)兩種方式的自由切換，操作簡單方便。數(shù)據(jù)接收終端提供了一種豐富而形象的人機(jī)交互界面，通過上位機(jī)將系統(tǒng)中需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地展示在電腦屏幕上，將分析、控制、數(shù)據(jù)處理整合在一起， 快速處理各種系統(tǒng)信息，為錄井技術(shù)中氣體的實(shí)時(shí)測定提供了科學(xué)依據(jù)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)有( 1)可進(jìn)行氣態(tài)烴濃度測定；(2)可實(shí)現(xiàn)在線快速測定；(3)提供人機(jī)交互界面，操作更加方便快捷，測定數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示；(4)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測定，對(duì)儀器遠(yuǎn)程監(jiān)控；(5)可在_40°C到+40°C的寬溫環(huán)境下工作；( 6 )按照標(biāo)準(zhǔn)傳感器模塊生產(chǎn)。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求1.一種紅外分析儀，其特征在于，該紅外分析儀包含數(shù)字信號(hào)處理模塊(1 )，分別電路連接該數(shù)字信號(hào)處理模塊(1)的紅外光源控制電路(2)、EPC電子壓力控制器(3)、模擬信號(hào)處理模塊(4)、溫度控制電路(5)、電磁閥控制電路(6)、流量檢測電路(7)、電流輸出電路 (8)和數(shù)據(jù)接收模塊(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外分析儀，其特征在于，該紅外分析儀還包含電路連接所述數(shù)據(jù)接收模塊(9)的上位機(jī)(10)。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外分析儀，其特征在于，所述的模擬信號(hào)處理模塊(4)包含電路連接的紅外檢測器(401)和運(yùn)算放大器(402 )。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外分析儀，其特征在于，所述的溫度控制電路(5)包含加熱棒 (501)和溫度檢測電路(502 )。
5.如權(quán)利要求1所述的紅外分析儀，其特征在于，所述的電磁閥控制電路(6)包含樣品氣電磁閥(601)和空氣電磁閥(602 )。
6.如權(quán)利要求1所述的紅外分析儀，其特征在于，所述的紅外光源控制電路(2)為紅外光源(2)，所述的流量檢測電路(7)為流量傳感器(7)。
7.如權(quán)利要求1所述的紅外分析儀，其特征在于，所述的紅外分析儀還包含電路連接數(shù)字信號(hào)處理模塊(1)的風(fēng)扇(12)，所述的紅外分析儀還包含電路連接數(shù)字信號(hào)處理模塊 (1)和數(shù)據(jù)接收模塊(9 )的電源模塊(11)。
8.如權(quán)利要求1或2所述的紅外分析儀，其特征在于，數(shù)字信號(hào)處理模塊(1)和數(shù)據(jù)接收模塊(9)采用無線串口模塊或者RS485接口連接，數(shù)據(jù)處理模塊(9)和上位機(jī)(10)之間采用USB接口或RS232接口連接。
9.如權(quán)利要求1-7中任意之一所述的紅外分析儀，其特征在于，所述的紅外分析儀還包含氣體干燥器(13)、氣體泵(14)、氣阻裝置、氣體采集器(18)、過濾器(16)和紅外吸收池 (17)；所述的氣阻裝置包含第一氣阻(1501)、第二氣阻(1502)和第三氣阻(1503)；氣體干燥器(13)、氣體泵(14)、EPC電子壓力控制器(3)和氣阻裝置依次氣路連接，氣體采集器(18)氣路連接所述的第一氣阻(1501)和過濾器(16)，過濾器(16)氣路連接所述的樣品氣電磁閥(601)，第二氣阻(1502)氣路連接所述的空氣電磁閥(602)，樣品氣電磁閥 (601)和空氣電磁閥(602)氣路連接紅外吸收池(17)，流量傳感器(7)氣路連接所述的紅外吸收池(17 )、樣品氣電磁閥(601)和空氣電磁閥(602 )。
10.如權(quán)利要求8所述的紅外分析儀，其特征在于，所述的紅外分析儀還包含氣體干燥器(13)、氣體泵(14)、氣阻裝置、氣體采集器(18)、過濾器(16)和紅外吸收池(17)；所述的氣阻裝置包含第一氣阻(1501 )、第二氣阻(1502)和第三氣阻(1503)；氣體干燥器(13)、氣體泵(14)、EPC電子壓力控制器(3)和氣阻裝置依次氣路連接，氣體采集器(18)氣路連接所述的第一氣阻(1501)和過濾器(16)，過濾器(16)氣路連接所述的樣品氣電磁閥(601)，第二氣阻(1502)氣路連接所述的空氣電磁閥(602)，樣品氣電磁閥 (601)和空氣電磁閥(602)氣路連接紅外吸收池(17)，流量傳感器(7)氣路連接所述的紅外吸收池(17 )、樣品氣電磁閥(601)和空氣電磁閥(602 )。
11.如權(quán)利要求9所述的紅外分析儀，其特征在于，在紅外吸收池(17)的兩端設(shè)有進(jìn)氣銅制腔體(1701)和出氣銅制腔體(1702)，進(jìn)氣銅制腔體(1701)上設(shè)有進(jìn)氣口( 1703)，出氣銅制腔體(1702)上設(shè)有出氣口( 1704)，進(jìn)氣口處的進(jìn)氣銅制腔體(1701)上安裝了紅外光源(2)，在出氣口處的出氣銅制腔體(1702)上安裝了紅外檢測器(401)。
12.如權(quán)利要求10所述的紅外分析儀，其特征在于，在紅外吸收池(17)的兩端設(shè)有進(jìn)氣銅制腔體(1701)和出氣銅制腔體(1702)，進(jìn)氣銅制腔體(1701)上設(shè)有進(jìn)氣口( 1703)，出氣銅制腔體(1702)上設(shè)有出氣口(1704)，進(jìn)氣口處的進(jìn)氣銅制腔體(1701)上安裝了紅外光源(2)，在出氣口處的出氣銅制腔體(1702)上安裝了紅外檢測器(401)。
專利摘要一種紅外分析儀，包含數(shù)字信號(hào)處理模塊，分別電路連接該數(shù)字信號(hào)處理模塊的紅外光源控制電路、EPC電子壓力控制器、模擬信號(hào)處理模塊、溫度控制電路、電磁閥控制電路、流量檢測電路、電流輸出電路和數(shù)據(jù)接收模塊。本實(shí)用新型能對(duì)氣態(tài)烴類的濃度進(jìn)行測定，并采用電子壓力控制器對(duì)進(jìn)入儀器的樣品氣體的壓力進(jìn)行控制，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，紅外檢測模塊采用了高精度靈敏的檢測器，能快速而準(zhǔn)確的對(duì)紅外光強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并且可直接輸出毫伏級(jí)的微電壓信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度更強(qiáng)，不需對(duì)信號(hào)進(jìn)行太大的放大即可達(dá)到AD芯片可采集的范圍。AD采樣芯片采用高精度，高分辨率的AD轉(zhuǎn)換器，采樣更準(zhǔn)確，使儀器的整機(jī)性能更高，靈敏度也越高。
文檔編號(hào)G01N21/59GK202256134SQ20112038676
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者畢東杰, 湯才剛 申請(qǐng)人:上海神開石油化工裝備股份有限公司, 上海神開石油科技有限公司, 上海神開石油設(shè)備有限公司