基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)及方法，包括紅外光源、參考?xì)馐?、檢測氣室、偏轉(zhuǎn)反光鏡、一個(gè)紅外光電探測器和偏轉(zhuǎn)裝置。偏轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)光源或一片反射鏡產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，使得光路在參考?xì)馐液蜋z測氣室之間切換，分時(shí)到達(dá)紅外探測器，紅外探測器通過比對(duì)前后兩次探測到的光信號(hào)的強(qiáng)度，并以兩者的比值的常用對(duì)數(shù)作為檢測信號(hào)，然后根據(jù)標(biāo)定樣本通過多項(xiàng)式擬合將其轉(zhuǎn)換成氣體濃度。本發(fā)明由于采用的是一個(gè)紅外傳感器，因此，本發(fā)明除了有助于消除光源漂移帶來的影響外，還可以消除由于傳感器的特性漂移帶來的影響。
【專利說明】基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體成分及濃度的光譜在線分析領(lǐng)域，具體涉及基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外光譜法幾乎可以實(shí)現(xiàn)所有極性氣體的定量分析，且工作過程中既不消耗任何材料，也不產(chǎn)生任何廢棄物，而且還可以長期工作，維護(hù)費(fèi)用低，因此是氣體在線分析的一種重要方法。對(duì)于某些特定的場合，其所需要檢測的氣體成分很少，例如，某些脫硝應(yīng)用中只需要檢測NO即可，碳排放量檢測則只要檢測CO2即可。直接采用光譜儀來分析雖然準(zhǔn)確性高，但成本過高，這種情況下，常用單色光或者窄帶光來對(duì)某種氣體進(jìn)行在線檢測。由于可消除光源的特性漂移，環(huán)境參數(shù)帶來的影響，雙光路法是極性分子氣體紅外檢測的重要方法，特別是近年來，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，紅外激光的波長可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，而且可以鎖定在某一個(gè)波長，使得氣體的檢測選擇性非常高。常規(guī)的雙光路法采用兩個(gè)紅外探測器(或者一個(gè)探測器上有兩個(gè)探測單元)分別對(duì)參考光路和檢測光路進(jìn)行探測，如圖1所示，現(xiàn)有的雙光路法采用兩個(gè)紅外探測器，一個(gè)紅外光源I發(fā)出的光經(jīng)拋物體反射鏡2反射后，進(jìn)入由同步電機(jī)3帶動(dòng)的切光片4，然后經(jīng)濾波氣室5進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐?，參考?xì)馐?中充氮?dú)?；另一個(gè)紅外光源I發(fā)出的光經(jīng)拋物體反射鏡2反射后，進(jìn)入由同步電機(jī)3帶動(dòng)的切光片4，然后經(jīng)濾波氣室5進(jìn)入檢測氣室7，檢測氣室7中為被分析氣體；經(jīng)過參考?xì)馐?的光及經(jīng)過檢測氣室7的光分別經(jīng)過相應(yīng)的紅外探測器8，再經(jīng)放大器完成氣體的檢測。由于長時(shí)間使用后，兩個(gè)紅外探測器的特性也會(huì)發(fā)生一定的漂移，而且兩個(gè)紅外探測器這種漂移往往很難保持一致，這給氣體的檢測結(jié)果帶來了偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)及方法，其有助于消除環(huán)境變化、光源漂移給氣體分析結(jié)果帶來的影響外，還可以消除由于紅外探測器的特性漂移帶來的影響。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0005]基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)，包括紅外光源、參考?xì)馐摇z測氣室、偏轉(zhuǎn)反射鏡和一個(gè)紅外探測器，紅外光源發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡反射進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐?，?dāng)使反射鏡或紅外光源發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光源發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡反射進(jìn)入檢測氣室，光路在參考?xì)馐液蜋z測氣室之間切換，分時(shí)到達(dá)紅外探測器，紅外探測器經(jīng)調(diào)理電路與微處理器相連接。
[0006]所述偏轉(zhuǎn)反射鏡與參考?xì)馐抑g設(shè)置有參考光路固定反射鏡，偏轉(zhuǎn)反射鏡與檢測氣室之間設(shè)置有檢測光路固定反射鏡。
[0007]所述紅外光源或者偏轉(zhuǎn)反射鏡發(fā)生偏轉(zhuǎn)是通過偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)的。
[0008]所述偏轉(zhuǎn)裝置為步進(jìn)電機(jī)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。[0009]所述偏轉(zhuǎn)反射鏡或紅外光源發(fā)生偏轉(zhuǎn)的頻率范圍為0.1-lOOHz，偏轉(zhuǎn)角度范圍為[-30。，30。]。
[0010]所述紅外光源為固定波長紅外激光器、波長可調(diào)諧激光器或?qū)拵Ъt外光通過濾光片后得到的窄帶紅外光。
[0011 ] 所述參考?xì)馐液蜋z測氣室是兩個(gè)結(jié)構(gòu)和材料完全相同的氣室。
[0012]所述紅外探測器為基于光電效應(yīng)的光子探測器或基于熱效應(yīng)的熱探測器；微處理器為單片機(jī)或數(shù)字處理器。
[0013]基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外系統(tǒng)的檢測方法，紅外光源發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡反射進(jìn)入?yún)⒖脊饴饭潭ǚ瓷溏R，經(jīng)參考光路固定反射鏡反射進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐?，?dāng)紅外光源或偏轉(zhuǎn)反射鏡發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光源發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡反射進(jìn)入檢測光路固定反射鏡，經(jīng)檢測光路固定反射鏡反射進(jìn)入檢測氣室，參考?xì)馐抑谐涞獨(dú)?，檢測氣室中的氣體則處于流動(dòng)狀態(tài)，從檢測氣室的進(jìn)氣口進(jìn)入，從出氣口排出；通過偏轉(zhuǎn)反射鏡或紅外光源，使光路在參考?xì)馐液蜋z測氣室之間切換，分時(shí)到達(dá)紅外探測器，紅外探測器實(shí)時(shí)探測光信號(hào)，并通過調(diào)理電路將光信號(hào)調(diào)理成電信號(hào)，再由微處理器采集，微處理器通過比對(duì)前后兩次探測到的光信號(hào)的峰值，并以兩者的比值的常用對(duì)數(shù)作為檢測信號(hào)，并將對(duì)該檢測信號(hào)進(jìn)行二次或三次多項(xiàng)式運(yùn)算的結(jié)果作為氣體濃度檢測結(jié)果，完成氣體的檢測。
[0014]所述進(jìn)行二次或三次多項(xiàng)式運(yùn)算的具體過程為:設(shè)紅外光通過參考?xì)馐視r(shí)紅外探測器探測到的信號(hào)峰值為P1，紅外光通過檢測氣室時(shí)紅外探測器探測到的信號(hào)峰值為P2,且口工和P2是紅外探測器相鄰兩次探測到的信號(hào)峰值，則該雙光路氣體紅外檢測系統(tǒng)所檢測到的信號(hào)取為S=1g(Pl/P2)，其中l(wèi)og(.)為常用對(duì)數(shù)算子，c=ls3+ms2+ns為氣體檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果，其 中l(wèi)、m和η為實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的常數(shù)，c為氣體濃度結(jié)果，若I為0，則為二次多項(xiàng)式標(biāo)定，否則為三次多項(xiàng)式標(biāo)定；
[0015]l、m和η的確定方法如下:
[0016]I)給定三組以上的標(biāo)準(zhǔn)氣體作為樣本，樣本各自的濃度遍及其檢測范圍；
[0017]2)將標(biāo)準(zhǔn)氣體分別注入到檢測氣室中，待檢測信號(hào)穩(wěn)定后，分別測得信號(hào)s的值分別為S=[Sl，S2, s3,…]，S1, S2, S3,…均為連續(xù)10次以上的測量結(jié)果的均值，它們對(duì)應(yīng)的氣體濃度值分別為C= [Cl，C2, C3,…];
[0018]3)采用偏最小二乘法進(jìn)行多項(xiàng)式逼近，求取參數(shù)P=[l，m，η]；
[0019]P=inv (SASt) SACt
[0020]式中，A為只有主對(duì)角線上參數(shù)為非零的方陣，其維數(shù)與樣本數(shù)量相同，且滿足關(guān)系A(chǔ)11 ( A22 ( A33≤…，An、A22、A33、…是由用戶設(shè)定的加權(quán)系數(shù)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:本發(fā)明中光源或偏轉(zhuǎn)反射鏡來回偏轉(zhuǎn)，使得光源發(fā)出的紅外光來回偏轉(zhuǎn)，從而使得光路在參考?xì)馐液蜋z測氣室之間切換，分時(shí)到達(dá)紅外探測器，紅外探測器探測的信號(hào)經(jīng)過調(diào)理后，傳輸給微處理器系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)氣體的檢測，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，測量結(jié)果準(zhǔn)確。本發(fā)明由于采用的是一個(gè)紅外傳探測器，因此，這種方法除了有助于消除光源漂移及環(huán)境變化，如溫度所帶來的影響外，還可以消除由于紅外探測器的特性漂移帶來的影響，省去常規(guī)氣體紅外檢測裝置中紅外探測器的光調(diào)制系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】[0022]圖1為常規(guī)雙光路氣體紅外檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2為反射鏡偏轉(zhuǎn)的基于光偏轉(zhuǎn)的單傳感器雙光路氣體檢測裝置的光路圖；
[0024]圖3為參考?xì)馐医孛媸疽鈭D；
[0025]圖4為光源偏轉(zhuǎn)的基于光偏轉(zhuǎn)的單傳感器雙光路氣體檢測裝置的光路圖。
[0026]其中，1-紅外光源；2_拋物體反射鏡；3_同步電機(jī)；4_切光片；5_濾波氣室；6-參考?xì)馐遥?_檢測氣室；8_紅外探測器；9_放大器；10-偏轉(zhuǎn)反射鏡；11-參考光路固定反射鏡；12-檢測光路固定反射鏡；13-窗片；14_窗片緊固器；15-氣室腔體；16-進(jìn)氣口 ；17_出氣口。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0028]如附圖2所示，一種基于光偏轉(zhuǎn)的單傳感器雙光路氣體檢測系統(tǒng)包括紅外光源1、偏轉(zhuǎn)反射鏡10、參考光路固定反射鏡11、檢測光路固定反射鏡12、參考?xì)馐?、濾波氣室5、偏轉(zhuǎn)裝置、檢測氣室7、一個(gè)紅外探測器8及其調(diào)理電路，以及微處理器。紅外光源I發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡10反射再經(jīng)參考光路固定反射鏡11進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐?，當(dāng)使偏轉(zhuǎn)反射鏡10或紅外光源I發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光源I發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡10反射再經(jīng)檢測光路固定反射鏡12進(jìn)入檢測氣室7，光路在參考?xì)馐?和檢測氣室7之間切換，分時(shí)到達(dá)紅外探測器8，紅外探測器8經(jīng)調(diào)理電路與微處理器相連接。
[0029]紅外光源I可以是固定波長紅外激光器、波長可調(diào)諧激光器，還可以是寬帶紅外光通過濾光片后得到的窄帶紅外光，只要其發(fā)出的紅外光包含所需要檢測氣體的吸收譜線的波長即可，例如，若所檢測氣體為CO2，則光源發(fā)出的紅外光譜包含的2.7μπι波長的光即可，而所檢測的氣體若為NO2，則光源發(fā)出的紅外光譜包含的540nm波長的光即可。
[0030]參考?xì)馐?和檢測氣室7是兩個(gè)結(jié)構(gòu)和材料完全相同的氣室，參考?xì)馐?其截面示意圖如圖3所示，參考?xì)馐?的氣室腔體15中充氮?dú)?，出氣?16和進(jìn)氣口 17封死，窗片13通過窗片緊固器14固定在參考?xì)馐?兩端，而檢測氣室7中的氣體則處于流動(dòng)狀態(tài)，從氣室的進(jìn)氣口進(jìn)入，從出氣口排出。
[0031 ] 偏轉(zhuǎn)反射鏡10或紅外光源I發(fā)生偏轉(zhuǎn)是通過偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)的，偏轉(zhuǎn)裝置可以是步進(jìn)電機(jī)，也可以是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。紅外光源I發(fā)出的光直射在偏轉(zhuǎn)反射鏡10上，偏轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)偏轉(zhuǎn)反射鏡10來回?cái)[動(dòng)，從而使得紅外光交替照射到參考光路固定反射鏡11和檢測光路固定反射鏡12上，這兩個(gè)固定反射鏡使得光分別通過參考?xì)馐?和檢測氣室7后到達(dá)紅外探測器8。
[0032]紅外探測器可以是基于光電效應(yīng)的光子探測器，也可以是基于熱效應(yīng)的熱探測器，如測福射熱器(Thermal Bolometer),熱電堆(Thermopile)及熱電(Pyroelectric)元件。偏轉(zhuǎn)的頻率范圍為0.1-lOOHz，角度范圍為-30° -30°。具體使用的偏轉(zhuǎn)頻率范圍根據(jù)所選擇的紅外探測器的性能指標(biāo)而定，例如AGM22型氣體檢測紅外探測器的掃描周期可選擇為:0.5s, 5s, 10s, 20s。紅外探測器實(shí)時(shí)探測光信號(hào)，調(diào)理電路及后續(xù)的信號(hào)微處理系統(tǒng)記錄其檢測結(jié)果。微處理器系統(tǒng)可以是單片機(jī)，也可以是數(shù)字處理器，調(diào)理電路主要是對(duì)探測器信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，放大倍數(shù)由所選微處理器系統(tǒng)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)所決定的。例如，51單片機(jī)自帶A/D的輸入信號(hào)范圍為0-5V，則放大倍數(shù)應(yīng)設(shè)置為光通過參考?xì)馐艺丈涞教綔y器上時(shí)最大輸出電壓為4.8V左右時(shí)的值。濾波器用來濾除噪聲，其通帶截止頻率與掃描頻率對(duì)應(yīng)；微處理器系統(tǒng)用來記錄測試信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為氣體濃度。
[0033]基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外系統(tǒng)的檢測方法，紅外光源I發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡10反射進(jìn)入?yún)⒖脊饴饭潭ǚ瓷溏R11，經(jīng)參考光路固定反射鏡11反射進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐?，當(dāng)紅外光源I或偏轉(zhuǎn)反射鏡10發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光源I發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡10反射進(jìn)入檢測光路固定反射鏡12，經(jīng)檢測光路固定反射鏡12反射進(jìn)入檢測氣室7，參考?xì)馐?中充氮?dú)?，檢測氣室7中的氣體則處于流動(dòng)狀態(tài)，從檢測氣室7的進(jìn)氣口 16進(jìn)入，從出氣口 17排出；通過偏轉(zhuǎn)反射鏡10或紅外光源1，使光路在參考?xì)馐?和檢測氣室7之間切換，分時(shí)到達(dá)紅外探測器8，紅外探測器8實(shí)時(shí)探測光信號(hào)，并通過調(diào)理電路將光信號(hào)調(diào)理成電信號(hào)，再由微處理器采集，微處理器通過比對(duì)前后兩次探測到的光信號(hào)的峰值，并以兩者的比值的常用對(duì)數(shù)作為檢測信號(hào)，并將對(duì)該檢測信號(hào)進(jìn)行二次或三次多項(xiàng)式運(yùn)算的結(jié)果作為氣體濃度檢測結(jié)果，設(shè)紅外光通過參考?xì)馐?時(shí)紅外探測器8探測到的信號(hào)峰值為Pl，紅外光通過檢測氣室7時(shí)紅外探測器8探測到的信號(hào)峰值為p2，且P1和P2是紅外探測器相鄰兩次探測到的信號(hào)峰值，則該雙光路氣體紅外檢測裝置所檢測到的信號(hào)取為s=log(Pl/P2)，其中l(wèi)og(.)常用對(duì)數(shù)算子，c=ls3+ms2+ns為氣體檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果，其中l(wèi)、m和η為實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的常數(shù)，c為氣體濃度結(jié)果，若I為0，則為二次多項(xiàng)式標(biāo)定，否則為三次多項(xiàng)式標(biāo)定。
[0034]1、m和η的確定方法如下:
[0035]I)給定三組以上的標(biāo)準(zhǔn)氣體作為樣本，樣本各自的濃度遍及其檢測范圍。例如，假定該檢測裝置用來監(jiān)測CO2，其濃度范圍為體積分?jǐn)?shù)0-20%，選定濃度分別為20%、5%、1%的CO2以及氮?dú)庾鳛闃?biāo)準(zhǔn)氣體，即其濃度向量為C= [20，5，I, O]；
[0036]2)將標(biāo)準(zhǔn)氣體分別注入到系統(tǒng)的檢測氣室中，待檢測信號(hào)穩(wěn)定后，分別測得其信號(hào)s的值分別為S=[Sl，S2, s3,…]，S1, S2, S3,…均為連續(xù)10次以上的測量結(jié)果的均值，它們對(duì)應(yīng)的氣體濃度值分別為C=[Cl，C2, c3,…];
[0037]3)采用偏最小二乘法進(jìn)行多項(xiàng)式逼近，求取參數(shù)P=[l，m，η]。
[0038]P=inv (SASt) SACt
[0039]式中，A為只有主對(duì)角線上參數(shù)為非零的方陣，其維數(shù)與樣本數(shù)量相同，且滿足關(guān)系A(chǔ)11 ≤A22 ≤ A33≤…，A11, A22> A33>…是由用戶設(shè)定的加權(quán)系數(shù)。
[0040]本發(fā)明中也可以由光源偏轉(zhuǎn)取代偏轉(zhuǎn)反射鏡偏轉(zhuǎn)，如圖4所示。偏轉(zhuǎn)裝置驅(qū)動(dòng)光源來回偏轉(zhuǎn)，光源發(fā)生的紅外光照射到偏轉(zhuǎn)反射鏡上反射到參考光路固定反射鏡11上，然后通過參考?xì)馐?到達(dá)紅外光電探測器，或者偏轉(zhuǎn)反射鏡10反射到檢測光路固定反射鏡12上，然后通過檢測氣室7到達(dá)紅外光電探測器。
[0041]本發(fā)明針對(duì)雙紅外探測器雙光路氣體紅外在線分析過程中雙紅外探測器特性的漂移一致帶來的影響，采用偏轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)光源或一片反射鏡來回偏轉(zhuǎn)，使得光源發(fā)出的紅外光來回偏轉(zhuǎn)，從而使得光路在參考?xì)馐液蜋z測氣室之間切換，分時(shí)到達(dá)紅外探測器，紅外探測器探測的信號(hào)經(jīng)過調(diào)理后，傳輸給微處理器系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過比對(duì)前后兩次探測到的光信號(hào)的強(qiáng)度，并以兩者的比值的常用對(duì)數(shù)作為氣體檢測裝置的氣體檢測信號(hào)，然后根據(jù)標(biāo)定樣本獲得的多項(xiàng)式，將其轉(zhuǎn)換成氣體濃度。本發(fā)明中由于采用的是一個(gè)紅外探測器，因此，這種方法除了有助于消除環(huán)境變化、光源漂移給氣體分析結(jié)果帶來的影響外，還可以消除由于紅外探測器的特性漂移帶來的影響。
[0042]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括紅外光源(I)、參考?xì)馐?6)、檢測氣室(7 )、偏轉(zhuǎn)反射鏡(10 )和一個(gè)紅外探測器(8 )，紅外光源(I)發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)反射進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐?6)，當(dāng)使偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)或紅外光源(I)發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光源(I)發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)反射進(jìn)入檢測氣室(7)，光路在參考?xì)馐?6)和檢測氣室(7)之間切換，分時(shí)到達(dá)紅外探測器(8)，紅外探測器(8)經(jīng)調(diào)理電路與微處理器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)與參考?xì)馐?6)之間設(shè)置有參考光路固定反射鏡(11 )，偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)與檢測氣室(7)之間設(shè)置有檢測光路固定反射鏡(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外光源(I)或者偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)發(fā)生偏轉(zhuǎn)是通過偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)裝置為步進(jìn)電機(jī)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)或紅外光源(I)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的頻率范圍為0.1-1OOHz，偏轉(zhuǎn)角度范圍為[-30°，30° ]。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外光源為固定波長紅外激光器、波長可調(diào)諧激光器或?qū)拵Ъt外光通過濾光片后得到的窄帶紅外光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6中任意一項(xiàng)所述的基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)，其特征在于，`所述參考?xì)馐?6)和檢測氣室(7)是兩個(gè)結(jié)構(gòu)和材料完全相同的氣室。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外探測器(8)為基于光電效應(yīng)的光子探測器或基于熱效應(yīng)的熱探測器；微處理器為單片機(jī)或數(shù)字處理器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，紅外光源(I)發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)反射進(jìn)入?yún)⒖脊饴饭潭ǚ瓷溏R(II)，經(jīng)參考光路固定反射鏡(11)反射進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐?6)，當(dāng)紅外光源(I)或偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光源(I)發(fā)出的光經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)反射進(jìn)入檢測光路固定反射鏡(12)，經(jīng)檢測光路固定反射鏡(12)反射進(jìn)入檢測氣室(7)，參考?xì)馐?6)中充氮?dú)?，檢測氣室(7)中的氣體則處于流動(dòng)狀態(tài)并從檢測氣室(7)的進(jìn)氣口( 16)進(jìn)入，從出氣口( 17)排出；通過偏轉(zhuǎn)反射鏡(10)或紅外光源(1)，使光路在參考?xì)馐?6)和檢測氣室(7)之間切換，分時(shí)到達(dá)紅外探測器(8)，紅外探測器(8)實(shí)時(shí)探測光信號(hào)，并通過調(diào)理電路將光信號(hào)調(diào)理成電信號(hào)，再由微處理器采集，微處理器通過比對(duì)前后兩次探測到的光信號(hào)的峰值，并以兩者的比值的常用對(duì)數(shù)作為檢測信號(hào)，并對(duì)該檢測信號(hào)進(jìn)行二次或三次多項(xiàng)式運(yùn)算的結(jié)果作為氣體濃度檢測結(jié)果，完成氣體的檢測。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于光路偏轉(zhuǎn)的雙光路單傳感器氣體紅外系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，所述進(jìn)行二次或三次多項(xiàng)式運(yùn)算的具體過程為:設(shè)紅外光通過參考?xì)馐?6)時(shí)紅外探測器(8)探測到的信號(hào)峰值為P1，紅外光通過檢測氣室(7)時(shí)紅外探測器(8)探測到的信號(hào)峰值為P2,且P1和P2是紅外探測器相鄰兩次探測到的信號(hào)峰值，則該雙光路氣體紅外檢測系統(tǒng)所檢測到的信號(hào)取為S=1g(Pl/P2)，其中l(wèi)og(.)為常用對(duì)數(shù)算子，c=ls3+ms2+ns為氣體檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果,其中l(wèi)、m和η為實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的常數(shù)，c為氣體濃度結(jié)果，若I為0，則為二次多項(xiàng)式標(biāo)定，否則為三次多項(xiàng)式標(biāo)定； l、m和η的確定方法如下: 1)給定三組以上的標(biāo)準(zhǔn)氣體作為樣本，樣本各自的濃度遍及其檢測范圍； 2)將標(biāo)準(zhǔn)氣體分別注入到檢測氣室中，待檢測信號(hào)穩(wěn)定后，分別測得信號(hào)s的值分別為S=[Sl，S2, s3,…]，其中，s1、s2、s3、…均為連續(xù)10次以上的測量結(jié)果的均值，它們對(duì)應(yīng)的氣體濃度值分別為C= [Cl，C2, C3,…]; 3)采用偏最小二乘法進(jìn)行多項(xiàng)式逼近，求取參數(shù)P=[l，m，η]；
P=inv (SASt) SACt 式中，A為只有主對(duì)角線上參數(shù)為非零的方陣，其維數(shù)與樣本數(shù)量相同，且滿足關(guān)系A(chǔ)11≤A22≤A33≤…，A n 、A22、A33'…是由用戶設(shè)定的加權(quán)系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK103868855SQ201410119560
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】湯曉君, 梁運(yùn)濤, 馮文彬, 羅海珠, 孫勇, 田富超 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué), 煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司