專利名稱：氣體探測(cè)光學(xué)法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體探測(cè)光學(xué)方法及設(shè)備，尤其是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)固定式或便攜式氣體探測(cè)儀器儀表對(duì)單一氣體、混合氣體進(jìn)行小空間氣體粒子探測(cè)為火災(zāi)產(chǎn)生的氣體泄漏的易燃易爆氣體、環(huán)保測(cè)量的氣體等的探測(cè)、輔助探測(cè)，判別依據(jù)的方法及設(shè)備。
目前，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試氣體的方法主要有紅外吸收法來自黑體輻射的射線使氣體分子激發(fā)到振蕩態(tài)，使相應(yīng)的特征頻率的光被氣體吸收，用濾波器使探測(cè)器調(diào)諧到指定的氣體吸收帶上，這種方法需要較高的機(jī)械加工精度和足夠長(zhǎng)的光程，造價(jià)高，不適合大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)所的經(jīng)濟(jì)承受力，更不適用于形成網(wǎng)絡(luò)式現(xiàn)場(chǎng)固定使用。
電化學(xué)法輸入電極的氣體分子被電離，所產(chǎn)生的離子電流正比于氣體濃度，但電極上灰塵的累積對(duì)探測(cè)影響較大，使用壽命短，不適合于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
催化燃燒法對(duì)用金屬氧化物等制成的半導(dǎo)體器件進(jìn)行加溫，使可燃?xì)怏w發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來提高溫度，用溫度變化量對(duì)應(yīng)可燃?xì)怏w濃度，該類探測(cè)器功耗大，并有“中毒”等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是利用氣體分子或分子團(tuán)對(duì)相應(yīng)波長(zhǎng)的光的散射、衰減和利用反射增加光程實(shí)現(xiàn)小空間氣體粒子定性(有無、什么氣體粒子)探測(cè)和/或定量測(cè)量的氣體探測(cè)光學(xué)法，利用該方法制成的設(shè)備靈敏度高、用電量小、使用壽命長(zhǎng)、成本低、不會(huì)產(chǎn)生傳感元件中毒現(xiàn)象，易通過該方法制成網(wǎng)絡(luò)式現(xiàn)場(chǎng)固定或便攜式儀表。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種氣體探測(cè)光學(xué)法，在透氣性較好、不進(jìn)外光、內(nèi)部能形成立體空間反射的有限空間內(nèi)，用含有待測(cè)氣體粒子衰減效果較強(qiáng)波段的入射光照射該有限空間；接收光；將接收光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；處理、分析所獲得的電信號(hào)；判斷氣體粒子的有無或換算成相應(yīng)的氣體量；如果有限空間內(nèi)部不反射，其入射光應(yīng)為含有氣體粒子粒徑1/10至10倍波段的光。
為實(shí)施該方法而專門設(shè)計(jì)的氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，包括發(fā)光器件(1)、光接收器件(2)、遮光罩(5)、光源控制器(8)、信號(hào)處理器(9)，遮光罩(5)上設(shè)有透氣孔(6)，其內(nèi)表面設(shè)有反射面(4)，發(fā)光器件(1)與光電轉(zhuǎn)換器件(2)伸入遮光罩(5)內(nèi)或設(shè)置在遮光罩上并在遮光罩相應(yīng)位置設(shè)置透光孔，發(fā)光器件(1)與光源控制器(8)相連，光電轉(zhuǎn)換器件(2)與信號(hào)處理器相連，在發(fā)光器件與光電轉(zhuǎn)換器件之間設(shè)有濾光器(3)，反射面(4)為多面體或?yàn)槁槊婊蛞粚?duì)平行麻面。
本發(fā)明與現(xiàn)有氣體探測(cè)方法相比，具有靈敏度高、用電量小、成本低的特點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生傳感元件中毒現(xiàn)象，利用其方法制作的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，易制成防爆型。


圖1為本發(fā)明氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備遮光罩內(nèi)反射面為麻面體示意圖。
圖2為本發(fā)明氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備遮光罩內(nèi)反射面為多面體示意圖。
圖3為本發(fā)明氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備遮光罩為無內(nèi)反射面的示意圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明實(shí)施側(cè)1一種氣體探測(cè)光學(xué)法，其特征在于在透氣性較好、不進(jìn)外光、內(nèi)部能形成立體空間反射的有限空間內(nèi)，用含有待測(cè)氣體粒子衰減效果較強(qiáng)波段的入射光照射該有限空間；接收光；將接收光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；處理、分析所獲得的電信號(hào)；判斷氣體粒子的有無或換算成相應(yīng)的氣體量。本發(fā)明是利用光通過反射面形成立體空間反射增加被測(cè)粒子對(duì)光的空間作用距測(cè)量光速衰減實(shí)現(xiàn)氣體粒子探測(cè)。首先選擇含有待測(cè)氣體粒子衰減較敏感波長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)光源和光接收器；選擇或設(shè)計(jì)氣體粒子衰減敏感波段能通過的濾光器；設(shè)計(jì)透氣性較好、不進(jìn)外光、內(nèi)表面能實(shí)現(xiàn)空間反射效果的遮光罩；濾光器設(shè)置在發(fā)光源與光電接收器之間，讓發(fā)光源發(fā)射的光射入遮光罩內(nèi)；光在遮光罩內(nèi)多次反射后，再經(jīng)過濾光后用光接收器接收反射光并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理、分析，與標(biāo)定值對(duì)照，判斷氣體粒子的有無或換算成相應(yīng)的氣體量。遮光罩內(nèi)表面的反射面可設(shè)計(jì)成多面體，調(diào)整反射光的入射角度或設(shè)計(jì)反射光的反射路徑，利用光電轉(zhuǎn)換器件接收；遮光罩內(nèi)表面的反射面可選擇內(nèi)表面為能使入射光向多個(gè)方向反射的麻面或一對(duì)平行麻面，以易于光束在測(cè)量室內(nèi)形成立體(非平面)型反射，以增加光程及增加探測(cè)靈敏度；在發(fā)射端可進(jìn)行入射光束方向調(diào)節(jié)，用于改變光的方向，使光接收器的接收效果更好，麻面由規(guī)則的凸凹點(diǎn)或不規(guī)則麻點(diǎn)組成，規(guī)則麻面易批量生產(chǎn)；在不設(shè)置濾光片的情況下可采用一定波長(zhǎng)范圍的發(fā)光源或激光源。
為實(shí)施該方法而專門設(shè)計(jì)的氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，包括發(fā)光器件1、光接收器件2、遮光罩5、光源控制器8、信號(hào)處理器9，遮光罩5周圍設(shè)有透氣孔6，其內(nèi)表面設(shè)有反射面4，發(fā)光器件1與光接收器件2伸入遮光罩5內(nèi)，發(fā)光器件1與光源控制器8相連，光接收器件2與信號(hào)處理器相連，在發(fā)光器件與光接收器件之間設(shè)有濾光器3，反射面4為多面體或?yàn)椴还饣槊婊蛞粚?duì)平行麻面，麻面反射面由規(guī)則的凸點(diǎn)或凹點(diǎn)麻點(diǎn)或不規(guī)則麻點(diǎn)組成，在發(fā)光器件與光源控制器之間設(shè)有光速方向調(diào)節(jié)器7，發(fā)光器件1可采用激光發(fā)光器件。使用時(shí)接通光源控制器8，使發(fā)光器件1發(fā)射含有待測(cè)氣體粒子衰減較敏感的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光照射遮光罩與反射面形成的測(cè)量室10，可通過光束方向調(diào)節(jié)器7調(diào)節(jié)入射光的發(fā)射方向、角度，遮光罩內(nèi)無氣體粒子存在時(shí)，光束經(jīng)反射面在測(cè)量光的立體空間內(nèi)進(jìn)行反復(fù)反射，最后經(jīng)濾光器3被光接收器件接收，光接收器件有相應(yīng)的接收值，調(diào)整光束方向調(diào)節(jié)器可改變接收值，當(dāng)測(cè)量室10內(nèi)有氣體粒子時(shí)，由于氣體粒子對(duì)這一光束的衰減，改變了無氣體粒子時(shí)的接收值，光接收器件將接收值通過信號(hào)處理器進(jìn)行處理，確定待測(cè)氣體粒子的有無或氣體粒子的多少，將遮光罩內(nèi)表面形狀改成多面體或球體等形狀時(shí)，反射面可用光滑平行于多面體或球等表面也能實(shí)現(xiàn)上述功能，增加不同波長(zhǎng)的濾光器和光接收器件，必要時(shí)也可增加發(fā)光器件實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣體粒子的定性探測(cè)和定量分析測(cè)量；當(dāng)選擇單一波長(zhǎng)的發(fā)光器件時(shí)，可省略濾光器。
實(shí)施例2一種氣體探測(cè)光學(xué)法，其特征在于在透氣性較好、不進(jìn)外光、內(nèi)部不反射的有限空間內(nèi)，用含有氣體粒子粒徑1/10至10倍波段的入射光照射該有限空間；接收光；將接收光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；處理、分析所獲得的電信號(hào)；判斷氣體粒子的有無或換算成相應(yīng)的氣體量。本發(fā)明是利用氣體粒子對(duì)光的散射原理實(shí)現(xiàn)的，首先根據(jù)所探測(cè)的氣體粒子選擇含有特測(cè)氣體粒子散射效果較強(qiáng)波長(zhǎng)(被測(cè)氣體粒子粒徑的1/10至10倍)的發(fā)光源和光接收器，選擇透氣性較好，內(nèi)部不反射、不進(jìn)外光的遮光罩，在迷宮遮光罩內(nèi)設(shè)置遮光光物，其形狀不限，設(shè)置在發(fā)光源與光接收器之間，遮光物能保證只有氣體粒子散射光被光接收器接收，用發(fā)光源發(fā)光照射待測(cè)氣體粒子，氣體粒子產(chǎn)生散射光，利用相應(yīng)的光接收器接收散射光并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)接收到的電信號(hào)來確定氣體粒子的多少，如沒有氣體粒子時(shí)，由于有遮光物的遮光作用，光接收器件接收不到光，因此只要光接收器接收到光時(shí)，便可知道有被探測(cè)氣體粒子的存在，通過控制發(fā)光源的發(fā)射頻率、發(fā)射與不發(fā)射占空時(shí)間比及發(fā)射光的頻率，將光電轉(zhuǎn)換器件的接收信息進(jìn)行分析、處理，與標(biāo)定值對(duì)照，換算成相應(yīng)的氣體量，也可進(jìn)行光譜(頻譜)分析其成分。
為實(shí)施該方法而專門設(shè)計(jì)的氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，包括發(fā)光器件1、光電轉(zhuǎn)換器件2、迷宮遮光罩5、光源控制器8、信號(hào)處理器9，迷宮遮光罩5周圍設(shè)有透氣孔，其內(nèi)表面無反射面，發(fā)光器件與光電轉(zhuǎn)換器件伸入迷宮遮光罩內(nèi)或設(shè)置在遮光罩上并在遮光罩相應(yīng)位置設(shè)置透光孔，遮光物11設(shè)置在發(fā)光器件1與光電轉(zhuǎn)換器件2之間，發(fā)光器件與光源控制器相連，光電轉(zhuǎn)換器件與信號(hào)處理器相連。使用時(shí)接通光源控制器，使發(fā)光器件發(fā)射含有待測(cè)氣體粒子粒徑1/10-10倍波段的入射光射入迷宮遮光罩內(nèi)，可通過光束方向調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)入射光方向，發(fā)光器件發(fā)射的光照射到待測(cè)氣體粒子，氣體粒子產(chǎn)生散射，遮光物11能夠保證只有氣體粒子散射光被光電轉(zhuǎn)換器件接收，利用相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件接收光，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理器進(jìn)行處理，確定待測(cè)氣體粒子的有無及多少，在保證遮光物在發(fā)光器件與光電轉(zhuǎn)換器件之間，調(diào)整其三者的相對(duì)位置，使光電轉(zhuǎn)換器件接收到一定量的光，在無待測(cè)氣體粒子時(shí)，光電轉(zhuǎn)換器件仍有微量的固定接收值，但在有粒子時(shí)，光電轉(zhuǎn)換器件接收到的光強(qiáng)度增加，通過比較增加量，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子的有無、大小的探測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種氣體探測(cè)光學(xué)法，其特征在于在透氣性較好、不進(jìn)外光、內(nèi)部能形成立體空間反射的有限空間內(nèi)，用含有待測(cè)氣體粒子衰減效果較強(qiáng)波段的入射光照射；接收光；將接收光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；處理、分析所獲得的電信號(hào)；判斷氣體粒子的有無或換算成相應(yīng)的氣體量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體探測(cè)光學(xué)法，其特征在于所述的有限空間內(nèi)部不反射，其入射光為含有氣體粒子粒徑1/10至10倍波段的光。
3.一種氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，其特征在于它包括發(fā)光器件(1)、光電轉(zhuǎn)換器件(2)、遮光罩(5)、光源控制器(8)、信號(hào)處理器(9)，遮光罩(5)上設(shè)有透氣孔(6)，其內(nèi)表面設(shè)有反射面(4)，發(fā)光器件(1)與光電轉(zhuǎn)換器件(2)伸入遮光罩(5)內(nèi)或設(shè)置在遮光罩上并在遮光罩相應(yīng)位置設(shè)置透光孔，發(fā)光器件(1)與光源控制器(8)相連，光電轉(zhuǎn)換器件(2)與信號(hào)處理器相連，在發(fā)光器件與光電轉(zhuǎn)換器件之間設(shè)有濾光器(3)，反射面(4)為多面體或?yàn)槁槊婊蛞粚?duì)平行麻面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，其特征在于所速的反射面由規(guī)則的凸凹點(diǎn)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體操測(cè)光學(xué)設(shè)備，其特征在于所述的麻面由不規(guī)則麻點(diǎn)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，其特征在于在發(fā)光器件與光源控制器之間設(shè)有光速方向調(diào)節(jié)器(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，其特征在于所述的發(fā)光器件(1)可采一定波長(zhǎng)范圍的發(fā)光器件或用激光發(fā)光器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，其特征在于所述遮光罩(5)內(nèi)表面不設(shè)置反射面，在發(fā)光器件與光電轉(zhuǎn)換器件之間設(shè)置遮光物(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，其特征在于遮光罩(5)與反射面(4)可分離。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體探測(cè)光學(xué)設(shè)備，其特征在于發(fā)光器件、光電轉(zhuǎn)換器件同時(shí)或分別設(shè)置在遮光罩(5)上，并在遮光罩的相應(yīng)位置設(shè)置透光孔。
全文摘要
一種氣體探測(cè)光學(xué)法及設(shè)備,用于氣體進(jìn)行小空間氣體粒子探測(cè),為火災(zāi)、環(huán)保測(cè)量氣體等的探測(cè)、輔助探測(cè)提供判別依據(jù)的方法及設(shè)備,在透氣性較好、不進(jìn)外光、內(nèi)部能形成立體空間反射的有限空間內(nèi),用含有待測(cè)氣體粒子衰減效果較強(qiáng)波段的入射光照射,接收光,將接收光轉(zhuǎn)換成電信號(hào),處理、分析、判斷氣體粒子的有無或換算成氣體量;光電轉(zhuǎn)換,本發(fā)明具有靈敏度高、用電量小、成本低的特點(diǎn),不會(huì)產(chǎn)生傳感元件中毒現(xiàn)象,利用其方法制作的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,易制成防爆型。
文檔編號(hào)G01N21/00GK1232177SQ99112759
公開日1999年10月20日 申請(qǐng)日期1999年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月18日
發(fā)明者潘剛, 劉美華 申請(qǐng)人:潘剛