一種氣體污染物檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氣體污染物檢測裝置，該裝置包括：紅外光源，用于發(fā)出紅外光，所述紅外光穿過待檢測氣體時部分頻率區(qū)間的光被所述待檢測氣體吸收；光電檢測器，用于檢測穿過所述待檢測氣體之后的出射光；光源控制模塊，用于控制紅外光源發(fā)出不同頻率的光；信號處理模塊，用于對所述光電檢測器檢測到的光信號進行處理；控制器，用于接收經(jīng)過所述信號處理模塊處理后的信號，對所述信號進行數(shù)據(jù)處理后計算出所述待檢測氣體中含有的氣體污染物的濃度。本發(fā)明提供的氣體污染物檢測裝置不僅能準(zhǔn)備檢測氣體污染物成分和濃度，還提高了便攜性，另一方面還具有優(yōu)良的抗震性能，因此該裝置可廣泛應(yīng)用于氣體污染物檢測領(lǐng)域。
【專利說明】
一種氣體污染物檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及紅外光譜檢測領(lǐng)域，具體地，涉及一種氣體污染物檢測裝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)、交通、經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，能源的過度采伐與使用以及工業(yè)尾氣的違規(guī)排放，PM2.5居高不下，大氣污染日趨嚴重，嚴重危害人類活動與健康。這些排出的煙塵和尾氣在空氣中混合，發(fā)生了一系列化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生很多有毒的氣體。有些氣體如N02、S02等，雖然在大氣中的含量很低，甚至不到百萬分之一，但對人類及生物的健康有著長期的危害，而且容易對環(huán)境構(gòu)成污染和威脅，如形成酸雨，全球變暖等。監(jiān)控各種污染源的排放以及大氣中各種氣體的濃度，實時記錄和監(jiān)控氣體變化，預(yù)測大氣化學(xué)過程及環(huán)境氣候變化，迫切需要一種簡單、快速、穩(wěn)定的高精度氣體檢測裝置。
[0003]目前，氣體檢測技術(shù)按測量原理可分為氣體傳感器技術(shù)、電化學(xué)氣體檢測技術(shù)、氣相色譜分析技術(shù)、光譜檢測技術(shù)和其他類別的(如熱導(dǎo)式)氣體檢測技術(shù)等幾大類。其中，氣體傳感器技術(shù)是一種將被測量信息變換成電信號或其它形式的信號的檢測技術(shù)，這種技術(shù)檢測過程繁瑣，對被測氣體的選擇性差，容易受到雜質(zhì)氣體的干擾;電化學(xué)氣體檢測技術(shù)是基于電化學(xué)原理與氣體的電化學(xué)性質(zhì)而建立的一種分析方法;氣相色譜分析技術(shù)是一種物理分離分析技術(shù)，根據(jù)不同氣體在色譜柱中速度的差別實現(xiàn)氣體成分的檢測。電化學(xué)檢測技術(shù)和氣相色譜分析技術(shù)多采用單點式的人工采樣方式，而且必須在實驗室分析，分析精度常受操作技能的影響；而且每次僅能檢測單一成份的氣體，缺乏多重輸入與信號處理的功能，分析時響應(yīng)速度慢，效率低。熱導(dǎo)式氣體檢測技術(shù)是通過測量混合氣體熱導(dǎo)率的變化量來實現(xiàn)被測氣體濃度的測量，在這種檢測技術(shù)中，被測氣體中的水汽和吸收性雜質(zhì)氣體以及它們的壓力和流量波動對檢測結(jié)果影響較大，同時測量過程受環(huán)境溫度影響較大，存在測量精度不高、不易補償?shù)葐栴}。
[0004]為了克服上述諸多問題，紅外波段的光譜檢測技術(shù)因其具有檢測速度較快、準(zhǔn)確度高、無量程限制、抗沖擊性能好等優(yōu)點，而逐漸被廣泛研究和應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的光譜檢測技術(shù)由一系列電路和光學(xué)器件構(gòu)成，體積龐大，不抗震，不便攜帶，這極大地限制了氣體污染物監(jiān)測裝置的使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備，該設(shè)備能精確測量大氣中的污染氣體成分以及污染氣體的濃度，而且該裝置體積相對較小，便于攜帶，其應(yīng)用不受限制，具有很強的適用性。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種氣體污染物檢測裝置，該裝置包括:紅外光源，用于發(fā)出紅外光，所述紅外光穿過待檢測氣體時部分頻率區(qū)間的光被所述待檢測氣體吸收;光電檢測器，用于檢測穿過所述待檢測氣體之后的出射光，所有能將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕钠骷钥蓱?yīng)用于此，例如光電二極管，并且為了提高檢測效果也可以并列使用多個光電檢測器組合使用，例如光電二極管陣列，所述電信號可為電流信號電壓信號;光源控制模塊，用于控制紅外光源發(fā)出不同頻率的光;信號處理模塊，用于對所述光電檢測器檢測到的光信號進行處理;控制器，用于接收經(jīng)過所述信號處理模塊處理后的信號，對所述信號進行數(shù)據(jù)處理后計算出所述待檢測氣體中含有的氣體污染物的濃度。
[0007]基于特定氣體會吸收紅外光譜中特定頻率的光的原理，當(dāng)所述紅外光穿過待檢測氣體后，其出射光中的特定頻率的光的因已部分或全部被吸收，其強度會發(fā)生變化，光電檢測器對穿過待檢測氣體后的出射光進行檢測并經(jīng)過信號處理模塊的一系列處理后，可通過控制器分析出被吸收的光譜頻率以及吸收量，從而提取污染氣體的成分和/濃度信息，并顯示在顯示裝置上。
[0008]優(yōu)選地，所述光源控制模塊包括:光源調(diào)制模塊，用于對所述控制器生成的數(shù)字控制信號進行調(diào)制；以及驅(qū)動模塊，所述光源驅(qū)動模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將經(jīng)所述光源調(diào)制模塊調(diào)制后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而驅(qū)動所述紅外光源發(fā)出紅外光。通過光源調(diào)制模塊的調(diào)制可以產(chǎn)生更頻率范圍更廣，頻率區(qū)間更精確的光，從而提高檢測精確度。
[0009]優(yōu)選地，所述光源驅(qū)動模塊為脈沖恒流電源。脈沖恒流電源的間隙式供電特點可降低紅外光源的發(fā)光功耗。
[0010]優(yōu)選地，所述控制器生成PWM，所述光源調(diào)制模塊對所述PWM進行調(diào)制，以生成不同頻率的數(shù)字信號。
[0011 ]優(yōu)選地，所述信號處理模塊包括:信號放大模塊，用于對光電檢測器檢測到的所述出射光信號進行放大處理；以及信號預(yù)處理模塊，用于過濾經(jīng)所述信號放大模塊放大處理之后的所述出射光信號，去除不必要的噪聲信號;信號采集模塊，用于采樣經(jīng)所述信號預(yù)處理模塊的過濾后的所述出射光信號；信號后處理模塊，用于最終處理經(jīng)過所述信號采集模塊后的所述出射光信號，并將經(jīng)最終處理后的光信號傳遞給所述控制器，提取所述待檢測氣體的成分和/或濃度信息。
[0012]優(yōu)選地，所述紅外光源和光電檢測器封裝在一起。
[0013]優(yōu)選地，所述氣體污染物檢測裝置包括光學(xué)器件，用于對接收到的所述出射光進行光路處理，以便于光電檢測器更有效地檢測所述出射光。
[0014]優(yōu)選地，所述紅外光源和光電檢測器件以及光學(xué)器件安裝在單一構(gòu)件上，從而可提尚抗震性能。
[0015]優(yōu)選地，所述光學(xué)器件為反射裝置，用于改變所述出射光的光路，使所述出射光穿過所述待檢測氣體后經(jīng)該反射裝置反射照射在光電檢測器的接收端，可進一步提高測量精度，減少所述氣體污染物測量裝置的體積。所述反射裝置可以是反射鏡，或其它具有反射功能的器件。
[0016]優(yōu)選地，所述光學(xué)器件為聚焦裝置，用于對穿過所述待檢測氣體的所述出射光進行聚焦，并將聚焦之后的出射光反饋至所述光電檢測器的接收端。通過所述聚焦裝置可使所述出射光充分地照射在光電檢測器上，提高檢測效率和檢測精確度。
[0017]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的氣體污染物檢測裝置克服了傳統(tǒng)光譜檢測儀器體積過大不便實用的缺點，提高了所述氣體污染物檢測裝置的便攜性，另一方面所述氣體污染物檢測裝置具有優(yōu)良的抗震性能，因此該裝置可廣泛應(yīng)用于氣體污染物檢測領(lǐng)域。
[0018]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0019]附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例一的氣體污染物檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例二的氣體污染物檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例三的氣體污染物檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0023]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例四的氣體污染物檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記說明
[0025]10:控制器20:光源控制模塊
[0026]21:光源調(diào)制模塊22:光源驅(qū)動模塊
[0027]30:紅外光源40:光電檢測器
[0028]50:信號處理模塊51:信號放大模塊
[0029]52:信號預(yù)處理模塊53:信號采集模塊[°03°]54:信號后處理模塊 60:反射裝置
[0031]61:聚焦裝置70:顯示模塊
[0032]80:反射光路81:透射光路
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例一的氣體污染物檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明所述的氣體污染物檢測裝置包括:紅外光源30，用于發(fā)出紅外光，所述紅外光穿過待檢測氣體時部分頻率區(qū)間的光被所述待檢測氣體吸收;光電檢測器40，用于檢測穿過所述待檢測氣體之后的出射光;光源控制模塊20，用于控制紅外光源發(fā)出不同頻率的光;信號處理模塊50，用于對所述光電檢測器40檢測到的光信號進行處理;控制器10，用于接收經(jīng)過所述信號處理模塊50處理后的信號，對所述信號進行數(shù)據(jù)處理后計算出所述待檢測氣體中含有的氣體污染物的濃度，例如所述控制器10可以是微控制器(MCU)。
[0035]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例二的氣體污染物檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，作為一種優(yōu)選的實施方案，所述光源控制模塊20可以包括:光源調(diào)制模塊21，用于對所述控制器10生成的數(shù)字控制信號進行調(diào)制；以及驅(qū)動模塊22，所述光源驅(qū)動模塊22包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將經(jīng)所述光源調(diào)制模塊21調(diào)制后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而驅(qū)動所述紅外光源20發(fā)出紅外光。
[0036]優(yōu)選地，所述光源驅(qū)動模塊22為脈沖恒流電源。因在實踐中，某些可應(yīng)于紅外光源的器件的功耗過大，在長時間使用時會產(chǎn)生熱損耗，使用脈沖恒流電源時，脈沖電源間隙式供電的性能可降低功耗。
[0037]優(yōu)選地，所述控制器10生成PWM，所述光源調(diào)制模塊對所述PffM進行調(diào)制，以生成不同頻率的數(shù)字信號。所述紅外光源發(fā)出的光的強度可以通過控制DAC的幅度來控制。
[0038]圖2所示的實施例二還包括了所述信號處理模塊50的一種優(yōu)選實施方式。如圖2所示，所述信號處理模塊50還可以包括:信號放大模塊51，用于對光電檢測器40檢測到的所述出射光信號進行放大處理，例如所述信號放大模塊可以是電壓型運算放大器；以及信號預(yù)處理模塊52，用于過濾經(jīng)所述信號放大模塊51放大處理之后的所述出射光信號，去除不必要的噪聲信號；信號采集模塊53，用于采樣經(jīng)所述信號預(yù)處理模塊52的過濾后的所述出射光信號，例如信號采集模塊可以是模數(shù)轉(zhuǎn)換器;信號后處理模塊54，用于最終處理經(jīng)過所述信號采集模塊53后的所述出射光信號，并將經(jīng)過最終處理后的光信號傳遞給所述控制器40，提取所述待檢測氣體的成分和/或濃度信息，例如信號后處理模塊可以是可編程門陣列(FPGA)或數(shù)字信號處理器來進行信號處理。
[0039]優(yōu)選地，所述紅外光源30和光電檢測器40封裝在一起，從而可有效防止因二者之間位置發(fā)生偏移導(dǎo)致光電檢測器接收不到穿過待測氣體的出射光，提高抗震性能。
[0040]在本實施例二的還可包括顯示模塊70，可用于顯示待檢測氣體中的氣體污染物的成分及濃度信息。實際應(yīng)用中，可通過所述顯示模塊70設(shè)置需要紅外光的頻率，使所述氣體污染物檢測裝置針對特定氣體反復(fù)測量，或設(shè)定掃描頻率范圍，使所述氣體污染物檢測裝置在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)反復(fù)測量。
[0041]圖3和圖4分別是根據(jù)本發(fā)明的另外兩種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3和圖4所示，在圖2所述的實施二的基礎(chǔ)上，實施例三和實施四對實施例二中的氣體污染物檢測裝置做了進一步的改進，該兩種實施方式在實施二的基礎(chǔ)上還包括光學(xué)器件，用于對接收到的所述出射光進行光路處理，以便于光電檢測器更有效地檢測所述出射光。
[0042]優(yōu)選地，所述紅外光源30和光電檢測器40以及光學(xué)器件安裝在單一構(gòu)件上。
[0043]下面分別說明實施例三和實施四的具體改進方案及其作用。
[0044]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例三的氣體污染物檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，所述改進方案中的光學(xué)器件為反射裝置60，用于改變所述出射光的光路，使所述出射光穿過所述待檢測氣體后經(jīng)該反射裝置反射照射在光電檢測器40的接收端。所述反射裝置60可以是反射鏡，也可以是任何其它有反射效果的裝置或器件。
[0045]當(dāng)所述氣體污染物檢測裝置包括反射裝置60時，如圖3中反射光路81所示，所述紅外光源30發(fā)出的紅外光穿過待檢測氣體所在的空間后照射在反射裝置60上，經(jīng)反射后再次穿過待檢測氣體后被光電檢測器40接收，在所述反射光路81中，紅外光兩次經(jīng)過待檢測氣體，從而能夠提高對氣體污染物的檢測精度，因此即使只有很少量的污染氣體，所述污染物檢測裝置也能精確地檢測出所述污染氣體的成分及濃度。同時，因?qū)ξ廴練怏w的檢測精確度顯著提高，使所述氣體污染物檢測裝置能在不降低檢測能力的前替下，減少紅外光源和光電檢測器之間的物理間距，從而可使所述氣體污染物檢測裝置的體積更加小巧。
[0046]實踐中，可將所述紅外光源30、反射裝置60、光電檢測器40封裝在單一的構(gòu)件上，使這三者或其中的兩者之間的相對位置不會因外界的沖擊發(fā)生偏移，影響檢測性能，從而不僅能進一步減小所述氣體污染物檢測裝置的體積，還能有效提升該裝置的抗震性能。
[0047]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例四的氣體污染物檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，所述光學(xué)器件為聚焦裝置61，用于對穿過所述待檢測氣體的所述出射光進行聚焦，并將聚焦之后的出射光反饋至所述光電檢測器40的接收端。所述聚焦裝置61可以是透鏡，當(dāng)然，在實踐中任何能夠?qū)嵣鋮R聚光線作用的裝置都可應(yīng)用于此處，例如角鏡。如圖4中透射光路82所示，利用所述聚焦裝置61可使所述紅外光穿過待檢測氣體后的出射光充分聚焦后照射在所述光電檢測器40上，從而能減少因光線發(fā)散造成所述光電檢測器不能充分接收穿過待檢測氣體后的紅外光，提高所述氣體污染物檢測裝置的檢測精確度。
[0048]實踐中，可將所述紅外光源30、聚焦裝置61、光電檢測器40封裝在單一的構(gòu)件上，使這三者或其中的兩者之間的相對位置不會因外界的沖擊發(fā)生偏移，影響檢測性能，從而不僅能進一步減小所述氣體污染物檢測裝置的體積，還能有效提升其抗震性能。
[0049]在本發(fā)明的其它實施例中，還可以根據(jù)需要設(shè)置多個所述反射裝置或所述聚焦裝置，也可以將所述反射性能和所述聚焦裝置結(jié)合應(yīng)用，從而綜合這兩種裝置的性能優(yōu)點進一步提高檢測性能。鑒于這些實施方式與上述本發(fā)明已記載的實施例的構(gòu)思相同，在此不再贅敘。
[0050]此外，在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，可以將待檢測氣體盛裝在樣品池中置于所述污染氣體檢測裝置中進行檢測，也可以使內(nèi)部有待測氣體的透明管置于，所述氣體污染物檢測裝置的檢測端，即包括了紅外光源及光電檢測器和/或光器件的構(gòu)件，從而進行檢測。因此本發(fā)明所述的氣體污染物檢測裝置不僅可以應(yīng)用于檢測空氣中的氣體污染物，也可以用于需要監(jiān)測有關(guān)氣體成分及其濃度的工業(yè)領(lǐng)域。
[0051]以上結(jié)合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0052]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0053]此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種氣體污染物檢測裝置，其特征在于，該裝置包括: 紅外光源，用于發(fā)出紅外光，所述紅外光穿過待檢測氣體時部分頻率區(qū)間的光被所述待檢測氣體吸收； 光電檢測器，用于檢測穿過所述待檢測氣體之后的出射光； 光源控制模塊，用于控制紅外光源發(fā)出不同頻率的光； 信號處理模塊，用于對所述光電檢測器檢測到的光信號進行處理； 控制器，用于接收經(jīng)過所述信號處理模塊處理后的信號，對所述信號進行數(shù)據(jù)處理后計算出所述待檢測氣體中含有的氣體污染物的濃度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體污染物檢測裝置，其特征在于，所述光源控制模塊包括: 光源調(diào)制模塊，用于對所述控制器生成的數(shù)字控制信號進行調(diào)制；以及 光源驅(qū)動模塊，所述光源驅(qū)動模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將經(jīng)所述光源調(diào)制模塊調(diào)制后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而驅(qū)動所述紅外光源發(fā)出紅外光。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體污染物檢測裝置，其特征在于，所述光源驅(qū)動模塊為脈沖恒流電源。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體污染物檢測裝置，其特征在于，所述控制器生成PWM，所述光源調(diào)制模塊對所述PWM進行調(diào)制，以生成不同頻率的數(shù)字信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體污染物檢測裝置，其特征在于，所述信號處理模塊包括: 信號放大模塊，用于對光電檢測器檢測到的所述出射光信號進行放大處理；以及 信號預(yù)處理模塊，用于過濾經(jīng)所述信號放大模塊放大處理之后的所述出射光信號，去除不必要的噪聲信號； 信號采集模塊，用于采樣經(jīng)所述信號預(yù)處理模塊的過濾后的所述出射光信號； 信號后處理模塊，用于最終處理經(jīng)過所述信號采集模塊后的所述出射光信號，并將經(jīng)最終處理后的光信號傳遞給所述控制器，提取所述待檢測氣體的成分和/或濃度信息。6.如權(quán)利要求1中任一項所述的氣體污染物檢測裝置，其特征在于，所述紅外光源和光電檢測器封裝在一起。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的氣體污染物檢測裝置，其特征在于，所述氣體污染物檢測裝置包括光學(xué)器件，用于對接收到的所述出射光進行光路處理，以便于光電檢測器更有效地檢測所述出射光。8.如權(quán)利要求7所述的氣體污染物檢測裝置，其特征在于，所述紅外光源和光電檢測器件以及光學(xué)器件安裝在單一構(gòu)件上。9.如權(quán)利要求7所述的氣體污染物檢測裝置，其特征在于，所述光學(xué)器件為反射裝置，用于改變所述出射光的光路，使所述出射光穿過所述待檢測氣體后經(jīng)該反射裝置反射照射在光電檢測器的接收端。10.如權(quán)利要求7所述的氣體污染物檢測裝置，其特征在于，所述光學(xué)器件為聚焦裝置，用于對穿過所述待檢測氣體的所述出射光進行聚焦，并將聚焦之后的出射光反饋至所述光電檢測器的接收端。
【文檔編號】G01N21/3504GK106053376SQ201610675831
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月16日
【發(fā)明人】黃亦謙
【申請人】北京千安哲信息技術(shù)有限公司