开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统及测试方法与流程

1.本发明涉及激光类传感器性能检测技术领域，尤其涉及一种开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统及测试方法。


背景技术：

2.激光类传感器是近几年发展起来的新型的测量仪器仪表，而针对这类传感器的检测检验手段目前还很不成熟。目前市场上的气体类传感器检定装置还不能对激光/红外类气体浓度测量传感器的综合性能进行有效的测量。
3.申请号为cn202010656579.2的发明专利公开了一种激光气体浓度测量传感器多级瞬变动态性能测量装置。该测量装置包括为空心柱体结构的测量部，测量部一端通过透明材质封堵，另一端通过透明或者不透明材质封堵，其内部由隔板纵向分割为若干个封闭的气室；且每个气室内分别充填有不同浓度或者不同种类的气体；被测激光传感器设置于测量部的透明材质封堵端；所述测量部沿中心轴线做旋转运动，激光传感器向气室发送激光束以测量不同气室内气体的浓度。
4.但是，上述测量装置存在不能有效且真实模拟环境干扰因子等环境测试干扰条件并对该环境测试干扰条件进行检测分析，导致无法有效确定激光气体浓度测量传感器检定的性能指标的技术缺陷。
5.有鉴于此，有必要设计一种改进的开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统及测试方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统及测试方法。
7.为实现上述发明目的，本发明提供了一种开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统，其包括动态性能测试装置、干扰气室、常规气室、用于为所述动态性能测试装置、所述干扰气室和所述常规气室供气的供气装置、用于测量数据显示和气路控制的控制台以及分别与所述动态性能测试装置、所述干扰气室以及常规气室滑动连接的轨道；
8.所述干扰气室包括干扰气室腔、设置于所述干扰气室腔两端的透明封堵件以及设置于所述干扰气室腔腔体底部的可调速风扇；
9.所述开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统通过动态性能测试装置、干扰气室、常规气室三种气室结构进行待测试激光/红外气体监测仪器的动态测量数据、干扰测量数据和常规测量数据的检测，并将前述三者测量数据进行综合，对待测试激光/红外气体监测仪器的测试数据进行校正。
10.作为本发明的进一步改进，所述干扰气室还包括设置于所述干扰气室腔外周壁上的干扰气室进气口和干扰气室出气口。
11.作为本发明的进一步改进，所述常规气室设置于所述动态性能测试装置和所述干
扰气室之间；所述常规气室包括常规气室腔、设置于其两端的透明部以及分别设置于所述常规气室腔外周壁上的常规气室进气口和常规气室出气口。
12.作为本发明的进一步改进，所述动态性能测试装置为圆筒形结构的单腔气室；所述单腔气室包括设置于其内部且用于容纳待测气体的第一容纳腔、设置于其前端的遮光板以及与所述遮光板电性连接用于拖动所述遮光板高速旋转的第一驱动装置。
13.作为本发明的进一步改进，所述遮光板上设置有透光孔；所述单腔气室还包括分别设置于其外周侧壁上的第一出气口和第一进气口。
14.作为本发明的进一步改进，所述动态性能测试装置为圆筒形结构的多腔气室；所述多腔气室包括若干个相互独立设置的气室单元、与所述气室单元传动连接的传动装置以及与所述传动装置电性连接用于驱动所述气室单元高速旋转的第二驱动装置。
15.作为本发明的进一步改进，所述多腔气室还包括固定安装于所述轨道上并与所述轨道滑动连接的支架；所述支架包括与所述轨道滑动连接的滑块和与所述多腔气室的筒体滚动连接的转轮。
16.作为本发明的进一步改进，所述气室单元包括设置于其内部且用于容纳待测气体的第二容纳腔、分别安装于其两个端部且用于封堵的透明件。
17.为实现上述发明目的，本发明还提供了一种开放式激光/红外气体监测仪器性能测试方法，采用上述开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统进行测试，当所述动态性能测试装置采用单腔气室时，包括如下步骤：
18.s1、首先，在控制台的调控下，所述供气装置向所述动态性能测试装置、所述干扰气室和所述常规气室进行供气，所述单腔气室的第一容纳腔内装入预定浓度预定种类的待测气体；所述干扰气室腔内装入预定浓度和种类的待测气体，再在干扰气室内放入煤粉，调节可调速风扇的转速，让煤粉漂浮起来，用于模拟井下粉尘环境；所述常规气室内装入预定浓度和种类的待测气体；并将待测试激光/红外气体监测仪器通过仪器安装支架安装在轨道上，滑动调整待测试激光/红外气体监测仪器分别与所述动态性能测试装置、所述干扰气室以及常规气室三者之间的测试距离；
19.s2、当采用所述动态性能测试装置进行测试时，所述单腔气室的前端带有遮光板，遮光板上设置有透光孔，通过启动第一驱动装置，驱动所述遮光板进行高速旋转，从而控制激光穿透所述单腔气室的时间，进而测量待测激光类气体监测仪器的响应时间，一般为测量显示值达到待测气体实际浓度90％的时间，并在控制台的界面上进行动态测量数据的显示；
20.s3、当采用干扰气室进行测试时，将待测试激光/红外气体监测仪器放到干扰气室的一端透明封堵件前面2m左右测试距离，进行气体测试，采集干扰测量数据，并显示在控制台的界面上；
21.s4、当采用常规气室进行测试时，将待测试激光/红外气体监测仪器放到常规气室的一端透明部前面2m左右测试距离，进行气体测试，采集常规测量数据，并显示在控制台的界面上；
22.s5、将动态测量数据、干扰测量数据和常规测量数据与供气装置实际的供气浓度和供气种类的数据进行综合对比，进行待测试激光/红外气体监测仪器的检验与校准。
23.为实现上述发明目的，本发明还提供了一种开放式激光/红外气体监测仪器性能
测试方法，采用上述开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统进行测试，当所述动态性能测试装置为多腔气室时，包括如下步骤：
24.a1、首先，在控制台的调控下，所述供气装置向所述动态性能测试装置、所述干扰气室和所述常规气室进行供气，，所述多腔气室由若干个独立的气室单元构成，向每个气室单元的第二容纳腔内装入预定浓度预定种类的待测气体；所述干扰气室腔内装入预定浓度和种类的待测气体，再在干扰气室内放入煤粉，调节可调速风扇的转速，让煤粉漂浮起来，用于模拟井下粉尘环境；所述常规气室内装入预定浓度和种类的待测气体；并将待测试激光/红外气体监测仪器通过仪器安装支架安装在轨道上，滑动调整待测试激光/红外气体监测仪器分别与所述动态性能测试装置、所述干扰气室以及常规气室三者之间的测试距离；
25.a2、通过第二驱动装置驱动所述传动装置运动，进而在传动装置的驱动下，所述多腔气室进行高速旋转，由此，使得激光束按照设定的时间穿过每一个气室单元；
26.a3、通过控制所述第二驱动装置的转动速度可以控制所述多腔气室转动的速度，待测试激光/红外气体监测仪器的激光束穿过气室时间t可通过多腔气室筒形装置的转速v
ma
与测试窗口的有效长度l计算得出：
27.t＝l/vma；
28.通过对所述第二驱动装置的控制及测量数据的反馈，实现对多腔气室筒形装置转速的多级多精度控制，从而使待测试激光/红外气体监测仪器激光束穿过气室时间按照控制要求进行变化，并在控制台的界面上进行动态测量数据的显示；
29.a4、当采用干扰气室进行测试时，将待测试激光/红外气体监测仪器放到干扰气室的一端透明封堵件前面2m左右测试距离，进行气体测试，采集干扰测量数据，并显示在控制台的界面上；
30.a5、当采用常规气室进行测试时，将待测试激光/红外气体监测仪器放到常规气室的一端透明部前面2m左右测试距离，进行气体测试，采集常规测量数据，并显示在控制台的界面上；
31.a6、将动态测量数据、干扰测量数据和常规测量数据与供气装置实际的供气浓度和供气种类的数据进行综合对比，进行待测试激光/红外气体监测仪器的检验与校准。
32.本发明的有益效果是：
33.1、本发明提供的开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统，为满足市场上激光/红外类气体浓度测量仪器的检测检验与校准需要，利用激光测量仪器的工作原理，通过设置干扰气室的结构来模拟井下粉尘环境，控制激光通过与模拟环境中气体的接触时间来测试待测仪器的响应时间；同时该测试系统还能模拟多种气体种类或者多种浓气体度的环境，利用多级多精度瞬变控制的原理切换模拟环境，从而实现对激光测量仪器(激光/红外类气体监测仪器)多级瞬变动态性能的测试。
34.2、本发明提供的开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统，基于不同种类的激光测量仪器的工作原理，采用开放式检测的方式，通过真实模拟环境干扰因子等环境测试干扰条件并对该环境测试干扰条件进行检测分析，确定了该类型激光测量仪器检定的性能指标；该测试系统适用于激光甲烷监测仪器等激光测量仪器的性能测试，具有广泛的适用性，且测量数据精准，具备巨大的应用价值和推广前景。
35.3、本发明提供的开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统，通过设置动态性
能测试装置、干扰气室、常规气室三种气室结构进行待测试激光/红外气体监测仪器的动态测量数据、干扰测量数据和常规测量数据的检测，并将前述三者测量数据与供气装置实际的供气浓度和供气种类的数据进行综合对比，对待测试激光/红外气体监测仪器的测试数据进行校正，其校正精度高。
36.4、本发明提供的开放式激光/红外气体监测仪器性能测试方法，采用开放式检测的方式，通过真实模拟环境干扰因子等环境测试干扰条件并对该环境测试干扰条件进行检测分析，适用于激光甲烷监测仪器等激光测量仪器的性能测试，具有广泛的适用性，且测量数据精准，具备巨大的应用价值和推广前景。
附图说明
37.图1为本发明提供的开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统的结构示意图。
38.图2为本发明提供的动态性能测试装置单腔气室的结构示意图。
39.图3为本发明提供的动态性能测试装置多腔气室的结构示意图。
40.图4为本发明提供的动态性能测试装置多腔气室的结构示意图。
41.图5为本发明提供的干扰气室的结构示意图。
42.图6为本发明提供的控制台及开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统的实物图。
43.图7为本发明提供的动态性能测试装置单腔气室的的实物图。
44.图8为本发明提供的干扰气室的的实物图。
45.图9为本发明提供的干扰气室可调速风扇的的模型图。
46.图10为本发明提供的常规气室的模型图。
47.图11为本发明提供的轨道的的实物图。
48.附图标记
49.10、10
’‑
动态性能测试装置；101
‑
第一出气口；102
‑
第一进气口；11
‑
遮光板；12
‑
第一驱动装置；13
‑
透光孔；14
‑
气室单元；141
‑
第二出气口；142
‑
第二进气口；141
‑
透明件；15
‑
传动装置；16
‑
第二驱动装置；17
‑
支架；171
‑
滑块；172
‑
转轮；20
‑
干扰气室；21
‑
干扰气室腔；22
‑
透明封堵件；23
‑
干扰气室进气口；24
‑
干扰气室出气口；30
‑
常规气室；40
‑
轨道。
具体实施方式
50.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
51.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
52.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
53.请参阅图1所示，本发明提供了一种开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系
统，其包括动态性能测试装置10、干扰气室20、常规气室30、用于为所述动态性能测试装置10、所述干扰气室20和常规气室30供气的供气装置(图中未示出)、用于测量数据显示和气路控制的控制台以及分别与所述动态性能测试装置10、所述干扰气室20以及常规气室30滑动连接并用于调整测试距离的轨道40。
54.所述开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统通过动态性能测试装置10、干扰气室20、常规气室30三种气室结构进行待测试激光/红外气体监测仪器的动态测量数据、干扰测量数据和常规测量数据的检测，并将前述三者测量数据进行综合，对待测试激光/红外气体监测仪器的测试数据进行校正。
55.请参阅图2和图7所示，所述动态性能测试装置10为圆筒形结构的单腔气室。所述单腔气室包括设置于其内部且用于容纳待测气体的第一容纳腔(图中未标记)、设置于其前端的遮光板11以及与所述遮光板11电性连接用于拖动所述遮光板11高速旋转的第一驱动装置12。所述遮光板11上设置有透光孔13。所述单腔气室还包括分别设置于其外周侧壁上的第一出气口101和第一进气口102，所述第一进气口102与第二出气口101接球阀与快接头(图中未示出)，用来向所述单腔气室配置预定浓度预定种类的待测气体。
56.在另一种实施方式中，请参阅图3所示，所述动态性能测试装置10’为圆筒形结构的多腔气室。所述多腔气室包括若干个相互独立设置的气室单元14、与所述气室单元14传动连接的传动装置15、与所述传动装置15电性连接用于驱动所述气室单元14高速旋转的第二驱动装置16以及固定安装于所述轨道40上并与所述轨道40滑动连接的支架17。
57.所述气室单元14包括设置于其内部且用于容纳待测气体的第二容纳腔、分别安装于其两个端部且用于封堵的透明件143以及分别设置于其外周侧壁上的第二出气口141和第二进气口142。
58.请参阅图4所示，所述支架17包括与所述轨道40滑动连接的滑块171和与所述多腔气室的筒体滚动连接的转轮172；所述多腔气室的筒形侧壁与所述转轮172接触的圆周面上设置于凹槽(图中未标记)，转轮172处于该凹槽内，凹槽对转轮172起导向作用，即，转轮172沿着凹槽的做转动。
59.具体来讲，所述气室单元14两端均采用经过特殊处理的玻璃透明件143进行封堵，每个气室单元14分别开设2个孔，用于进/出气体，第二进气口142与第二出气口141接球阀与快接头(图中未示出)，用来向所述气室单元14配置预定浓度的待测气体。
60.所述传动装置15为驱动皮带。所述多腔气室的筒形侧壁由支架17进行支撑和固定；所述多腔气室的筒形侧壁中部设置有一圈环绕多腔气室外壁圆周的从动齿轮(图中未示出)，该从动齿轮配合所述第二电机16的驱动齿轮(图中未示出)，通过驱动皮带的传动作用，实现多腔气室筒形装置的高速转动。
61.请参阅图5和图8
‑
9所示，所述干扰气室20包括干扰气室腔21、设置于所述干扰气室腔21两端的透明封堵件22以及设置于所述干扰气室腔21腔体底部的可调速风扇(图中未示出)。所述干扰气室20还包括设置于所述干扰气室腔21外周壁上的干扰气室进气口23和干扰气室出气口24。通过调控可调速风扇的转速，来模拟井下粉尘环境。
62.请参阅图1和图10所示，所述常规气室30设置于所述动态性能测试装置10和所述干扰气室20之间；所述常规气室30包括常规气室腔、设置于其两端的透明部以及分别设置于所述常规气室腔外周壁上的常规气室进气口和常规气室出气口(图中未标记)。
63.本发明提供的开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统的实物/模型图如图6至11所示。所述动态性能测试装置10/10’、干扰气室20及常规气室30分别通过滑动支架固定在所述轨道40上，选择气室类型，将待测试激光/红外气体监测仪器通过仪器安装支架(图中未示出)安装在轨道40上，沿所述轨道40进行自由滑动，从而调整待测试激光/红外气体监测仪器和气室之间的测试距离，一般为2m左右。
64.实施例1
65.本发明实施例1提供了一种开放式激光/红外气体监测仪器性能测试方法，采用上述开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统进行测试，当所述动态性能测试装置采用单腔气室时，包括如下步骤：
66.s1、首先，在控制台的调控下，所述供气装置向所述动态性能测试装置10、所述干扰气室20和所述常规气室30进行供气，所述单腔气室的第一容纳腔内装入预定浓度预定种类的待测气体；所述干扰气室腔21内装入预定浓度和种类的待测气体，再在干扰气室20内放入煤粉，调节可调速风扇的转速，让煤粉漂浮起来，用于模拟井下粉尘环境；所述常规气室30内装入预定浓度和种类的待测气体；并将待测试激光/红外气体监测仪器通过仪器安装支架安装在轨道40上，滑动调整待测试激光/红外气体监测仪器分别与所述动态性能测试装置10、所述干扰气室20以及常规气室30三者之间的测试距离；
67.s2、当采用所述动态性能测试装置10进行测试时，所述单腔气室的前端带有遮光板11，遮光板11上设置有透光孔13，通过启动第一驱动装置12，驱动所述遮光板11进行高速旋转，从而控制激光穿透所述单腔气室的时间，进而测量待测激光类气体监测仪器的响应时间，一般为测量显示值达到待测气体实际浓度90％的时间，并在控制台的界面上进行动态测量数据的显示；
68.s3、当采用干扰气室20进行测试时，将待测试激光/红外气体监测仪器放到干扰气室20的一端透明封堵件22前面2m左右测试距离，进行气体测试，采集干扰测量数据，并显示在控制台的界面上；
69.s4、当采用常规气室30进行测试时，将待测试激光/红外气体监测仪器放到常规气室30的一端透明部前面2m左右测试距离，进行气体测试，采集常规测量数据，并显示在控制台的界面上；
70.s5、将动态测量数据、干扰测量数据和常规测量数据与供气装置实际的供气浓度和供气种类的数据进行综合对比，进行待测试激光/红外气体监测仪器的检验与校准。
71.实施例2
72.本发明实施例2提供了一种开放式激光/红外气体监测仪器性能测试方法，采用上述开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统进行测试，当所述动态性能测试装置为多腔气室时，包括如下步骤：
73.a1、首先，在控制台的调控下，所述供气装置向所述动态性能测试装置10、所述干扰气室20和所述常规气室30进行供气，，所述多腔气室由若干个独立的气室单元14构成，向每个气室单元14的第二容纳腔内装入预定浓度预定种类的待测气体；所述干扰气室腔21内装入预定浓度和种类的待测气体，再在干扰气室20内放入煤粉，调节可调速风扇的转速，让煤粉漂浮起来，用于模拟井下粉尘环境；所述常规气室30内装入预定浓度和种类的待测气体；并将待测试激光/红外气体监测仪器通过仪器安装支架安装在轨道40上，滑动调整待测
试激光/红外气体监测仪器分别与所述动态性能测试装置10、所述干扰气室20以及常规气室30三者之间的测试距离；
74.a2、通过第二驱动装置16驱动所述传动装置15运动，进而在传动装置15的驱动下，所述多腔气室进行高速旋转，由此，使得激光束按照设定的时间穿过每一个气室单元14；假设在四个气室单元14内分别装有四种不同浓度的同种气体，且激光束穿过不同气室单元14之间的切换时间极短。据此原理，可测出测量待测激光/红外类气体监测传感仪器的多级瞬变动态性能，即被试传感器在极短时间内从一种浓度的测试气体切换到另一种浓度的同类测试气体时，其测量值达到切换后腔室内气体浓度实际值的90％所耗费的最短时间；
75.a3、通过控制所述第二驱动装置16的转动速度可以控制所述多腔气室转动的速度，该转速由光电式转速传感器(图中未示出)测量得出，待测试激光/红外气体监测仪器的激光束穿过气室时间t可通过多腔气室筒形装置的转速v
ma
与测试窗口的有效长度l计算得出：
76.t＝l/vma。
77.通过对所述第二驱动装置16的控制及及所述光电式转速传感器的测量数据的反馈，实现对多腔气室筒形装置转速的多级多精度控制，从而使待测试激光/红外气体监测仪器激光束穿过气室时间按照控制要求进行变化，并在控制台的界面上进行动态测量数据的显示；
78.a4、当采用干扰气室20进行测试时，将待测试激光/红外气体监测仪器放到干扰气室20的一端透明封堵件22前面2m左右测试距离，进行气体测试，采集干扰测量数据，并显示在控制台的界面上；
79.a5、当采用常规气室30进行测试时，将待测试激光/红外气体监测仪器放到常规气室30的一端透明部前面2m左右测试距离，进行气体测试，采集常规测量数据，并显示在控制台的界面上；
80.a6、将动态测量数据、干扰测量数据和常规测量数据与供气装置实际的供气浓度和供气种类的数据进行综合对比，进行待测试激光/红外气体监测仪器的检验与校准。
81.综上所述，本发明提供了一种开放式激光/红外气体监测仪器性能测试系统及测试方法，其包括动态性能测试装置、干扰气室、用于为所述动态性能测试装置和所述干扰气室供气的供气装置、分别与前述三者电性连接且用于测量数据显示和气路控制的控制装置以及分别与所述动态性能测试装置、所述干扰气室以及待测激光/红外气体监测仪器的安装支撑架滑动连接并用于调整测试距离的轨道。该测试方法利用激光测量仪器的工作原理，通过模拟井下环境，控制激光通过与模拟环境中气体的接触时间来测试待测仪器的响应时间；同时该测试系统还能模拟多种气体环境，利用多级多精度瞬变控制的原理切换模拟环境，从而实现对激光/红外气体监测仪器多级瞬变动态性能的测试。
82.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。