一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，属于烟气检测的技术领域；解决的技术问题为：提供一种测量精度较高的一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统；采用的技术方案为：一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，包括：密闭气室和光源，密闭气室的一端设置有光纤传感器，光纤传感器与光谱仪相连，密闭气室上设置有温度传感器、氧气传感器、出气管和进气管，控制电路板包括：主控器，以及分别与主控器相连的温度信号调理与采集电路、氧气信号调理与采集电路、光源控制电路、管路控制电路、按键识别电路、通信接口电路、显示屏显示控制电路、光谱信号采集控制电路。
【专利说明】
一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统
技术领域
[0001]本实用新型一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，属于烟气检测的技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，市面上现存的气体分析仪主要利用紫外荧光法和可调谐激光器法，紫外荧光法可以用来测量二氧化硫，其原理是190?230 nm附近的紫外光照射到被测气体时，二氧化硫分子吸收紫外光的能量，分子受到激发从高能级返回基态时发出荧光;大气中的N2、02基本不引起“荧光淬灭效应”，激发态的S02主要通过荧光过程返回基态，利用光电倍增管接收发的荧光，紫外荧光发对S02的监测灵敏度很高，荧光光强大小即可反映出二氧化硫的浓度;该方法可以监测到PPb数量级的低浓度S02，同时动态范围和线性度很好，因此多用于空气环境质量监测，但是将其应用在烟气监测时，需要配备稀释法采样器，系统非常复杂O
[0003]可调谐激光器(TunabIe Laser)，是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器，这种激光器的用途广泛，可用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、信息处理和通信等；由于激光波段覆盖范围广，强度大，谱线窄，可以用于多种气体的检测，一般有两种工作方式:一种是利用被测气体的后向散射，得到污染气体在空间上的分布，基于差分吸收雷达技术，另一种是利用反射器获得光程方向上的平均浓度，透射光与发射光符合朗伯比尔定律，该方法的优势是几乎可以测量所有气体，响应快精度高。缺点是中红外区的可调谐激光器的成本太高，不同气体检测需配备不同光源，且近红外区的激光器产生的吸收谱线强度较低，不利于测量。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为:提供一种测量精度较高的一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，包括:用于存放气体的密闭气室和用于向气室内发射平行光的光源，所述密闭气室的一端设置有用于接收平行光的光纤传感器，所述光纤传感器与光谱仪相连，所述密闭气室上设置有温度传感器、氧气传感器、出气管和进气管，所述温度传感器、氧气传感器和光谱仪均与所述控制电路板相连，所述控制电路板还通过光源驱动电路板与光源相连;所述控制电路板包括:主控器，以及分别与主控器相连的温度信号调理与采集电路、氧气信号调理与采集电路、光源控制电路、管路控制电路、按键识别电路、通信接口电路、显示屏显示控制电路、光谱信号采集控制电路;所述温度传感器、氧气传感器、光源驱动电路板、光谱仪分别与所述温度信号调理与采集电路、氧气信号调理与采集电路、光源控制电路、光谱信号采集控制电路相连。
[0006]优选地，所述进气管上设置有电磁阀，所述电磁阀与空气进气管和样气进气管相连，所述空气进气管上设置有采样栗，所述电磁阀和采样栗均与所述管路控制电路相连。
[0007]所述系统还包括HMI人机交互界面，所述HMI人机交互界面设置有显示屏和按键，所述显示屏与显示屏显示控制电路相连，所述按键与按键识别电路相连。
[0008]所述控制电路板还包括电流输出电路和开关信号输出电路，所述控制电路板还包括电源转换电路，所述电源转换电路与所述主控器相连，所述主控器的型号为STM32F103ZET6，所述通信接口电路包括:RS232接口电路和RS485接口电路。
[0009]本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果:
[0010]1、本实用新型中，通过温度传感器、氧气传感器可实时采集密闭气室的环境数据，通过光谱仪可采集密闭气室内被测气体的光谱信号，所述温度传感器、氧气传感器和光谱仪均与控制电路板相连，所述控制电路板处理光谱仪采集的光谱信号、密闭气室的环境数据，并将接收到的光谱信号转换成气体浓度信号;本实用新型可消除环境因素对测量系统的影响，测量精度高、系统稳定性好。
[0011]2、本实用新型，通过控制电路板的通信单元，可与HMI人机交互界面相连，方便工作人员对测量数据的观察及操作，实用性强。
【附图说明】
[0012]下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
[0013]图1为本实用新型的结构不意图；
[0014]图2为本实用新型的电路结构不意图；
[0015]图3为本实施例中氧气信号调理与采集电路的电路原理图；
[0016]图4为本实施例中温度信号调理与采集电路的电路原理图；
[0017]图中:I为密闭气室，2为光源，3为光纤传感器，4为光谱仪，5为温度传感器，6为氧气传感器，7为出气管，8为进气管，9为控制电路板，10为主控器，11为温度信号调理与采集电路，12为氧气信号调理与采集电路，13为光源控制电路，14为管路控制电路，15为按键识别电路，16为通信接口电路，17为显示屏显示控制电路，18为光谱信号采集控制电路，19为光源驱动电路板，20为电磁阀，21为采样栗，22为电流输出电路，23为开关信号输出电路，24为电源转换电路，25为HMI人机交互界面，26为显示屏，27为按键。
【具体实施方式】
[0018]如图1至图4所示，一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，包括:用于存放气体的密闭气室I和用于向气室内发射平行光的光源2，所述密闭气室I的一端设置有用于接收平行光的光纤传感器3，所述光纤传感器3与光谱仪4相连，所述密闭气室I上设置有温度传感器5、氧气传感器6、出气管7和进气管8，所述温度传感器5、氧气传感器6和光谱仪4均与所述控制电路板9相连，所述控制电路板9还通过光源驱动电路板19与光源2相连;所述控制电路板9包括:主控器10，以及分别与主控器10相连的温度信号调理与采集电路11、氧气信号调理与采集电路12、光源控制电路13、管路控制电路14、按键识别电路15、通信接口电路16、显示屏显示控制电路17、光谱信号采集控制电路18;所述温度传感器5、氧气传感器6、光源驱动电路板19分别与所述温度信号调理与采集电路11、氧气信号调理与采集电路12、光源控制电路13相连。
[0019]本实用新型中，所述进气管8上设置有电磁阀20，所述电磁阀20与空气进气管和样气进气管相连，所述空气进气管上设置有采样栗21，所述电磁阀20和采样栗21均与所述管路控制电路14相连;所述系统还包括HMI人机交互界面25，所述HMI人机交互界面25设置有显示屏26和按键27，所述显示屏26与显示屏显示控制电路17相连，所述按键27与按键识别电路15相连;所述控制电路板9还包括电流输出电路22和开关信号输出电路23;所述主控器10 的型号为 STM32F103ZET6。
[0020]具体地，所述光源2、光源驱动电路板19、光谱仪4和光纤传感器3组成了光谱测量部分，所述出气管7、进气管8、空气进气管、样气进气管、电磁阀20和采样栗21组成了气体采样部分，所述的气体采样部分负责将样气和空气输入气密闭气室I，供光谱测量部分测量分析;进一步地，当电磁阀20控制进空气时，采样栗21将空气抽入气室内，在光源2的照射下通过光谱仪4分析得到零点吸收光谱，然后电磁阀20控制进入样气，此时，光谱仪4就会得到样气的吸收光谱，通过通信接口电路16将数据传到主控单元进行气体浓度的运算；同时，温度传感器5和氧气传感器6将采集的密闭气室I的环境数据传送至主控单元进行数据处理，主控单元将环境数据以及气体浓度数据通过通信接口电路16传输到HMI人机交互界面25进行数据显示。
[0021]本实施例中，所述温度信号调理与采集电路11将温度传感器5输出的电阻值，经过R/V变换转换为电压信号，信号经过调理放大，然后通过主控器10的ADC接口将该信号传送至主控器10进行处理;所述氧气信号调理与采集电路12将氧气传感器6输出的微弱电压信号经过调理放大，然后通过主控器10的ADC接口将该信号传送至主控器10进行处理;所述光源控制电路13通过主控器10的I/O接口控制光源的关闭与开启；所述管路控制电路14通过主控器10对开关量的控制实现采样栗21和电磁阀20的开启与关闭;所述按键识别电路15用于对按键状态的识别；所述通信接口电路16包括RS232接口和RS485接口，实现与外部设备的数字通信;所述显示屏显示控制电路17用于实现显示屏26通过RS232接口与主控器10进行通信，主控器10通过该控制电路控制显示屏显示内容的更新;所述光谱信号采集控制电路18通过RS232接口实现光谱仪与主控器10之间的数据交换，交换的数据包括光谱仪的控制信息，光谱仪的光谱信息等;所述电流输出电路22实现主控器1的内部DA将采样信息以模拟量的形式输出，具体工作过程:将主控器10采样处理过的气体浓度、温度等信息通过电压形式输出，将这些电压量转化为4?20mA的电流信号输出；所述开关信号输出电路23用于实现主控器10控制输出24V开关量，让其具备对外控制功能；本实用新型中，所述控制电路板9包括还包括:电源转换电路24，所述电源转换电路24将开关电源输出的24V电压信号转换为控制电路板9内部使用的各种电源信号，包括12V、5V、3.3V等。
[0022]本实施例中，所述的氧气信号调理与采集电路12的电路结构为:包括电流放大器U11，所述电流放大器Ull的信号负端-1N并接电阻Rll的一端后与电阻R13的一端相连，所述电阻Rll的另一端接地，所述电阻R13的另一端并接电流放大器Ull的信号输出端OUT后与电阻R14的一端相连，所述电阻R14的另一端并接二极管Dll的负极后与二极管D12的负极、氧气信号调理与采集电路12的输出端ADC_0XY相连，所述二极管Dll的正极与电源转换电路24的3.3V电源输出端相连，所述二极管D12的正极接地，所述电流放大器Ull的信号正端+IN通过电阻R12与氧气传感器6的信号输出单V_0XY相连，所述电流放大器U11的电源负端V-接地，所述电流放大器U11的电源正端并接电容Cl I的一端后与电源转换电路24的12V电源输出端相连，所述电容Cl I的另一端接地。
[0023]所述温度信号调理与采集电路11的电路结构为:包括电流放大器U22，所述电流放大器U22的信号负端-1N并接电阻R28的一端后与电阻R26的一端相连，所述电阻R26的另一端并接电阻R24的一端后与温度传感器5的信号输出端PT相连，所述电阻R24的另一端并接电阻R25的一端后与可控稳压源U21的负极、电阻R22的一端、电阻R21的一端相连，所述电阻R21的另一端与所述电源转换电路24的12V电源输出端相连，所述电阻R22的另一端并接电阻R23的一端后与可控稳压源U21的参考端相连，所述电阻R23的另一端并接可控稳压源U21的正极后接地，所述电阻R25的另一端并接电阻R27的一端后与电阻R210的一端相连，所述电阻R27的另一端并接电阻R29的一端后与电流放大器U22的信号正端+IN相连，所述电阻R210的另一端、电阻R29的另一端、电流放大器U22的电源负端均接地;所述电阻R28的另一端并接电阻R211的一端后与所述电流放大器U22的信号输出端OUT相连，所述电阻R211的另一端并接二极管D21的负极后与二极管D22的负极、温度信号调理与采集电路11的输出端乂_TEMP相连，所述二极管D22的正极与电源转换电路24的3.3V电源输出端相连，所述二极管D21的正极接地，所述电流放大器U22的电源正端V+并接电容C21的一端后与电源转换电路24的12V电源输出端相连，所述电容C21的另一端接地。
[0024]本实施例中，采样栗21可选取小体积、超低噪声、宽温度范围、寿命长、稳定性好的气体采样栗，保证将采样栗21对气体浓度反演带来的误差降到了极致，同样电磁阀20也采用优质产品，有效的降低了电磁干扰；同时，光源2部分通过发射紫外光至密闭气室I，为气体的吸收谱测量提供了先决条件，光源2的性能直接决定了分析精度、稳定性以及寿命，本实用新型选用了一款高稳定性、长寿命的氘灯光源，其工作波长能覆盖多种气体吸收谱，光谱平缓，光噪声小，紫外部分的能量较高，非常符合分析多种气体的在紫外波段的吸收特性，同时大大提高了本实用新型的测量精度和稳定性。
[0025]综上，本实用新型具有实质性特点和进步，上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，包括:用于存放气体的密闭气室(I)和用于向气室内发射平行光的光源(2)，其特征在于:所述密闭气室(I)的一端设置有用于接收平行光的光纤传感器(3)，所述光纤传感器(3)与光谱仪(4)相连，所述密闭气室(I)上设置有温度传感器(5)、氧气传感器(6)、出气管(7)和进气管(8)，所述温度传感器(5)、氧气传感器(6)和光谱仪(4)均与控制电路板(9)相连，所述控制电路板(9)还通过光源驱动电路板(19)与光源(2)相连； 所述控制电路板(9)包括:主控器(10)，以及分别与主控器(10)相连的温度信号调理与采集电路(11)、氧气信号调理与采集电路(12)、光源控制电路(13)、管路控制电路(14)、按键识别电路(15)、通信接口电路(16)、显示屏显示控制电路(17)、光谱信号采集控制电路(18)； 所述温度传感器(5)、氧气传感器(6)、光源驱动电路板(19)、光谱仪(4)分别与所述温度信号调理与采集电路(11)、氧气信号调理与采集电路(12)、光源控制电路(13)、光谱信号采集控制电路(18)相连。2.根据权利要求1所述的一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，其特征在于:所述进气管(8)上设置有电磁阀(20)，所述电磁阀(20)与空气进气管和样气进气管相连，所述空气进气管上设置有采样栗(21)，所述电磁阀(20)和采样栗(21)均与所述管路控制电路(14)相连。3.根据权利要求1所述的一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，其特征在于:所述系统还包括HMI人机交互界面(25)，所述HMI人机交互界面(25)设置有显示屏(26)和按键(27)，所述显示屏(26)与显示屏显示控制电路(17)相连，所述按键(27)与按键识别电路(15)相连。4.根据权利要求1所述的一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，其特征在于:所述控制电路板(9)还包括电流输出电路(22)和开关信号输出电路(23)。5.根据权利要求1所述的一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，其特征在于:所述控制电路板(9)还包括电源转换电路(24)，所述电源转换电路(24)与所述主控器(10)相连。6.根据权利要求1所述的一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，其特征在于:所述主控器(10)的型号为STM32F103ZET6。7.根据权利要求1所述的一种紫外气体分析仪中气体浓度测量系统，其特征在于:所述通信接口电路(16)包括:RS232接口电路和RS485接口电路。
【文档编号】G01N21/33GK205538658SQ201620025199
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月12日
【发明人】白惠峰, 闫兴钰, 张利军, 白慧宾, 孟瑞生, 吕子啸, 郭旭, 王红梅
【申请人】中绿环保科技股份有限公司