一氧化碳分析仪及其信号处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及气体分析领域，特别涉及一氧化碳分析仪及其信号处理装置。


背景技术：

2.通过对加热炉排放的烟气含量和成分进行实时在线测量，将得到的参数反馈到输入端，达到闭环反馈，能够使加热炉运转在最佳状态。而排放参数里面比较关键的就是一氧化碳浓度的实时检测，该结果值的准确与否，在很大程度上决定了加热炉节能减排的效果。
3.目前一氧化碳浓度的分析方法，主要有红外分析法、气相色谱法和电位法等，其中对烟气检测主要采用红外分析法。
4.现有技术中基于红外分析法的一氧化碳分析仪中的信号处理电路主要采用运放及阻容元件，将红外探头接收到的微弱信号进行放大，并直接转换成直流电压信号，再进到后面的控制器进行处理。
5.发明人经过研究发现，采用现有技术中的信号处理电路的一氧化碳分析仪其检测精度较差。
6.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是扩大一氧化碳分析仪分析的信号测量范围及提高其分析结果的精度。
8.本实用新型提供了一种用于一氧化碳分析仪的信号处理装置，包括：
9.用于将来自红外传感器的输入信号隔直处理为脉冲信号的隔直电路；
10.用于根据控制指令将所述脉冲信号进行预设倍数放大的可调放大电路；
11.用于通过将放大后的所述脉冲信号进行精密整流，得到脉动直流小信号的微信号整流电路；
12.用于通过将所述脉动直流小信号进行杂波滤除，得到纯净的可分析信号的滤波电路；
13.用于根据所述可分析信号生成对应的一氧化碳浓度值的微处理单元mcu；所述mcu还用于根据当前所述可分析信号的波幅大小生成对应的所述控制令指；所述控制指令用于控制所述可调放大电路的放大倍数，以将所述可分析信号调节在预设波幅范围内；
14.用于将所述一氧化碳浓度值转换成模拟量信号的模拟量输出电路。
15.优选的，在本实用新型实施例中，还包括伺服电路；
16.所述伺服电路分别与所述隔直电路、所述可调放大电路、所述微信号整流电路、所述滤波电路、所述模拟量输出电路和所述mcu连接。
17.优选的，在本实用新型实施例中，所述模拟量信号包括4-20ma的模拟量信号。
18.优选的，在本实用新型实施例中，所述可调放大电路的放大部分包括高精度自调零运放。
19.优选的，在本实用新型实施例中，所述可调放大电路的控制部分包括用于调整放大倍数的数字电位器。
20.优选的，在本实用新型实施例中，所述滤波电路的滤波为保留基波成分，并的滤除所述脉动直流小信号高频干扰杂波。
21.优选的，在本实用新型实施例中，所述可分析信号为非纯直流信号；所述可分析信号为保留了所述输入信号基波成分的脉动信号。
22.优选的，在本实用新型实施例中，所述模拟量输出电路的输入、输出、电源三者之间均包括用于抗干扰的隔离子电路。
23.优选的，在本实用新型实施例中，所述隔离子电路的耐压为3kvdc。
24.本实用新型实施例的另一面，还提供了一种用于一氧化碳分析仪，包括用于采集监测对象的红外信号的红外传感器，以及，上述信号处理装置。
25.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
26.本实用新型实施例中，首先对接收自红外传感器的输入信号进行隔直处理，从而去除输入信号中无效的直流量，这样就在不损失有效信号的前提下从整体上大大的减少输入信号波幅的大小；这样，可调放大电路只需要放大波幅较小的有效信号，不但可以扩大一氧化碳分析仪分析的信号测量范围，还可以通过提高信号的放大倍数来提高最终分析结果的精度。
27.进一步的，在本实用新型实施例中，mcu在实现根据可分析信号生成对应的一氧化碳浓度值的同时，还可以根据当前可分析信号的波幅大小来生成对应的控制令指，从而实现动态的控制可调放大电路的放大倍数，这样不但可以得到幅值稳定的可分析信号，还可以有效的提高一氧化碳分析仪的反应速度，增强了一氧化碳分析仪的实时性。
28.上述说明仅为本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本实用新型的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
29.图1是本实用新型中所述信号处理装置的结构示意图；
30.图2是本实用新型中所述一氧化碳分析仪的结构示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
32.除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
33.在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此
互换。
34.实施例一
35.为了能够扩大一氧化碳分析仪分析的信号测量范围及提高其分析结果的精度，如图1和图2所示，在本实用新型实施例中提供了一种用于一氧化碳分析仪的信号处理装置01，包括：
36.用于将来自红外传感器02的输入信号隔直处理为脉冲信号的隔直电路11；用于根据控制指令将所述脉冲信号进行预设倍数放大的可调放大电路12；用于通过将放大后的所述脉冲信号进行精密整流，得到脉动直流小信号的微信号整流电路13；用于通过将所述脉动直流小信号进行杂波滤除，得到纯净的可分析信号的滤波电路14；用于根据所述可分析信号生成对应的一氧化碳浓度值的微处理单元mcu15；所述mcu15还用于根据当前所述可分析信号的波幅大小生成对应的所述控制令指；所述控制指令用于控制所述可调放大电路12的放大倍数，以将所述可分析信号调节在预设波幅范围内；用于将所述一氧化碳浓度值转换成模拟量信号的模拟量输出电路16。
37.本实用新型实施例中，用于一氧化碳分析仪的信号处理装置01中的隔直电路11与红外传感器02电路连接；红外传感器02通过作为监测对象的空间获得一氧化碳的采集信号后，将采集信号作为输入信号传输至隔直电路11；隔直电路11对输入信号进行隔直处理生成脉冲信号；隔直电路11获得的初始的输入信号中包括有波幅很大但是对于表征一氧化碳浓度来说无效的直流信号，通过隔直处理生成脉冲信号后，只去除了输入信号中的直流量，所以可以大幅度的减少信号的整体波幅但不损失有效信号；由于脉冲信号的整体波幅较小，这样，就可以有效的增大一氧化碳分析仪输出的量程。
38.本实用新型实施例中的可调放大电路12可以根据控制指令来对脉冲信号进行指定倍数的放大；控制指令来自于mcu15，即，mcu15可以实时的控制可调放大电路12的放大倍数；由于本实用新型实施例中脉冲信号的波幅大小远远小于红外传感器11生成的输入信号的波幅，因此，本实用新型实施例中的可调放大电路12的放大倍数也就可以相应的增大，通过增加放大倍数可以有效的增大一氧化碳分析仪输出的精度。优选的，本实用新型实施例中的可调放大电路12，其放大部分可以采用高精度自调零运放；其控制部分可以采用数字电位器，来配合mcu调整放大倍数。
39.在对脉冲信号放大后，还需要通过微信号整流电路13将脉冲信号进行精密整流以得到脉动直流小信号；接着，再通过滤波电路14将脉动直流小信号进行杂波滤除，来得到纯净的可分析信号；在本实用新型实施例中，滤波电路14的滤波保留了基波成分，滤除了高频的干扰杂波。本实用新型实施例中的微信号整流电路13将放大后的脉冲信号进行精密整流，可以采用高精度自调零运放，可以配合电源伺服电路，从而使得输出精度提高，纹波更小。在本实用新型实施例中，微信号整流电路13进行整流的目的是为了将脉冲信号中负半周的信号都转换为正半周，从而使后面采集电路只采集0伏以上的正电压，提高后面采集电路的采集精度。本实用新型实施例中的滤波电路14采用有源滤波电路，低失调运放，可以通过配合电源伺服电路，来使输出精度提高，纹波更小。
40.为了获得波幅稳定的可分析信号，在本实用新型实施例中，mcu15不但可以通过内部软件的算法，对可分析信号进行实时采样运算处理，来生成对应的一氧化碳浓度结果值；此外，根据其获得自滤波电路14的当前可分析信号的波幅大小，mcu15还可以生成用于调节
可调放大电路12的放大倍数的控制指令，从而实现对可分析信号波幅的实时控制，以将可分析信号的波幅大小控制在预设范围内。本实用新型实施例中的可分析信号不是纯直流信号，而是保留了输入信号基波成分的脉动信号，通过mcu15内部的软件对脉动信号波形进行计算分析，可以得到与输入信号对应的有效值(即一氧化碳浓度结果值)。
41.最后，通过模拟量输出电路16可以将一氧化碳浓度值转换成模拟量信号，以供用户使用。在实际应用中，模拟量信号可以为4-20ma的模拟量信号。进一步的，本实用新型实施例中的模拟量输出电路的输入、输出、电源三者之间均还可以均设有用于抗干扰的隔离子电路；在实际应用中，隔离子电路的耐压可以设置为3kvdc，以提高抗干扰能力。
42.为了提供信号处理装置中各部件所需的正负对称的高精度稳定电压和独立电压，优选的，在本实用新型实施例中，还可以包括用于电源伺服的伺服电路(图中未示出)；伺服电路分别与隔直电路11、可调放大电路12、所述微信号整流电路13、滤波电路14、mcu 15和所述模拟量输出电路16连接。
43.综上所述，在本实用新型实施例中，首先对接收自红外传感器的输入信号进行隔直处理，从而去除输入信号中无效的直流量，这样就在不损失有效信号的前提下从整体上大大的减少输入信号波幅的大小；这样，可调放大电路只需要放大较小的有效信号，不但可以扩大一氧化碳分析仪分析的信号测量范围，还可以通过提高信号的放大倍数来提高最终分析结果的精度。
44.进一步的，在本实用新型实施例中，mcu在实现根据可分析信号生成对应的一氧化碳浓度值的同时，还可以根据当前可分析信号的波幅大小来生成对应的控制令指，从而实现动态的控制可调放大电路的放大倍数，这样不但可以得到幅值稳定的可分析信号，还可以有效的提高一氧化碳分析仪的反应速度，增强了一氧化碳分析仪的实时性。
45.本实用新型实施例的另一面，还提供了一种用于一氧化碳分析仪，如图2所示，包括用于采集监测对象的红外信号的红外传感器02，以及，上述信号处理装置01。
46.由于本实用新型实施例中一氧化碳分析仪的工作原理和有益效果已经在图1所对应的信号处理装置中也进行了记载和说明，因此可以相互参照，在此就不再赘述。
47.上述产品可执行本实用新型实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本实用新型实施例所提供的方法。
48.在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
49.另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
50.以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而
这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。