专利名称：便携式红外线微量气体分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属一种微量气体分析仪，特别是采用红外技术的微量气体分析仪。
目前使用的微量气体分析仪主要有两种，一种是如
图1A所示的红外线分析仪，它是利用气体对红外线有选择性吸收的原理制成的，它利用马达1旋转切光器3，被调制的两红外线光源2发出的红外线同时地并分别地进入分析室4和参比室5，参比室5内充有不吸收红外线的N2气，分析室4内是流经的待分析气体；如果待分析的气体中没有待测组份，则两室都不吸收红外能量，到达微音器6的红外能量相等，膜片7不动，感应器8无信号输出；如果分析室4中有待测组份，如CO2，则吸收部分能量，致使分析室4侧的能量小于参比室5侧能量，到达的红外能量差使薄膜微通音器6的膜片7振动，则感应器8输出随CO2的浓度变化的信号。这种仪器存在的问题是灵敏度低、重量量，不适于制成便携的微量浓度的检测仪器。图1B中是一种以半导体探测器，如锑化铟组成的时间双光路仪器，它是用电机1旋转轮盘9，利用轮盘9上设置的参比滤光片10和分析滤光片11对红外光源2的滤光，并使其穿过分析室12，由锑化铟传感器13输出相应的测量信号，这是一种时间双光路仪器，虽然体积较小，但检测灵敏度不够，只适于做0-1％CO范围内的测量，做不到测0.00001％CO的灵敏度。
本实用新型的目的是提供一种便携式红外线微量气体分析仪，其灵敏度高、可靠性好，结构轻巧、使用方便。
本实用新型的基本结构为它包括电机、由电机驱动的旋转滤波相关轮、红外光源、容纳检测气体的样品室、检测输出反映被测气体浓度信号的半导体红外探测器，输入端与红外探测输出端相连进行放大处理的自动增益放大器，输入端与自动增益放大器的输出端相连的分离器，两个输入端分别与分离器的两个输出端相连的差动放大器，输入端与差动放大器输出端相连的A/D变换器、与A/D变换器输出端相连，对它输出的数字信号进行处理的微处理器和显示处理结果的显示装置。本实用新型中样品室为多次反射气室，在多次反射气室红外光入口与红外光出口滤光片之间设有多个反射红外光的球面反射镜；在旋转滤波相关轮上设置了一参比气室和一样品气室，该旋转滤波相关轮设置在红外光源和多次反射气室的红外光入口之间。
本实用新型所述的半导体红外微量气体分析仪采用了气体滤波相关技术，与传统的分析仪相比具有很好的横向抗干扰能力，误差小，可测0.01PPMCO，灵敏度高、使用方便可靠。
图1A是采用微音器的红外线气体分析器的示意图。
图1B是一种采用锑化铟半导体探测器的时间双光路分析器示意图。
图2是本实用新型的组成示意图。
图3是本实用新型实施例的AGC放大器和同步分离器电原理图。
图4是图3所示电路中各电压信号逻辑关系图。
以下结合附图对本实用新型的实施例、特征及原理作一详细介绍本实用新型的实施例采用图2所示组成结构，它包括电机15，电机15与旋转滤波相关轮16枢接使其旋转，旋转滤波相关轮16上设有可透过红外光的一参比气室17和一样品气室18，在相关轮16旋转时该两气室17和18切过光源14和多次反射气室20的红外光入口滤光片19间的光路；在多次反射气室的红外光入口滤光片19和它的红外光出口滤光片22间的空间设置了C、B1、A、B2和D五块反射镜，在实际使用中可根据测量范围的不同以4为差值选择不同的反射次数，反射次数可在24-48次之间，使光程可在4.2米-8.4米之间调整选择；测试气体是由多次反射气室20的入口21进入，从其出口23流出；红外光出口滤光片22正对一半导体红外探测器24。在测量过程中，参比气室17内充有高浓度的CO气，因此当参比气室17进入光路中时，其中的CO吸收了红外辐射能量，因此在多次反射气室20内的CO将不能引起红外辐射能量的进一步减少，半导体探测器24得到的是一恒定的信号，作为参比信号。旋转滤波相关轮16上的样品气室18中充的是不吸收红外辐射能量的N2气体，所以当样品气室18进入光路中时，半导体红外探测器24所取到的信号大小完全依赖于多次反射气室20内的CO浓度，该信号为分析信号，半导体红外探测器24采用硒化铅半导体传感器。
由半导体探测器24输出的参比信号和分析信号作为AGC放大器的输入信号Vi加到AGC放大器25的输入端，经放大后加至同步分离器26的输入端。本实施例中AGC放大器25和同步分离器26采用的电路如图3所示，半导体红外探测器24输出的信号作为输入信号Vi经电阻R2加至放大器251的正向输入端③，放大器251的另一输入端②接电阻R1和R3的连接端，电阻R1的另一端接地，电阻R3的另一端接放大器251的输出端①。放大器251的输出端①连接分离器26的输入端③、⑧。放大器251采用集成电路TL064，分离器26采用集成电路MCI4066。设置在相关轮16旁边的光电耦合器34在相关轮16旋转时产生对应于相关轮上参比气室17和样品气室18的信号S和R，经逻辑电路3整形后分别加至分离器26的解调端⑥和⑤。其逻辑关系如图4所示，其中Vi是自半导体红外探测器输出的信号电压，其中包括参比电压VS和测试电压VR，它们经加至分离器26解调端的解调信号解调后，经分离器26的输出端④、⑨输出分离出的信号VS′和VR′。该两信号VS′和VR′分别经放大器27、28放大后加至差动放大器29的两输入端。其中信号VR的一路经电阻R5接比较器252的反向输入端⑥和电容C1的一端，电容器C1的另一端接电阻R4和光电耦合器的一端连接点，VR′经比较器252比较后，输出一信号到光电耦合器PH，控制其光敏电阻值的变化，使其随受温度等环境因素影响引起的VR、VS的变化而变化，控制对信号Vi的衰减器，从而保证信号Vi幅度不变。而气体浓度变化造成的VS变化不受此影响，比较器252也采用TL064放大器电路。
差动放大器29采用TL064电路构成，其将经放大器27、28放大后的信号VR、VS相减后输出一模拟信号，该信号经A/D变换器30变换为数字信号，经微处理器31进行处理，并通过显示部分32显示出相应的测出值。微处理器31采用80C31。显示部分31采用常规发光管显示器。
权利要求1.一种便携式红外线气体分析仪，它包括电机、由电机驱动的旋转滤波相关轮、红外光源、容纳检测气体的样品室、检测输出反映被测气体浓度信号的半导体红外探测器、输入端与红外探测器输出端相连进行放大处理的自动增益放大器、输入端与自动增益放大器的输出端相连的分离器、两个输入端分别与分离器的两个输出端相连的差动放大器、输入端与差动放大器输出端相连的A/D变换器、与A/D变换器输出端相连进行数字信号处理的微处理器和显示处理结果的显示装置，其特征在于样品室为多次反射气室，在多次反射气室的红外光入口和红外光出口滤光片之间设置有5个反射红外光的球面反射镜；在旋转滤波相关轮上设置了可透过红外光的一参比气室和一样品气室，该旋转滤波相关轮设置在红外光源和多次反射气室的红外光入口之间。
2.根据权利要求1所述的气体分析仪，其特征在于半导体红外探测器为硒化铅半导体传感器。
专利摘要一种便携式红外线微量气体分析仪,由电机、电机驱动的旋转滤波相关轮、红外光源、容纳检测气体的样品室、检测输出反映被测气体浓度信号的半导体红外探测器、放大信号的自动增量放大器、分离器及对信号进行处理显示的微处理器构成。样品室采用多次反射气室,其内设有多个球面反射镜,通过调整光反射的次数来改变气室内光路的长度,因此具有很好的抗干扰能力,误差小、灵敏度高。
文档编号G01N21/25GK2290850SQ97203549
公开日1998年9月9日 申请日期1997年4月18日 优先权日1997年4月18日
发明者张尧海 申请人:张尧海