专利名称：长廊宽吸收光谱的毒气报警器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种毒气报警器，特别涉及一种属于物质分析和安防技术领域，适用 于较大范围公共场所周边或中间线段的毒气和火灾安防报警的长廊宽吸收光谱的毒气报
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背景技术：
人类长久以来不断努力感知并防范毒气，在技术上采用过生物探测和器具探测来 感知和防范毒气；现在，随着现代传感器技术发展，能够实现快速、便捷探测毒气。现有的探测毒气的传感器一类是采用聚合物导体或金属氧化物半导体材料制作 的气体感应传感器，这类的气体感应传感器会由于聚合物导体或金属氧化物半导体这些材 料的电阻率随接触气体浓度增加而改变，但这类气体感应传感器的灵敏度一般，基本上一 种材料对应一种气体，适合以点大量布置实现区域防范毒气。另一类是采用离子迁移谱、气相色谱、敏感物质荧光猝变技术高灵敏定性分析气 体，适合近距离探测多种毒气，有手持探测和固定检测的设备，但这类设备的成本高，只能 应用少数几台设备，难以应付大范围实时探测的要求。还有一类是应用于大气污染成分和程度分析的差分光谱分析设备，主要是由一台 发射和接收的差分光谱分析仪及一块反光镜组成，能分析空气中的so2、co2、o3等气体，但目 前不能宽光谱探测各种毒气，也不能将此一套设备用于长廊等警戒区域的四周来探测防范
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发明内容
本发明的目的在于提供一种长廊宽吸收光谱的毒气报警器，克服上述现有的毒气 探测设备难以对区域四周等大范围同时探测多种毒气的缺陷，达到在一个区域的四周和中 间折线段探测空气中可能出现的各种毒气并进行报警。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现一种长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，它包括一发射装置，通过宽光谱光束输出初始光谱；一接收分析装置，用于接收光束，读取气体吸收光谱并差谱出吸收谱线进行比对 判断和进行报警；及若干反光镜装置，置于所述发射装置与所述接收分析装置之间的光路中并用于改 变光束的走向以警戒不同形状的区域；所述发射装置输出的初始光谱通过宽光谱长光纤输入到所述接收分析装置中，所 述发射装置和所述接收分析装置分别设置在警戒区域的两端。在本发明的一个实施例中，所述发射装置包括发射装置壳体、大包容角反光碗、宽 光谱近似点光源和光源的恒功率电源；所述大包容角反光碗嵌装在所述发射装置壳体中， 所述的宽光谱近似点光源光谱宽度为290nm-1700nm，所述大包容角反光碗与所述宽光谱近似点光源构成平行光探照灯，所述光源的恒功率电源设置在所述发射装置壳体中并与所述 宽光谱近似点光源连接，在所述大包容角反光碗的后端设置有一取样物镜，通过所述取样 物镜将所述宽光谱近似点光源成像在所述发射装置壳体上的发射机光纤插座的出射端面 上，所述发射机插座通过宽光谱长光纤与所述接收分析装置连接。进一步，所述大包容角反光碗的前端设置有宽光谱窗口玻璃，所述宽光谱窗口玻 璃上镀有宽光谱增透膜，所述增透膜的宽光谱增透范围为290nm-1700nm。进一步，所述大包容角反光碗的反光面呈近抛物线面，所述反光碗的近抛物线面 焦点位置放置近似的点光源，所述反光面上镀有金或银的高反膜层。在本发明的一个实施例中，所述反光镜装置包括安装支架和反光镜，所述反光镜 设置在所述安装支架上，所述反光镜玻璃背面镀有使光谱在所述反光镜表面达到接近全入 射角反射的金或银膜。进一步，所述反光镜装置还包括一组对所述反光镜表面进行自清洁的掸尘装置， 所述掸尘装置包括掸尘器和掸尘器电机，所述掸尘器电机设置在所述安装支架上，所述掸 尘器设置在所述掸尘器电机上方并与所述掸尘器电机连接，所述掸尘器的掸尘刷设置在所 述反光镜的表面进行掸尘。再进一步，所述掸尘器的后端设置有风机，所述掸尘器靠近所述反光镜表面的位 置设置有形成正压层的吹气除尘口。在本发明的一个实施例中，所述接收分析装置包括宽光谱光束接收物镜组、宽光 谱双谱段光谱仪、差谱比对处理器和装置本体，所述宽光谱光束接收物镜组、宽光谱双谱段 光谱仪和差谱比对处理器分别设置在所述装置本体中，所述宽光谱双谱段光谱仪的两个输 入端通过Y形输入光纤与光切换开关的输出端连接，光切换开关的一个输入端通过取样光 纤接到所述光束接收物镜组的像端，光切换开关的另一个输入端依次通过光纤耦合器和光 纤插座与宽光谱长光纤连接，连接到所述发射装置，所述宽光谱双谱段光谱仪的输出端连 接差谱比对处理器。进一步，所述宽光谱双谱段光谱仪中设置有高灵敏线阵传感器。本发明的长廊宽吸收光谱的毒气报警器，采用了宽光谱双谱段测试满足对各种毒 气吸收峰的仔细辨别，达到一次性对各种毒气的探测报警，采用宽光谱长光纤输送初始光 谱使发射装置和接收分析分置警戒区域二端，反光镜装置让光束变向适应多种形状区域警 戒，差谱法去除其他干扰提高吸收光谱比对的准确性，此设计独特新颖，适合用于多种场合 警戒和毒气报警，实现本发明的目的。本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
图1是本发明的长廊宽光谱吸收的毒气报警器的结构示意图；图2是本发明的长廊宽光谱吸收的毒气报警器的发射机的结构示意图；图3是本发明的长廊宽光谱吸收的毒气报警器的自清洁反光镜的结构示意图；图4是本发明的长廊宽光谱吸收的毒气报警器的接收分析机的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面 结-合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例如图1所示，本发明的长廊宽光谱吸收的毒气报警器，它包括一发射装置100、一 接收分析装置200及若干反光镜装置300，发射装置100输出的初始光谱通过宽光谱长光纤 400输入到接收分析装置200中，发射装置100和接收分析装置200分别设置在警戒区域的 两端，一般安排光束行进在需防范毒气出现及车辆行人不易阻挡的位置；发射装置100发 射的宽光谱光束在空气中经反光镜装置300反射沿长廊到达接收分析装置200，路途中各 气体对光束造成光谱吸收，发射装置100输出的初始光谱通过宽光谱长光纤400输入到接 收分析装置200，接收分析装置200接收光束去除干扰，测出光束行进中遇到毒气产生的吸 收谱线，通过计算机比对毒气样品判断出毒气进行报警，能同时分析多种气体。如图2所述，发射装置100包括发射装置壳体110、大包容角反光碗120、宽光谱近 似点光源130和光源恒功率电源140 ；大包容角反光碗120嵌装在发射装置壳体110中，大 包容角反光碗120与宽光谱近似点光源130构成平行光探照灯，发射稳定的高轴向光强宽 光谱平行光束500，光谱范围达到290nm-1700nm，涵盖各种毒气识别吸收谱线；光源的恒功 率电源140设置在发射装置壳体110中并为宽光谱近似点光源130供电。大包容角反光碗120的反光面呈近似抛物线面，大包容角反光碗120更多利用了 宽光谱近似点光源130的光能分布，近抛物面反光设计成汇聚宽光谱近似点光源130的光 线成平行光发射，大包容角反光碗120的反光面上镀有金或银的高反膜层以得到高的轴向 光强。在大包容角反光碗120的后端设置有一取样物镜150，通过取样物镜150将宽光谱 近似点光源130成像在发射装置壳体110上的发射机光纤插座160的出射端面上，提供初 始的光谱分布曲线，发射机光纤插座160通过宽光谱长光纤400与接收分析装置200连接， 将初始光谱输送到接收分析装置200。大包容角反光碗120的前端设置有宽光谱窗口玻璃170，宽光谱窗口玻璃170上镀 有宽光谱增透膜，宽光谱增透膜的光谱宽度为290nm-1700nm，减少光能损失。发射装置100 一般安装在使光束行进于需防范毒气出现的警戒区域及车辆行人不易阻挡的位置上。在本实施例中，宽光谱近似点光源130为氙灯光源，氙灯光源包含290nm-1700nm 毒气主要的吸收峰光谱分布，高压下氙气放电后通过光源恒功率电源140加低压恒流恒压 稳定光源发光。如图3所示，反光镜装置300用于改变光束走向适应多种形状区域警戒，反光镜装 置300包括安装支架310和反光镜320，反光镜320设置在安装支架310上，反光镜320背 面镀有用于使光谱在反光镜320表面达到接近全入射角反射的金或银膜321，反光镜320对 290nm-1700nm光谱范围达到接近全入射角反射。为了防止灰尘影响工作，反光镜装置200还包括对反光镜320表面进行自清洁的 掸尘装置330，掸尘装置330包括掸尘器331和掸尘器电机332，掸尘器电机332设置在安装 支架310上，掸尘器331设置在掸尘器电机332上方并与掸尘器电机332连接，掸尘器331
5的掸尘刷33设置在反光镜320的表面进行掸尘，掸尘器331的后端设置有风机340，掸尘器 331靠近反光镜320表面的位置设置有形成正压层的吹气除尘口 334，提供高速气流，自动 挡灰除尘保持反光镜320表面的清洁。根据警戒路线的走向，在需要光束转向处将反光镜装置300安装在光束行进路线 上，使反射光束转向至需要的方向，以探测拐弯的长廊或探测折线区域的毒气。如图4所示，接收分析装置200包括光束接收物镜组210、宽光谱双谱段光谱仪 220、差谱比对处理器230和装置本体240，光束接收物镜组210、宽光谱双谱段光谱仪220 和差谱比对处理器230分别设置在装置本体240中，宽光谱双谱段光谱仪220的两个输入 端通过Y形输入光纤250与光切换开关260的输出端连接，光切换开关260的一个输入端 通过取样光纤270接到光束接收物镜组210的像，光切换开关260的另一个输入端依次通 过光纤耦合器280和光纤插座290与宽光谱长光纤400连接，连接到发射装置100，宽光谱 双谱段光谱仪220的输出端连接差谱比对处理器230，宽光谱双谱段光谱仪220中设置有高 灵敏线阵传感器221。接收分析装置200通过光束接收物镜组210将宽光谱平行光束500聚焦在取样光 纤270的进光端面上，取样光纤270另一端接光切换开关260 —输入端，光纤插座290用光 纤耦合器280和光切换开关260另一输入端相接，光切换开关260输出端接Y形输入光纤 250的输入头，输出二头分接宽光谱双谱段光谱仪220 二输入窗口，光切换开关260控制宽 光谱双谱段光谱仪220分别对光束或光纤原始光谱测光谱数值，宽光谱双谱段光谱仪220 进行分光后由高灵敏线阵传感器221精确读出光谱分布数值送到差谱比对处理器230计算 处理，通过宽光谱双谱段光谱仪220的高灵敏线阵传感器221精确测试二者光谱幅度，进行 相除和求对数计算，得到光束路途中流动气体吸收的高频分量和光源、光学系统及环境等 背景影响的低频分量，通过高通滤波得到气体的吸收谱线数值，将吸收谱数值比对各种样 品库，运用差谱法消除灯光、常见气体吸收的常见干扰，通过计算测试吸收谱线对应各毒气 吸收谱的概率，确定是否毒气，实现安装方便、快速探测范围大、对多种毒气进行报警。毒气的出现会改变光束的光谱分布，一定浓度的毒气将使光束产生一定幅度的一 组吸收峰，光束光谱宽度和双谱段光谱仪的光谱测试范围达到290nm-1700nm以包含各种 毒气主要吸收峰的光谱分布，当毒气出现在宽光谱平行光束500上改变光束的光谱分布， 一定浓度的毒气使光束产生一定幅度的一组吸收峰，二者的比值就出现波动，对数计算能 区分开吸收峰与光学上的背景变化，通过高通处理消除背景的影响，得吸收峰数值，用差谱 法去除的各种灯光干扰和常见气体影响，消除尘埃的闪烁，对得到的光束路途中气体吸收 谱数值比对各种毒气样品库，寻找有无一致的，或运用差值计算确定毒气吸收谱的存在，对 毒气进行报警。宽光谱双谱段光谱仪220的高灵敏线阵传感器221精确测出光束光谱与原始光谱 对应幅度数值的微小差别，计算机得出二者比值的细微波动，通过对数处理分开快变化的 吸收谱线和慢变化的包括光源、光学件和环境的背景干扰以及长光纤的拉曼散射干扰等， 高低不同的变化值用高通处理滤除背景的低频分量就得到吸收谱线的波数和幅度值。差谱比对处理器230对吸收谱线先尝试差谱掉容易出现的香烟、车辆尾气、水汽 等气体吸收谱值和去除掉车辆灯光、手机液晶屏、物体反光等灯光变化对测试影响，再与样 品库毒气吸收光谱数据进行比对是否有一致的样品出现，再加入经验值和概率判断法则对比对结果作出是否毒气判断，进行报警。在本实施例中，发射装置100光束出射位置至接收分析装置200接收终点之间折 线总长应短于光束轴向光强除以光谱仪额定照度再去除光程中反光镜的反射损失和接收 物镜光纤的光能损失以及灰尘水汽对空气光透过率的影响等最后得到值的平方根，探测毒 气的有效性须满足毒气在光束区域的浓度和长度所决定的吸收峰幅度达到接收探测的灵敏度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
一种长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，它包括一发射装置，通过宽光谱光束输出初始光谱；一接收分析装置，用于接收光束，读取气体吸收光谱并差谱出吸收谱线进行比对判断和进行毒气报警；及若干反光镜装置，置于所述发射装置与所述接收分析装置之间的光路中并用于改变光束的走向以警戒不同形状的区域；所述发射装置输出的初始光谱通过宽光谱长光纤输入到所述接收分析装置中，所述发射装置和所述接收分析装置分别设置在警戒区域的两端。
2.如权利要求1所述的长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，所述发射装置包 括发射装置壳体、大包容角反光碗、宽光谱近似点光源和光源恒功率电源；所述大包容角反 光碗嵌装在所述发射装置壳体中，所述大包容角反光碗与所述宽光谱高近似点光源构成平 行光探照灯，所述光源恒功率电源设置在所述发射装置壳体中并与所述宽光谱近似点光源 连接，在所述大包容角反光碗的后端设置有一取样物镜，通过所述取样物镜将所述宽光谱 近似点光源成像在所述发射装置壳体上的发射机插座的出射端面上，所述发射机插座通过 宽光谱长光纤与所述接收分析装置连接。
3.如权利要求2所述的长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，所述大包容角反 光碗的前端设置有宽光谱窗口玻璃，所述宽光谱窗口玻璃上镀有增透范围为290nm-1700nm 的宽光谱增透膜。
4.如权利要求2所述的长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，所述大包容角反 光碗的反光面呈近抛物线面，所述反光面上镀有金或银的高反膜层。
5.如权利要求1所述的长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，所述反光镜装置 包括安装支架和反光镜，所述反光镜设置在所述安装支架上，所述反光镜背面镀有用于使 光谱在所述反光镜表面达到接近全入射角反射的金或银膜。
6.如权利要求5所述的长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，所述反光镜装置 还包括一组对所述反光镜表面进行自清洁的掸尘装置，所述掸尘装置包括掸尘器和掸尘器 电机，所述掸尘器电机设置在所述安装支架上，所述掸尘器设置在所述掸尘器电机上方并 与所述掸尘器电机连接，所述掸尘器的掸尘刷设置在所述反光镜的表面进行掸尘。
7.如权利要求6所述的长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，所述掸尘器的后 端设置有风机，所述掸尘器靠近所述反光镜表面的位置设置有形成正压层的吹气除尘口。
8.如权利要求1所述的长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，所述接收分析装 置包括光束接收物镜组、宽光谱双谱段光谱仪、差谱比对处理器和装置本体，所述光束接收 物镜组、宽光谱双谱段光谱仪和差谱比对处理器分别设置在所述装置本体中，所述宽光谱 双谱段光谱仪的两个输入端通过Y形输入光纤与光切换开关的输出端连接，光切换开关的 一个输入端通过取样光纤接到所述光束接收物镜组的像端，光切换开关的另一个输入端依 次通过光纤耦合器和光纤插座与宽光谱长光纤连接，连接到所述发射装置，所述宽光谱双 谱段光谱仪的输出端连接差谱比对处理器。
9.如权利要求1所述的长廊宽吸收光谱的毒气报警器，其特征在于，所述宽光谱双谱 段光谱仪中设置有高灵敏线阵传感器。
全文摘要
本发明的目的在于公开一种长廊宽吸收光谱的毒气报警器，它包括一发射装置、一接收分析装置及若干反光镜装置；所述发射装置输出的初始光谱通过宽光谱长光纤输入到所述接收分析装置中，所述发射装置和所述接收分析装置分别设置在警戒区域的两端；采用了宽光谱双谱段吸收光谱的测试满足一次性对各种毒气的探测报警，采用宽光谱长光纤输送初始光谱使发射装置和接收分析分置警戒区域二端，反光镜装置让光束变向适应多种形状区域警戒，差谱法去除其他干扰提高吸收光谱比对的准确性，设计独特新颖，适合用于多种场合警戒和毒气报警，实现本发明的目的。
文档编号G08B21/14GK101833847SQ20101017560
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者吴晶, 唐前进, 成诚, 朱弘, 邵杰, 陈建永 申请人:公安部第三研究所