CN100561195C - 适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定方法及装置，其特征在于，其方法为：将样品气进管、样品气出管和DC24V电源分别连接到非分散红外光谱测定装置的进气口、出气口和电源接入端；将信号输出线连接到非分散红外光谱测定装置的信号输出模块；打开电源进行采样和测量；采样和测量分为二路：第一路是样品气路，被检测样品气体由进气口进入，经过吸收池后，通过出气口排出；第二路为信号采集处理路，先由数字信号处理模块对红外光源进行电调制，被调制后的红外光源穿过吸收池被部分吸收后到达多元热电堆红外检测器，多元热电堆红外检测器的微电压信号输出给模拟信号放大调理模块后传递给数字信号处理模块进行采集和运算，最后经过信号输出模块输出给外部设备。本发明的优点是能在-40℃到+70℃工作。

Description

适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定方法及装置
技术领域
本发明涉及一种适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定方法及装置，尤其涉及一种石油钻井过程中气态烃组份在宽环境温度范围内的非分散红外光谱测定方法及装置，属于气态烃组份测量方法技术领域。
背景技术
目前市场上原非分散红外光谱测定仪如图1所示，由数字信号处理模块1、吸收池2、红外光源5、多元热电堆红外检测器6、模拟信号放大调理模块7和信号输出模块8组成，具体实现流程基本分为二路：第一路是样品气路，被检测样品气体由进气口3进入，经过吸收池2后，通过出气口4排出；第二路为信号采集处理路，先由数字信号处理模块1对红外光源5进行电调制，被调制后的红外光源5发出频率为2HZ的红外光，红外光穿过吸收池2被部分吸收后到达多元热电堆红外检测器6，多元热电堆红外检测器6的微电压信号输出给模拟信号放大调理模块7，再由模拟信号放大调理模块7传递给数字信号处理模块1进行采集和运算，最后经过信号输出模块8输出给外部设备。
这样的非分散红外光谱测定装置仅能工作在0到+50℃的环境温度条件下，这显然只能符合实验室工作的要求，而不能在一些条件较为恶劣的野外现场使用。这使得非分散红外光谱测定这一方法在工业生产现场、油(气)田勘探等实际运用中大受限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种能适合于-40℃到+70℃宽环境温度范围工作的非分散红外光谱测定方法及装置。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种非分散红外光谱测定装置，包括数字信号处理模块、吸收池、红外光源、模拟信号放大调理模块和信号输出模块，在吸收池两端设有进气口和出气口，数字信号处理模块与红外光源连接，模拟信号放大调理模块通过数字信号处理模块和信号输出模块连接，其特征在于，在吸收池上设有温度传感器，多元热电堆红外检测器与模拟信号放大调理模块连接，在吸收池设有加热装置，温度传感器和加热装置分别与恒温控制模块连接。
所述的加热装置为加热棒、加热丝、加热带或加热膜。
适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定方法，其特征在于，采用非分散红外光谱测定装置进行气态烃红外吸收组份的含量测定，其方法为：
第一步.将样品气进管连接到非分散红外光谱测定装置的进气口，再将样品气出管连接到非分散红外光谱测定装置的出气口；
第二步.将DC24V电源连接到非分散红外光谱测定装置的电源接入端；
第三步.将RS232或4-20mA信号输出线连接到非分散红外光谱测定装置的信号输出接口；
第四步.打开DC24V电源，通电30分钟后，进行采样和测量；
第五步.采样和测量分为二路：第一路是样品气路，被检测样品气体由进气口进入，经过吸收池后，通过出气口排出；第二路为信号采集处理路，先由数字信号处理模块对红外光源进行电调制，被调制后的红外光源发出频率为2HZ的红外光，红外光穿过吸收池被部分吸收后到达多元热电堆红外检测器，多元热电堆红外检测器的微电压信号输出给模拟信号放大调理模块，再由模拟信号放大调理模块传递给数字信号处理模块进行采集和运算，最后经过信号输出模块转换后通过输出接口传给外部设备。
本发明所用的非分散红外光谱测定装置增加了恒温控制路，吸收池的温度值经过温度传感器传递给恒温控制模块，恒温控制模块对加热装置给出控制信号，从而实现对吸收池进行60℃到80℃范围内的恒温控制；信号采集处理采用耐高温的多元热电堆红外检测器，工作环境温度可达到100℃，前者的吸收池定点恒温控制方式(可使多元热电堆红外检测器不再受温漂影响)保证了-40℃到+70℃的环境温度下，红外输出信号的精确性、稳定性和可靠性，同时吸收池的高温还很好的克服了样品气湿度的影响。而后者的选用耐高温的多元热电堆红外检测器则是本发明方法实现的前提。
本发明的优点是：
(1)可在-40℃到+70℃的宽温环境下工作；
(2)测量精度不受被测气体高湿度的影响；
(3)可进行气态烃组份测定；
(4)可实现在线快速测定；
(5)按照标准传感器模块生产。
附图说明
图1为原气态烃组份测量装置结构示意图；
图2为非分散红外光谱测定装置结构示意图；
图3为适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定方法示意图；
图4为采样和测量方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图2所示，为非分散红外光谱测定装置结构示意图，所述的非分散红外光谱测定装置13由数字信号处理模块1、吸收池2、红外光源5、模拟信号放大调理模块7、信号输出模块8、恒温控制模块9、温度传感器10、加热装置11和多元热电堆红外检测器12组成。
在吸收池2两端设有进气口3和出气口4，数字信号处理模块1与红外光源5连接，模拟信号放大调理模块7通过数字信号处理模块1和信号输出模块8连接，在吸收池2上设有温度传感器10，多元热电堆红外检测器12与模拟信号放大调理模块7连接，在吸收池2安装加热装置11，温度传感器10和加热装置11分别与恒温控制模块9连接。
所述的加热装置11可以为加热棒、加热丝、加热带或加热膜，本发明选用加热棒。
所有部件均为商业外购产品。
如图3所示，为适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定方法示意图，采用非分散红外光谱测定装置进行气态烃红外吸收组份的含量测定，其方法为：
第一步.将样品气进管连接到非分散红外光谱测定装置13的进气口3，再将样品气出管连接到非分散红外光谱测定装置13的出气口4；
第二步.将DC24V电源连接到非分散红外光谱测定装置13的电源接入端15；第
第三步.将RS232或4-20mA信号输出线连接到非分散红外光谱测定装置13的信号输出接口16；
第四步.打开DC24V电源，通电30分钟后，进行采样和测量；
第五步.采样和测量分为二路：第一路是样品气路，被检测样品气体由进气口3进入，经过吸收池2后，通过出气口4排出；第二路为信号采集处理路，先由数字信号处理模块1对红外光源5进行电调制，被调制后的红外光源5发出频率为2HZ的红外光，红外光穿过吸收池2被部分吸收后到达多元热电堆红外检测器12，多元热电堆红外检测器12的微电压信号输出给模拟信号放大调理模块7，再由模拟信号放大调理模块7传递给数字信号处理模块1进行采集和运算，最后经过信号输出模块8转换后通过输出接口16传给外部设备，如图4所示。
吸收池2的温度值经过温度传感器10传递给恒温控制模块9，恒温控制模块9经过PID算法对加热棒11给出控制信号，从而实现对吸收池2进行60℃到80℃范围内的恒温控制。

Claims (3)

1.一种适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定装置，包括数字信号处理模块(1)、吸收池(2)、红外光源(5)、模拟信号放大调理模块(7)和信号输出模块(8)，在吸收池(2)两端设有进气口(3)和出气口(4)，数字信号处理模块(1)与红外光源(5)连接，模拟信号放大调理模块(7)通过数字信号处理模块(1)和信号输出模块(8)连接，其特征在于，在吸收池(2)上设有温度传感器(10)，多元热电堆红外检测器(12)与模拟信号放大调理模块(7)连接，在吸收池(2)上设有加热装置(11)，温度传感器(10)和加热装置(11)分别与恒温控制模块(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定装置，其特征在于，所述的加热装置(11)为加热棒、加热丝、加热带或加热膜。
3.采用权利要求1所述的一种适合于宽环境温度范围的非分散红外光谱测定装置的测定方法，其特征在于，采用非分散红外光谱测定装置进行气态烃红外吸收组份的含量测定，其方法为：
第一步.将样品气进管连接到非分散红外光谱测定装置(13)的进气口(3)，再将样品气出管连接到非分散红外光谱测定装置(13)的出气口(4)；
第二步.将DC24V电源连接到非分散红外光谱测定装置(13)的电源接入端(15)；
第三步.将RS232或4-20mA信号输出线连接到非分散红外光谱测定装置(13)的信号输出接口(16)；
第四步.打开DC24V电源，通电30分钟后，进行采样和测量；
第五步.采样和测量分为二路：第一路是样品气路，被检测样品气体由进气口(3)进入，经过吸收池(2)后，通过出气口(4)排出；第二路为信号采集处理路，先由数字信号处理模块(1)对红外光源(5)进行电调制，被调制后的红外光源(5)发出频率为2Hz的红外光，红外光穿过吸收池(2)被部分吸收后到达多元热电堆红外检测器(12)，多元热电堆红外检测器(12)的微电压信号输出给模拟信号放大调理模块(7)，再由模拟信号放大调理模块(7)传递给数字信号处理模块(1)进行采集和运算，最后经过信号输出模块(8)转换后通过输出接口(16)传给外部设备。
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基于非分散红外( NDIR)原理的煤矿甲烷检测仪. 刘敏等.仪表技术与传感器，第3期. 2007
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