CN203132988U

CN203132988U - 一种在线气体检测装置

Info

Publication number: CN203132988U
Application number: CN 201220748289
Authority: CN
Inventors: 张永鹏; 牛麒斌; 黄云彪; 曾繁华
Original assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Current assignee: Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Priority date: 2012-12-30
Filing date: 2012-12-30
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2022-12-30

Abstract

本实用新型提供一种在线气体检测装置，包括：激光驱动单元、发射单元、测量池、接收单元、气压检测单元、采集单元和数据处理单元，所述采集单元获取所述第一模拟信号和所述气压值，并将所述第一模拟信号转换成第一数字信号，将所述第一数字信号与所述气压值进行存储，等待所述数据处理单元从所述采集单元中提取所述第一数字信号和气压值，可见本实用新型提供的技术方案有效的解决了现有技术中，所述采集处理单元在获取采样数据和对所述采样数据进行处理的过程中，出现在处理采样数据的过程中丢数据，以及在单位时间内不能够快速获得足够的采样数据而造成数据丢失的问题。

Description

一种在线气体检测装置

技术领域

本实用新型气体检测领域，特别涉及一种在线气体检测装置。

背景技术

随着我国工业化进程的不断发展，企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的工业废气（SO2、NO、CO2、CO、粉尘等）的排放排放量也在日益剧增，并且已经成为大气污染物的主要来源，成为我国目前最突出的环境问题之一。大量工业废气如果未经处理达标后排入大气，必然使大气环境质量下降，给人体健康带来严重危害，给国民经济造成巨大损失，所以如何精确检测并判断企业排放的工业废气是否符合国家标准，也就成为一个困扰国际民生的重要话题。

常用的气体检测方法可分为四类：化学分析法、光谱分析法、色谱分析法、电化学分析法，其中光谱分析法一般都采用红外线气体检测技术，其原理是当一束具有连续波长的红外光通过工业废气时，工业废气中气体层中的极性分子，即非单元素气体分子（如SO2、NO、CH4、NH3、CO、CO2等）的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，所述气体分子就会吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，所述气体分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，处于该波长的光就会被特定气体吸收，并且，每种气体都具有由数量不同的吸收谱带组成的吸收光谱。气体对红外线的特征吸收遵循朗伯特-比尔定律：A=lg(1/T)=Kbc。其中A为吸光度，T为透射比（透射光强度与入射光强度之比），K为摩尔吸收系数。它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关。c为吸光物质的浓度，b为吸收层厚度，物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比。

图1为现有技术中气体检测装置的结构图。

在我国一般都采用可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable diodelaser absorption spectroscopy，TDLAS）技术对气体进行检测。参见图1，现有技术中基于TDLAS技术的气体检测装置包括辐射源100、测量池200、接收单元300、气压检测单元400和采集处理单元500。

其中辐射源100的红外线输出端与所述测量池200的红外线输入口相连，输出端与所述采集处理单元500的输入端相连，所述采集处理单元500的输入端接有所述气压检测单元400的输出端和所述接收单元300的输出端，所述测量池200的红外线输出口与所述接收单元300的红外线接收端相连，所述气压检测单元400设置于所述测量池200的气体通道内，现有技术中的采集处理单元500一般采用单片机处理器。

所述辐射源100向所述测量池200发出特定波长的第一红外线，其中所述测量池200有气体持续流过，并且所述第一红外线的入射方向与所述气体的流向垂直，所述第一红外线经过所述气体时，会被所述气体中振动频率或转动频率与所述第一红外线频率相匹配的第一气体分子所吸收，得到被气体吸收后的第一红外线，所述接收单元300获取到所述第一红外线后将所述第一红外线的光信号转化为电信号，并将所述电信号发送至所述采集处理单元500，设置于所述测量池200的气体通道内的所述气压检测单元400检测气体的气体气压P，并将所述气体气压P发送至所述采集处理单元500，所述采集处理单元500获取到所述电信号后，对所述电信号进行采样，对所述采样得到的电信号进行处理计算，得到所诉第一红外线的光强I，并依据比尔-兰伯特原理计算得到气体中所述第一气体分子的浓度C。其中，当气体在特定波长范围吸收时，其吸收强度的数学表达式为：I=I₀exp[-α(v)PCL]。

其中，α(v)为介质对光的吸收系数；L为第一红外线穿过所述气体的宽度，I₀为预设值。

现有的基于TDLAS技术的气体检测装置目前都采用了直接用采集处理单元进行数据处理方式，但是由于采样数据量非常大，其数据传输速度非常快，所述接收单元产生电信号后所述采集处理单元必须立即获取所述电信号，但是所述采集处理单元的处理速度相对缓慢，这样就会导致所述采集处理单元在获取采样数据和对所述采样数据进行处理的过程中，会出现在处理采样数据的过程中丢数据，以及在单位时间内不能够快速获得足够的采样数据而造成数据丢失情况。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种在线气体检测装置，使处理单元不必立即获取所述电信号，以保证在检测气体的过程中不会出现数据丢失的情况。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

依据预设光强值，生成并输出对应的第一电流信号的激光驱动单元；所述预设光强值是依据所述需要测量的气体种类的吸收波长设定的；

输入端与所述激光驱动单元的输出端相连，依据所述第一电流信号生成第一激光信号的发射单元；

激光输入口与所述发射单元的输出端相连的测量池；

输入端与所述测量池的激光输出口相连，将穿过气体后的第一激光信号转化为第一模拟信号的接收单元；

设置于所述测量池的气体通道内，检测气体的气压值的气压检测单元；

输入端分别与所述接收单元的输出端和气压检测单元的输出端相连，获取所述气压值和所述第一模拟信号，将所述第一模拟信号转换为第一数字信号，将所述气压值和第一数字信号进行存储的采集单元；

输入端与所述采集单元的输出端相连，获取所述采集单元存储的所述第一数字信号和气压值，计算得到气体浓度的数据处理单元。

优选的，上述在线气体检测装置，还包括：

与所述数据处理单元相连，当所述第一分子的气体浓度不小于预设浓度后，发出报警信号的报警单元。

优选的，上述在线气体检测装置，所述装置还包括：

输入端与所述激光驱动单元和所述数据处理单元相连，向所述激光驱动单元和所述数据处理单元发出所述第一激光信号的预设光强值的控制单元。

优选的，上述在线气体检测装置中，所述数据采集单元包括现场可编辑门阵列单元。

通过上述技术方案可知，本实用新型的技术方案中，所述采集单元获取所述第一模拟信号和所述气压值，并将所述第一模拟信号转换成第一数字信号，将所述第一数字信号与所述气压值进行存储，等待所述数据处理单元从所述采集单元中提取所述第一数字信号和气压值，可见本实用新型提供的技术方案有效的解决了现有技术中，所述采集处理单元在获取采样数据和对所述采样数据进行处理的过程中，会出现在处理采样数据的过程中丢数据，以及在单位时间内不能够快速获得足够的采样数据而造成数据丢失的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中气体检测装置的结构图；

图2为本实用新型实施例中提供的在线气体检测装置的结构图；

图3为气压检测单元与所述检测池的位置关系图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种在线气体检测装置，保证在数据的处理过程中保证不会出现数据丢失的情况。

图2为本实用新型实施例中提供的在线气体检测装置的结构图。

参见图2，一种在线气体检测装置，可以包括：

依据预设光强值I₀，生成并输出对应的第一电流信号的激光驱动单元600，所述预设光强值I₀是依据所述需要测量的气体种类的吸收波长设定的；

具体的，激光驱动单元600可以是激光驱动电路，所述激光驱动单元可以输出能够转换为第一激光信号的第一电流信号，并且所述激光驱动单元600可以通过对电流和温度的调节，实现对所述第一激光信号的调节，从而保证依据所述第一电流信号得到的第一激光信号能够被需要测量的气体最优吸收，并且所述第一激光只能被所述需要测量的气体分子吸收，而不能被其他气体分子吸收，或其他气体分子只能微弱吸收的所述第一激光信号，从而消除或减弱其他气体的干扰，从而提高了测量精度。例如：所述激光驱动单元600通过对发射单元700注入电流进行正弦调制，则所述发射单元发出激光信号的输出频率和输出光强也将受到相应的调制，并产生各次谐波信号，由于各次谐波信号的峰值是逐级递减的，并且只有偶次谐波信号才能在中心波长达到最大，所述发射单元700将二次谐波信号作为第一激光信号输出。

输入端与所述激光驱动单元600的输出端相连，依据所述第一电流信号生成第一激光信号的发射单元700；

具体的，所述发射单元700获取到所述第一电流信号后，依据所述第一电流信号生成第一激光信号，并且通过所述发射单元700的输出端将所述第一激光信号发送至测量池200。

激光输入口与所述发射单元的输出端相连测量池200；

具体的，所述第一激光信号由所述测量池200的激光输入口输入，经由气体通道，由激光输出口输出，并且所述气体通道中有气体持续流过。当所述第一激光信号穿过所述气体时，由于所述被测气体分子的振动频率或转动频率和所述第一激光信号的频率相匹配，所以所述被测气体分子就会吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，所述被测气体分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，处于该波长的光就会被被测气体分子吸收。

输入端与所述测量池200的激光输出口相连，将穿过气体后的第一激光信号转化为第一模拟信号的接收单元300；

具体的，所述接收单元300获取到穿过气体后的第一激光信号后，将所述第一激光信号转换为第一模拟信号，此时的第一模拟信号为波形信号。

参见图3，图3为气压检测单元与所述检测池的位置关系图；

设置于所述测量池200的气体通道内，检测气体的气压值的气压检测单元400；

具体的，由于在不同的大气压强下，被测气体分子对所述第一激光信号的吸收强度不同，所以本实用新型通过在所述检测池200的气体通道内设置所述气压检测单元400，实时检测气体1000流经所述气体通道时的气压值P，并将所述检测到的气压值P发送至采集单元800。

输入端分别与所述接收单元300的输出端和气压检测单元400的输出端相连，获取所述气压值和所述第一模拟信号，并将所述第一模拟信号转换为第一数字信号，并将所述气压值P和与之对应的第一数字信号进行存储的采集单元800；

具体的，由于现有技术采用采集处理单元直接对所述第一模拟信号和气压值P进行采集和计算的处理方式，但是由于在线气体采集数据量非常大，导致所述采集处理单元无法采集到足够的数据信息的情况，而本实用新型设置采集单元800，用所述采集单元800获取所述气压值P和所述第一模拟信号，将所述第一模拟信号转换为第一数字信号，将所述气压值P和第一数字信号进行存储的采集单元，从而使采样的速度和可靠性得到了有力的保证。

在本实用新型提供的技术方案中，通过设置所述采集单元800对所述第一模拟信号和所述气压值P进行采集，并将所述第一模拟信号转换成第一数字信号，将所述第一数字信号和所述气压值P进行存储，可以理解的是，所述采集可以是对所述第一模拟信号进行采样。

输入端与所述采集单元800的输出端相连，获取所述采集单元800存储的所述第一数字信号和气压值P，计算得到与所述第一激光信号相匹配的第一气体分子的气体浓度的数据处理单元900。

具体的，所述数据处理单元900获取所述采集单元800中存储的第一数字信号和所述气压值P，对所述第一数字信号进行计算得到被吸收后的第一激光信号的接收光强I，依据所述预设光强值I₀得到所述第一分子的气体浓度C。

所述数据处理单元900依据自身处理速度获取所述采集单元800存储的第一数字信号，依据比尔-兰伯特原理计算得到气体中所述第一气体分子的浓度C。其中，当气体在特定波长范围吸收时，其吸收强度的数学表达式为：I=I₀exp[-α(v)PCL]。其中，所述数据处理单元900可以根据自身的处理速度设定其获取所述第一数字信号的速度。

其中，α(v)为介质对光的吸收系数；

L为第一红外线穿过所述气体的宽度，即所述气体通道的宽度。

由本实用新型实施例中提供的技术方案可知，本实用新型通过设置所述采集单元，将获取到的所述第一模拟信号转换成第一数字信号进行和与之相匹配的所述气压值进行存储，当所述数据处理单元需要获取所述第一数字信号和所述气压值时，可以从所述采集单元获取所述第一数字信号，从而使所述数据处理单元能够有足够的时间处理所述第一数字信号和所述气压值，从而防止了由于数据处理量非常大，但自身处理速度有限，而造成的数据丢失的问题。

可以理解的是，当所述在线气体检测装置检测到所述第一气体分子的浓度超过预设标后，为及对用户做出提醒，上述实施例中提供的在线气体检测装置，还可以包括报警单元；

所述报警单元与所述数据处理单元相连，所述数据处理单元判断所述第一分子的气体浓度不小于预设浓度后，启动所述报警单元发出报警信号。

当然，为了保证所述在线气体检测装置更见方便快捷的对不同的气体分子的浓度进行检测，所述在线气体检测装置还包括控制单元；

所述控制单元的输入端与所述激光驱动单元和所述数据处理单元相连，所述控制单元向所述激光驱动单元和所述数据处理单元发出所述第一激光信号的预设光强值I₀。

当然，本实用新型提供的技术方案还可以包括与所述数据处理单元输出端相连的显示单元，所述数据处理单元将计算出得到的第一气体分子的浓度发送个所述显示单元，所述显示单元显示所述第一气体分子的浓度。

所述被测气体的种类可以包括：SO2或NO或CO2或CO，当然也可以包括气体，不必一一列出。

可以理解的是，本实用新型中的采集单元800可以包括现场可编辑门阵列单元，所述现场编辑门阵列单元可以是阿尔特拉公司（ALTERA）公司的EP3C 10型号的现场编辑门阵列；

所述数据处理单元包括数字信号处理器（Digital signal processorDSP），所述数字信号处理器可以是德州仪器(Texas Instruments TI)公司的TMS320F28335型号的数字处理器。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种在线气体检测装置，其特征在于，包括：

依据预设光强值，生成并输出与所述预设光强值对应的第一电流信号的激光驱动单元；所述预设光强值是依据所述需要测量的气体种类的吸收波长设定的；

激光输入口与所述发射单元的输出端相连的测量池；

2.根据权利要求1所述在线气体检测装置，其特征在于，还包括：

与所述数据处理单元相连，当第一分子的气体浓度不小于预设浓度后，发出报警信号的报警单元。

3.根据权利要求1所述在线气体检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

4.根据权利要求1所述在线气体检测装置，其特征在于，所述数据采集单元包括现场可编辑门阵列单元。

5.根据权利要求1所述在线气体检测装置，其特征在于，所述数据处理单元包括数字信号处理器。