[發(fā)明專利]測(cè)量一氧化碳濃度的儀器及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810033261.8
• 申請(qǐng)日: 2008-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN101231240A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖存杰;魯毅鈞;王斌;燕銳;許林軍;陳茜;徐新宏;潘滬湘;王云景;方晶晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍醫(yī)學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N21/35
• 分類號(hào): G01N21/35
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量一氧化碳濃度的儀器及方法。

背景技術(shù)

國(guó)內(nèi)外的研究和實(shí)踐均證明，一氧化碳是一種侵害血液、神經(jīng)的有害氣體。長(zhǎng)期接觸低濃度一氧化碳對(duì)人體心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的毒害作用。而濃度不定的一氧化碳在環(huán)境空氣中的存在，也會(huì)影響著大氣環(huán)境空氣質(zhì)量，因此監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣中一氧化碳濃度的含量是保證人體身心健康和控制環(huán)境污染所必需的技術(shù)手段。

現(xiàn)今對(duì)環(huán)境中一氧化碳監(jiān)測(cè)儀器測(cè)定的方法主要有紅外吸收光譜法、定電位電解法、置換汞法和氣相色譜法等，其中紅外吸收光譜法是現(xiàn)今較先進(jìn)和抗干擾能力較強(qiáng)的技術(shù)。目前環(huán)境空氣中一氧化碳檢測(cè)儀大都是基于紅外吸收光譜法進(jìn)行測(cè)量，如文獻(xiàn)“光電子激光，2002，13(2)，133～135”中公開的“新型紅外一氧化碳?xì)怏w分析儀”和文獻(xiàn)“光學(xué)技術(shù)，2001，27(1)，91～94”公開的“利用紅外光譜吸收原理的一氧化碳濃度測(cè)量裝置研究”等，均是利用一氧化碳?xì)怏w對(duì)特定波長(zhǎng)光能的吸收量與一氧化碳?xì)怏w濃度之間的定量關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。但是由于不同氣體之間的特征吸收光譜帶彼此會(huì)有重疊，因而除目標(biāo)氣體外的其它氣體也會(huì)吸收測(cè)量波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光能，由此造成測(cè)量誤差，這些其它氣體被稱為干擾氣體，在環(huán)境空氣中常常也會(huì)存在，因此現(xiàn)有測(cè)量方法由于干擾氣體的存在而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果極為不精確，同時(shí)上述文獻(xiàn)中提到的儀器或裝置從測(cè)量方法上也無法消除由此造成的誤差，顯然，現(xiàn)有方法得到的測(cè)量結(jié)果并不能實(shí)時(shí)精確地反映環(huán)境中的一氧化碳濃度。此外，由于環(huán)境空氣在傳送過程中溫度和壓力都可能發(fā)生改變，濃度也可能發(fā)生改變，因此常常需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行額外的修正才能精確的得到環(huán)境空氣內(nèi)部的一氧化碳濃度。再有，現(xiàn)有測(cè)量裝置中的光電探測(cè)器自身的光電探測(cè)特性也會(huì)隨溫度變化而變化，這對(duì)測(cè)量結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

因此，如何避免現(xiàn)有一氧化碳濃度測(cè)量中存在的諸多問題提高測(cè)量精度，實(shí)已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高精度及高穩(wěn)定性的測(cè)量一氧化碳濃度的儀器。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種測(cè)量一氧化碳濃度的方法，以消除光源波動(dòng)及光電轉(zhuǎn)換部件的光點(diǎn)轉(zhuǎn)換特性隨溫度變化等所引起的測(cè)量誤差。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供測(cè)量一氧化碳濃度的儀器，包括：用于提供包含一氧化碳的特征吸收光譜在內(nèi)的紅外光源的發(fā)光部件；具有兩個(gè)氣室且使每一氣室都能相對(duì)于所述發(fā)光部件設(shè)置以接收所述發(fā)光部件發(fā)出的紅外光的旋轉(zhuǎn)部件，其中，一氣室填充有純凈一氧化碳?xì)怏w，另一氣室填充有與一氧化碳的特征吸收光譜不同的第二氣體；填充包含一氧化碳的氣體的多次反射腔體，其具有接收入射紅外光線的入光窗、將所述入射紅外光線進(jìn)行多次反射的反射回路、及與所述反射回路有光路連接的出光窗，其中，所述入光窗相對(duì)于所述發(fā)光部件設(shè)置以便能接收穿過相應(yīng)氣室的入射紅外光；貼設(shè)于所述多次反射腔體的出光窗外側(cè)且僅能使處于一氧化碳的特征吸收光譜帶的光線通過的濾波部件；貼設(shè)于所述濾波部件表面且用于將通過所述濾波部件的光線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換部件；用于將所述光電轉(zhuǎn)換部件送入的電信號(hào)進(jìn)行包括放大、及數(shù)學(xué)運(yùn)算在內(nèi)的各項(xiàng)處理以獲得與所述多次反射腔體內(nèi)填充的氣體中的一氧化碳濃度相關(guān)的數(shù)據(jù)的模擬數(shù)據(jù)處理器；用于將所述模擬數(shù)據(jù)處理器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集部件；用于根據(jù)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)計(jì)算所述多次反射腔體內(nèi)填充的氣體中的一氧化碳濃度的濃度計(jì)算部件。

其中，所述第二氣體可為氮?dú)猓凰鲂D(zhuǎn)部件可具有電機(jī)；所述入光窗和所述出光窗的材料可為藍(lán)寶石；所述光電轉(zhuǎn)換部件為銻化銦光電探測(cè)器。

其中，所述反射回路可包括：反射由所述入光窗送入的光線的第一平面反射鏡、反射由所述第一平面反射鏡傳來的光線的第一1/2拋物面反射鏡、反射由所述第一1/2拋物面反射鏡傳來的光線的拋物面反射鏡、反射由所述拋物面反射鏡傳來的光線的第二1/2拋物面反射鏡、及反射由所述第二1/2拋物面反射鏡傳來的光線并將所述光線傳送至所述出光窗的第二平面反射鏡。

其中，所述模擬數(shù)據(jù)處理器可包括：用于將所述光電轉(zhuǎn)換部件送入的電信號(hào)進(jìn)行放大的放大器；用于當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)使相應(yīng)切光片未能阻斷光路時(shí)，對(duì)光電耦合器形成的氣室交換脈沖信號(hào)進(jìn)行放大的脈沖放大器；用于根據(jù)所述脈沖放大器輸出的氣室交換脈沖信號(hào)將所述放大器輸出的信號(hào)分離為與兩氣室分別相關(guān)的信號(hào)的信號(hào)分離器；用于將所述信號(hào)分離器分離出的信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算的減法器。