[發明專利]一種二氧化碳氣體分析儀及其分析方法

無效

• 申請號: 200810081874.9
• 申請日: 2008-05-13
• 公開（公告）號: CN101363796A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發明（設計）人: 張廣軍;李亞萍;李慶波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35;G06F19/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司
• 代理人: 張穎玲

技術領域

本發明涉及一種氣體濃度測量技術，尤其涉及一種二氧化碳氣體分析儀及其分析方法。

背景技術

二氧化碳氣體分析儀是檢測二氧化碳濃度的專用儀器，在工業檢測、冶金化工、環境保護、醫療診斷、農作物栽培及航天生命保障與空間科學等領域具有廣闊的應用前景。當前的各種應用領域對二氧化碳氣體分析儀的性能又提出了愈來愈高的要求。

光學探頭是紅外二氧化碳氣體分析儀的重要組成部件，目前大體可分為兩種結構，一種是時間雙光路，另一種是空間雙光路。

目前大多采用時間雙光路、泵吸式的光學探頭結構。時間雙光路是單光源、單氣室的單探測器結構，其利用旋轉調制盤上的兩個不同波長的濾光片來產生雙光路。具體做法是：光源發出一束光，使探測器在不同的時刻接收兩個不同波長的光。但是，工作時調制盤的旋轉需要電機來帶動，這一活動部件的使用不僅使分析儀易發生故障，而且也給系統帶來了安全隱患；除此之外，氣泵的使用也增加了分析儀的體積、重量和功耗，同時也降低了工作的可靠性。

另一種光學探頭結構即空間雙光路結構。該種結構的檢測方案有很多種，其中比較典型的一種方案是單光源、雙氣室的雙探測器結構。其特點是：從光源發出兩路平行的紅外光束，分別經過結構完全相同的測量氣室和參考氣室后再分別進入主探測器和參考探測器進行測量。工作時，參考氣室中事先需封入一定壓力的氮氣，而測量氣室則由內藏的氣泵將被測氣體抽入氣室進行進一步的測定。該光學探頭結構的主要優點是無活動部件，工作可靠性高，但其結構復雜，對加工、裝配的工藝要求較高。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種二氧化碳氣體分析儀，能夠方便、精確地測量二氧化碳氣體的濃度。

本發明的另一個目的在于提供一種二氧化碳氣體分析方法，能夠消除測量過程中的多種產生誤差的不利因素，提高測量結果的精度。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種二氧化碳氣體分析儀，該分析儀的光學探頭包括紅外光源、氣室、集成型紅外探測器；其中，

紅外光源，用于為所述光學探頭提供工作光源；

氣室，用于作為被測氣體的測量空間和用于充分利用紅外光能；以及，

集成型紅外探測器，用于接收由所述紅外光源所發出的、穿過所述氣室后的紅外光信號，并將紅外光信號轉換為用于確定二氧化碳氣體濃度的電信號；

所述氣室為所述氣室為側面四周設置有貫穿氣室的開槽或孔的單氣室，所述集成型紅外探測器集成一個主探測器和一個參考探測器。

其中，所述氣室靠紅外光源的一端和氣室靠集成型紅外探測器的一端進一步安裝有白寶石窗片。

所述紅外光源與氣室一端的白寶石窗片之間，及氣室另一端的白寶石窗片與集成型紅外探測器之間進一步設有密封墊圈。

所述紅外光源后部進一步設有拋物面反光鏡。

其中，所述主探測器貼有主濾波片，所述參考探測器貼有參考濾波片。

一種二氧化碳氣體的分析方法，該方法包括：

a、將包括有四周設置貫穿開槽或孔的單氣室以及集成一主探測器和一參考探測器的集成型紅外探測器的光學探頭置于被測量環境中，分別采集紅外光源關閉狀態時，以及紅外光源開啟狀態時的所述主探測器及所述參考探測器兩端的電壓值，得到測量因子；

b、利用光吸收定律建立二氧化碳氣體濃度測量模型，并使用標定方法及參數估計方法確定吸收因子及參比因子的值，并結合所述測量因子，確定二氧化碳氣體的濃度值。

其中，步驟a中，得到所述測量因子的過程為：

紅外光源關閉時，

主探測器兩端的電壓為：V₁＝V_背景1+V_溫度1，

參考探測器兩端的電壓為：V₂＝V_背景2+V_溫度2；

紅外光源開啟時，

主探測器兩端的電壓為：

參考探測器兩端的電壓為：V₄＝I_4.0.R_ref.K₂.C_ref+V_背景2+V_溫度2；

根據主探測器兩端電壓變化值V_gas＝V₃-V₁，參考探測器兩端電壓變化值V_ref＝V₄-V₂，得到測量因子為