[發明專利]一種可用于氣體及液體檢測的光譜分析型高精度在線檢測儀

有效

• 申請號: 201410329332.4
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104062264B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 劉穎東;樊忠澤
• 申請（專利權）人: 劉穎東;樊忠澤
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 姜萬林

1.一種可用于氣體及液體檢測的光譜分析型高精度在線檢測儀，其特征在于，包括配合安裝的多類型檢測傳感器探頭和檢測儀主機，該檢測儀主機的外部具有殼體；在所述檢測儀主機的殼體內部配合安裝有激光器、電路板、供電電池以及設置在所述殼體外部的顯示屏、報警器和通信接口；

通過檢測儀主機，將光纖與檢測傳感器探頭相聯，采用半導體激光器的TDLAS 的光強調制技術進行光調制，用光強交變的調制光進行檢測，在檢測掃描、采樣控制電路的控制下進行數據采集，獲得檢測調制光譜，并對調制光譜進行小波分析后進行濃度計算；

所述檢測儀主機，包括中央處理機，可進行光調制的激光器，依次自待檢測光源連接至所述檢測傳感器探頭、光電傳感器、放大及濾波模塊和數據采集模塊；

依次自所述檢測掃描、采樣控制模塊，接至所述光調制模塊、激光器控制模塊、A/D 采集模塊；

依次自所述中央處理機連接至檢測掃描、采樣控制模塊；

所述光電傳感器對檢測調制光進行光電轉換后的預處理，包括自平衡檢測、鎖相放大及濾波；

所述數據采集對光電傳感器且經預處理的信號進行數字化采集，并貯存至中央處理機的存貯器中；

和/ 或，

所述中央處理機對數據采集系統采樣得到的數據進行處理的操作，具體包括：對檢測得到的調制圖譜數據進行小波分析；依據Lambert-beer 定律，使用Marquardt 非線性最小二乘法，將標準譜與實際測量得到的測量譜進行擬合，得到實際氣體濃度的最優解。

2. 根據權利要求1 所述的可用于氣體及液體檢測的光譜分析型高精度在線檢測儀，其特征在于，所述中央處理機，包括CPU 板，以及設置在CPU 外圍、且通過DIMM200 插槽與CPU板相連接的功能板；所述功能板，能夠實現檢測光控制及數據采集系統的所用功能的功能板。

3. 根據權利要求2 所述的可用于氣體及液體檢測的光譜分析型高精度在線檢測儀，其特征在于，所述CPU 板包括ARM 和DSP 微處理芯片，以及分別與所述ARM 和DSP 微處理芯片連接的存儲器、時鐘電路和供電電源模塊；

和/ 或，

所述功能板，包括能夠對半導體激光器進行驅動和控制的激光控制器，能夠與所述激光控制器連接的激光調制電路，能夠與所述激光控制器、數據采集連接的檢測掃描采樣控制電路，A/D 數據采集電路，以及分別與所述供電電源模塊、顯示屏、報警器和通信接口連接的相應功能接口。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的可用于氣體及液體檢測的光譜分析型高精度在線檢測儀，其特征在于，所述檢測傳感器探頭，具體為采用空間反射結構的長光程光譜吸收式氣體傳感器探頭；開放式氣體傳感器探頭；設備標定傳感器探頭；液體傳感器探頭。

5. 根據權利要求4 所述的可用于氣體及液體檢測的光譜分析型高精度在線檢測儀，其特征在于，所述采用空間反射結構的長光程光譜吸收式氣體傳感器，包括傳感器殼體，安裝在所述傳感器殼體內部的傳感器芯體，安裝在所述傳感器芯體兩端的一對橡膠固定墊，以及套裝在所述傳感器芯體上的防塵防潮網；在所述傳感器芯體內安裝有激光發射、接收頭、反射棱鏡組及薄膜遮光片；所述防塵防潮濾網，具體是套裝在傳感器支架上的雙層柔性材料網，兩層中間含有防潮材料，在整體傳感器結構中是套裝在芯體兩端橡膠墊之間的位置；

安裝時，通過在所述傳感器芯體兩端安裝一對橡膠固定墊后，再將安裝有一對橡膠固定墊的傳感器芯體安裝在傳感器殼體內。

6. 根據權利要求5 所述的可用于氣體及液體檢測的光譜分析型高精度在線檢測儀，其特征在于，所述傳感器芯體，包括芯體主構件支架，還包括反射棱鏡與激光發射、接收頭，用于固定所述反射棱鏡與激光發射、接收頭的支架、金屬固定板、橡膠墊，以及安裝在所述反射棱鏡與芯體主構件之間的薄膜墊片；

組裝時，分為芯體組裝和傳感器組裝兩部分；芯體組裝時，將激光發射、接收頭通過螺紋擰接到激光發射、接收頭及小棱鏡支架上，在傳感器支架的一端放置薄膜墊片及小棱鏡組，再安裝激光發射、接收頭及小棱鏡支架，通過所述金屬固定板及橡膠墊固定在傳感器支架上，在傳感器支架的另一端放置薄膜墊片及大棱鏡，再安裝大棱鏡支架，最后通過所述金屬固定板及橡膠墊將大棱鏡固定在傳感器支架上，完成芯體組裝；傳感器組裝時，將防塵防潮濾網套裝在芯體上，在芯體兩端安裝橡膠墊后，安裝于傳感器的金屬罩網內，再安裝傳感器聯接件，用8 個小螺釘將傳感器聯接件與金屬罩網固定，捋順好光纖，將橡膠封頭安裝于傳感器聯接件中即完成傳感器的組裝；和/ 或，

所述傳感器芯體與傳感器殼體之間采用柔性聯接；和/ 或，

所述反射棱鏡與芯體結構支架之間采用薄膜墊片聯接；和/ 或，

所述反射棱鏡的反射面采用空間反射結構，所述空間反射結構，具體為：以俯視平面為水平面說明空間反射，檢測激光從發射頭發出后經大棱鏡水平反射至接收頭端的第一個小棱鏡，此小棱鏡進行向上垂直反射至大棱鏡，大棱鏡再水平反向反射，再至發射端的第一個小棱鏡，該小棱鏡再向上垂直反射至大棱鏡，此理，經過所有小棱鏡反射后，最后經大棱鏡反射回激光接收頭；以四個小棱鏡計算，光程為反射腔距離的10 倍；根據光程需求能夠增減小棱鏡數量；和/ 或，

所述傳感器支架采用高強度光路元器件支架，使光纖探頭、反射棱鏡和傳感器支架形成一個抗震整體；和/ 或，

所述激光發射、接收頭，采用小型漸變折射率透鏡；和/ 或，

所述反射棱鏡的數量及大小根據實際需求確定：當光程低于1M 時，采用一大兩小反射棱鏡；當光程大于1M 時，采用一大四小反射棱鏡，還能夠根據光程需求增加反射鏡數量。