[發明專利]一種三參考通道的紅外氣體分析方法與裝置

有效

• 申請號: 201511007546.0
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105628637B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 王文龍;李興彥
• 申請（專利權）人: 山東羅納德分析儀器有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發明涉及一種三參考通道測量氣體成份的紅外在線光譜儀的測量方法與裝置。包括對光源的發光點進行準直的反射鏡，其特征在于：反射鏡后面設置采樣氣室和參考氣室及帶有四通道和四個獨立熱電堆的探測器，每個通道各配一個濾波片和透射窗口，探測器安裝在半導體制冷片上。本專利主要有以下優點：分析速度快；測試重現性好；可在線分析；尺寸小，便于安裝集成；功耗低；非接觸型；非消耗型，壽命長；無需載氣等耗材。

（一）技術領域

本發明涉及光學系統，具體涉及一種采用紅外吸收光譜技術測量氣體成份的在線分析測量方法與裝置。

（二）背景技術

現有成熟測量技術包括：氣相液相色譜儀、催化燃燒傳感器、電化學傳感器、金屬氧化物半導體傳感器等。

氣相液相色譜儀一般用于試驗室分析，價格昂貴，不適于在線應用，且檢測時間較長。

催化燃燒傳感器通過氧化燃燒有機氣體產生熱量，進而根據測量溫度的變化檢測，可檢測任何可燃氣體。但檢測過程需要氧氣，且傳感器長期在高濃度的環境下暴露會影響降低靈敏度。

電化學傳感器將電極封裝在電解質溶液里，把濃度信號轉為電流信號。但其只能在正常大氣壓附近操作，且工組溫度不能超過40℃。

金屬氧化物半導體傳感器其原理如下：待測氣體與金屬氧化物接觸產生帶電離子，引發其電阻特性改變，通過測量電阻變化獲得濃度信息。但電阻特性的改變對溫度很敏感， 需要嚴格控制在一個較高的工作溫度上，系統功耗高。它的交叉反應太靈敏，極易受到其他物質的干擾。

縱觀上述技術，它們的劣勢集中表現為：廣譜反應，選擇性差，易受干擾，傳感單元屬于消耗型，壽命短。

光譜技術可選擇特定波段檢測目標分析物，能有效處理其他物質的光譜干擾。光譜分析具有速度快，非消耗性，非接觸性等優勢特點。可實現快速、精準、穩定的檢測。由于可調制激光吸收光譜具有極高的靈敏度，現國際大公司開發競相開發用于石化領域的ppm級的痕量氣體在線分析儀，但是用于近紅外和中紅外波段檢測的光源激光二極管其最高工作溫度在室溫附近，且對溫度十分敏感。為保證測量穩定，需要控制溫度偏差在0.1℃甚至更高。

該技術可以實時在線監測石油化工過程、石油天然氣管道儲運、環保環境監測、農牧業等應用場合的氣體，為控制決策提供可靠的數據支撐。與眾多傳統技術相比，熱輻射光源的光譜技術具有成本低、分析速度快、選擇性反應等技術優勢。采用合理設計可以實現多種分析物的同步測量。但是現有的紅外氣體分析儀，結構簡單，補償措施不到位，系統的穩定性差，對于環境尤其是溫度變化的適應能力欠佳，未能有效考慮系統老化、電子零部件漂移、光學表面玷污造成的光損耗等帶來的誤差。

本專利針對上述應用環境，設計一個具有三個參考通道的穩定性和抗干擾性高的紅外光譜系統，可以實現對待測成分的準確測量。該系統的光路和電路可自動反饋，有效控制并且維持光源輻射的頻譜和強度的穩定分布。因而該系統的工組溫度范圍更寬，應對快速溫度變化能力更強，可應用于更加嚴苛的環境中。

（三）發明內容

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種三參考通道的在線測量氣體成份的方法與裝置，本裝置主要包括：光源、氣室、濾波片、探測器和電路支持系統。半導體光源和探測器受溫度的影響比較大，嚴重影響測量結果的穩定性和準確度。現有溫度控制系統，可以一定程度減小溫漂誤差，但仍然無法滿足室外惡劣環境的要求。本系統對微弱信號進行有效處理，以降低閃爍噪聲（1/f噪聲），采用同源特性以排除環境影響。

本發明是通過如下技術方案實現的：