[發明專利]一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測系統及方法在審
| 申請號： | 201810357321.5 | 申請日： | 2018-04-20 |
| 公開（公告）號： | CN108827906A | 公開（公告）日： | 2018-11-16 |
| 發明（設計）人： | 陳東;賈兆麗;房鵬飛;張玉鈞 | 申請（專利權）人： | 合肥工業大學 |
| 主分類號： | G01N21/359 | 分類號： | G01N21/359;G01N21/3504 |
| 代理公司： | 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112 | 代理人： | 宋仔娟 |
| 地址： | 230009 *** | 國省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 多組分氣體 在線檢測系統 近紅外光譜 雙波長檢測 檢測 可燃氣體爆炸 光學調制盤 安全檢測 波長轉換 工業環境 光學系統 紅外寬帶 檢測光源 在線檢測 在線校準 多波長 雙光路 校準池 甲烷 丙烷 長程 光強 內置 泄漏 爆炸 應用 | ||
1.一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測系統，其特征在于：包括有主機和外部檢測光路系統，外部檢測光路系統包括收發光學探頭、角反射器；
所述收發光學探頭包括脈沖氙燈、電纜接口一，脈沖氙燈的前方光路上依次設置有準直鏡頭、光學濾波盤、分束鏡一，分束鏡一的透射光路上設有分束鏡二，分束鏡二的透射光路上依次設有菲涅爾透鏡、石英窗片、角反射器，分束鏡一的反射光路上依次設有校準吸收池、紅外光電探測器二，分束鏡二的反射光路上設有紅外光電探測器一；所述分束鏡一、分束鏡二、菲涅爾透鏡、石英窗片、角反射器、紅外光電探測器一構成檢測光路；所述分束鏡一、校準吸收池、紅外光電探測器二構成校準光路，校準吸收池中充有包含已知濃度n種系統檢測氣體一個大氣壓的標準氣體；所述電纜接口一與脈沖氙燈、光學濾波盤的驅動機構、紅外光電探測器一、紅外光電探測器二連接；
所述主機包括主機箱，主機箱壁上設有電纜接口二、交流電源插座，主機箱中設有分別與電纜接口二連接的光源脈沖電源、光學濾波盤控制電源、低通濾波放大電路一、低通濾波放大電路二，低通濾波放大電路一、低通濾波放大電路二的信號輸出端與信號采集和處理模塊連接，信號采集與處理模塊的信號輸出端與光源脈沖電源、光學濾波盤控制電源、液晶顯示屏連接，交流電源插座上連接直流穩壓電源，直流穩壓電源為主機箱中的其余各模塊供電；
所述電纜接口一、二通過多芯電纜連接，紅外光電探測器一、二測得的檢測信號、參考信號分別接入低通濾波放大電路一、二。
2.根據權利要求1所述的一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測系統，其特征在于：所述光學濾波盤邊緣均勻開有2×n個通光孔，通光孔上安裝有針對不同通光波長的濾光片，針對第i種檢測氣體，對應一個檢測波長濾光片和一個參考波長濾光片，檢測波長濾光片通光波長對應第i種檢測氣體的吸收波段，參考波長濾光片通光波長對應沒有第i種檢測氣體和干擾氣體吸收的波段。
3.根據權利要求1所述的一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測系統，其特征在于：所述光學濾波盤邊緣設有定位標志，用于光學調制盤轉動位置檢測。
4.一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測方法，其特征在于：針對系統檢測的n種氣體，任意第i種氣體濃度檢測的數據處理方法如下：
(1)啟動檢測系統，光學調制盤每轉動一周，同時得到一個周期的檢測信號和一個周期的校準信號，一個周期的檢測信號和一個周期校準信號均由2×n個脈沖序列組成；一個周期的檢測信號脈沖序列的第2×i-1個脈沖對應檢測光路第i種檢測氣體的吸收信號，第2×i個脈沖對應檢測光路第i種檢測氣體的參考信號；一個周期校準信號脈沖序列的第2×i-1個脈沖對應校準光路第i種檢測氣體的吸收信號，第2×i個脈沖對應檢測光路第i種檢測氣體的參考信號；
(2)信號采集和處理模塊對檢測信號和校準信號進行數據采集和多次累加平均后得到一個周期分析用檢測信號數據M和一個周期分析用校準信號數據N；一個周期分析用檢測信號M的第2×i-1個脈沖數據用作檢測光路第i種檢測氣體的檢測吸收信號Mi，一個周期分析用檢測信號M的第2×i個脈沖數據用作檢測光路第i種檢測氣體的檢測參考信號Mib；一個周期分析用校準信號數據N的第2×i-1個脈沖對應校準光路第i種檢測氣體的校準吸收信號Ni，一個周期分析用校準信號數據N的第2×i個脈沖對應檢測光路第i種檢測氣體的校準參考信號Nib；已知校準吸收池中充有的第i種系統檢測氣體濃度為Ci；
(3)對第i種檢測氣體的檢測吸收信號Mi進行數值積分，得到第i種檢測氣體的檢測吸收信號強度，定義為MAi；對第i種檢測氣體的檢測參考信號Mib進行數值積分，得到第i種檢測氣體的檢測參考信號強度，定義為MBi；對第i種檢測氣體的校準吸收信號Ni進行數值積分，得到第i種檢測氣體的校準吸收信號Ni強度，定義為NAi；對第i種檢測氣體的校準參考信號Nib進行數值積分，得到第i種檢測氣體的校準參考信號Nib強度，定義為NBi；
定義Ai為檢測吸收信號強度MAi與檢測參考信號強度MBi的比值，Bi為校準吸收信號強度NAi與校準參考信號強度NBi的比值，有：
定義檢測光路上第i種系統檢測氣體濃度為Xi，則有：
其中，Yi為系統參數。
5.根據權利要求4所述的一種近紅外光譜多組分氣體在線檢測方法，其特征在于：所述系統參數Yi的測定方法如下：
將校準吸收池中充入一個大氣壓高純氮氣，對第i種檢測氣體的校準吸收信號Ni進行數值積分，得到第i種檢測氣體的空白校準吸收信號Mi強度，定義為NAi0；對第i種檢測氣體的校準參考信號Nib進行數值積分，得到第i種檢測氣體的校準參考信號Nib強度，定義為NBi0；
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