[发明专利]一种二氧化碳气体分析仪及其分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体浓度测量技术，尤其涉及一种二氧化碳气体分析仪及其分析方法。

背景技术

二氧化碳气体分析仪是检测二氧化碳浓度的专用仪器，在工业检测、冶金化工、环境保护、医疗诊断、农作物栽培及航天生命保障与空间科学等领域具有广阔的应用前景。当前的各种应用领域对二氧化碳气体分析仪的性能又提出了愈来愈高的要求。

光学探头是红外二氧化碳气体分析仪的重要组成部件，目前大体可分为两种结构，一种是时间双光路，另一种是空间双光路。

目前大多采用时间双光路、泵吸式的光学探头结构。时间双光路是单光源、单气室的单探测器结构，其利用旋转调制盘上的两个不同波长的滤光片来产生双光路。具体做法是：光源发出一束光，使探测器在不同的时刻接收两个不同波长的光。但是，工作时调制盘的旋转需要电机来带动，这一活动部件的使用不仅使分析仪易发生故障，而且也给系统带来了安全隐患；除此之外，气泵的使用也增加了分析仪的体积、重量和功耗，同时也降低了工作的可靠性。

另一种光学探头结构即空间双光路结构。该种结构的检测方案有很多种，其中比较典型的一种方案是单光源、双气室的双探测器结构。其特点是：从光源发出两路平行的红外光束，分别经过结构完全相同的测量气室和参考气室后再分别进入主探测器和参考探测器进行测量。工作时，参考气室中事先需封入一定压力的氮气，而测量气室则由内藏的气泵将被测气体抽入气室进行进一步的测定。该光学探头结构的主要优点是无活动部件，工作可靠性高，但其结构复杂，对加工、装配的工艺要求较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种二氧化碳气体分析仪，能够方便、精确地测量二氧化碳气体的浓度。

本发明的另一个目的在于提供一种二氧化碳气体分析方法，能够消除测量过程中的多种产生误差的不利因素，提高测量结果的精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种二氧化碳气体分析仪，该分析仪的光学探头包括红外光源、气室、集成型红外探测器；其中，

红外光源，用于为所述光学探头提供工作光源；

气室，用于作为被测气体的测量空间和用于充分利用红外光能；以及，

集成型红外探测器，用于接收由所述红外光源所发出的、穿过所述气室后的红外光信号，并将红外光信号转换为用于确定二氧化碳气体浓度的电信号；

所述气室为所述气室为侧面四周设置有贯穿气室的开槽或孔的单气室，所述集成型红外探测器集成一个主探测器和一个参考探测器。

其中，所述气室靠红外光源的一端和气室靠集成型红外探测器的一端进一步安装有白宝石窗片。

所述红外光源与气室一端的白宝石窗片之间，及气室另一端的白宝石窗片与集成型红外探测器之间进一步设有密封垫圈。

所述红外光源后部进一步设有抛物面反光镜。

其中，所述主探测器贴有主滤波片，所述参考探测器贴有参考滤波片。

一种二氧化碳气体的分析方法，该方法包括：

a、将包括有四周设置贯穿开槽或孔的单气室以及集成一主探测器和一参考探测器的集成型红外探测器的光学探头置于被测量环境中，分别采集红外光源关闭状态时，以及红外光源开启状态时的所述主探测器及所述参考探测器两端的电压值，得到测量因子；

b、利用光吸收定律建立二氧化碳气体浓度测量模型，并使用标定方法及参数估计方法确定吸收因子及参比因子的值，并结合所述测量因子，确定二氧化碳气体的浓度值。

其中，步骤a中，得到所述测量因子的过程为：

红外光源关闭时，

主探测器两端的电压为：V₁＝V_背景1+V_温度1，

参考探测器两端的电压为：V₂＝V_背景2+V_温度2；

红外光源开启时，

主探测器两端的电压为：

参考探测器两端的电压为：V₄＝I_4.0.R_ref.K₂.C_ref+V_背景2+V_温度2；

根据主探测器两端电压变化值V_gas＝V₃-V₁，参考探测器两端电压变化值V_ref＝V₄-V₂，得到测量因子为