[发明专利]一种基于非分光红外原理的开路式CO2/H2O监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非分光红外原理的开路式CO₂/H₂O监测装置，属于温室气体监测技术领域。

背景技术

近年来，CO₂浓度是许多领域需要实时监测和分析的重要参数。随着人们对环境保护的日益重视，对大气中CO₂气体、H₂O浓度进行定量监测与控制已经成为日益增长的需求。目前，气体浓度的快速监测技术、监测方法根据被测气体性质、实际监测条件、监测精度的差别而有所不同，大多数CO₂监测仪都只适合高浓度CO₂气体的监测，而对环境中CO₂气体的监测精度却很低。因此，需要设计一种能够适应大气中相对低浓度环境的快速CO₂、H₂O分析仪器，便于在特定环境下进行浓度监测，并保证其工作的精确度。

传统的非光谱技术在大气污染成分的监测中曾得到了广泛的应用，但是它们一般灵敏度不高，测量精度较低，相应速度较慢，稳定性较差，携带不方便，并且不能进行实时的大气气体监测。红外气体分析法的特点是可以同时测定多种气体，测量范围宽，精度高，可连续分析和实现自动控制。该方法是当前重要污染气体监测的主要方法，现有的监测装置中通常都有一个或多个密闭的气室，气室的设计不仅要考虑气室的长度，理论上气室越长越好，但是实际上气室长度受到诸多因素的限制，而且还得考虑待测气体的性质，来选择气室的材料和光洁度。一般地，对于密闭的气室还必须对待测的气体进行干燥、恒温等预处理。专利CN102183482A中提到的分析仪可以测量CO₂和H₂O的浓度，但其采用密闭的气室，需要对气室内部喷耐腐蚀材料，增加了制造的成本，为了避免待测气体中水汽的凝结，需要对待测气体进行加热预处理，增加了预处理的难度。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供基于非分光红外原理的开路式CO₂/H₂O监测装置，可以用在相对低浓度环境下进行CO₂和H₂O浓度的快速测量，且时间分辨率高。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于非分光红外原理的开路式CO₂/H₂O监测装置，其特征在于包括：红外光源1，抛物面反射镜2、外壳3、电机4、45°反射镜5、斩波轮6、滤光片7、准直透镜8、第一窗片9、气体光路10、第二窗片11、聚焦透镜12和光探测器13；所述电机4用来驱动斩波轮6；所述斩波轮6沿圆周等间隔均匀分布有四个通孔，通孔中分别安装有滤光片7，所述滤光片7分别为能透过CO₂能吸收的红外信号光的带通滤光片、透过H₂O能吸收的红外信号光的带通滤光片和参考气体能吸收的红外信号光的2个带通滤光片；红外光源1发射的红外光，经过抛物面反射镜2聚焦，使能量更加集中，经过45°的反射镜5反射后，通过斩波轮6上面的滤光片7选择性透过，经过准直透镜8准直后通过第一窗片9进入气体光路10，出射光被待测气体分子吸收，未吸收部分继续按照原方向传播，最后光束通过第二窗片11由聚焦透镜12聚焦到光探测器13表面，光探测器13将光信号转换为电信号。

所述红外光源1为热辐射型红外光源，辐射波长范围从可见光到5μm。

所述斩波轮6为航空钛材质；所述外壳3为金属；红外光源1和电机4处于一个封闭的金属壳空间内；金属壳的连接处都采用O型密封圈密封，用来与外界空气完全隔绝。

所述电机4为直流无刷电机。

所述的滤光片7为硅片材质，均为窄带滤光片，中心波长分别为4.26μm、2.9μm、3.95μm、3.95μm，分别与CO₂、H₂O和参考气体的吸收波长相对应。

所述第一窗片9和第二窗片11为蓝宝石材质。

所述抛物面反射镜2和45°反射镜5材质均为K9玻璃，并镀有金反射膜，反射率达到98％以上。

所述准直透镜8和聚焦透镜12均为氟化钙材质，并镀有增透膜，透过率达到90％以上。

所述气体光路10为一段开放气体光路。

所述光探测器13为自带有滤光片的单通道PbSe红外光探测器。

本发明与现有技术相比具有以下优点：