[发明专利]一种三参考通道的红外气体分析方法与装置

说明书

本发明涉及一种三参考通道测量气体成份的红外在线光谱仪的测量方法与装置。包括对光源的发光点进行准直的反射镜，其特征在于：反射镜后面设置采样气室和参考气室及带有四通道和四个独立热电堆的探测器，每个通道各配一个滤波片和透射窗口，探测器安装在半导体制冷片上。本专利主要有以下优点：分析速度快；测试重现性好；可在线分析；尺寸小，便于安装集成；功耗低；非接触型；非消耗型，寿命长；无需载气等耗材。

（一）技术领域

本发明涉及光学系统，具体涉及一种采用红外吸收光谱技术测量气体成份的在线分析测量方法与装置。

（二）背景技术

现有成熟测量技术包括：气相液相色谱仪、催化燃烧传感器、电化学传感器、金属氧化物半导体传感器等。

气相液相色谱仪一般用于试验室分析，价格昂贵，不适于在线应用，且检测时间较长。

催化燃烧传感器通过氧化燃烧有机气体产生热量，进而根据测量温度的变化检测，可检测任何可燃气体。但检测过程需要氧气，且传感器长期在高浓度的环境下暴露会影响降低灵敏度。

电化学传感器将电极封装在电解质溶液里，把浓度信号转为电流信号。但其只能在正常大气压附近操作，且工组温度不能超过40℃。

金属氧化物半导体传感器其原理如下：待测气体与金属氧化物接触产生带电离子，引发其电阻特性改变，通过测量电阻变化获得浓度信息。但电阻特性的改变对温度很敏感， 需要严格控制在一个较高的工作温度上，系统功耗高。它的交叉反应太灵敏，极易受到其他物质的干扰。

纵观上述技术，它们的劣势集中表现为：广谱反应，选择性差，易受干扰，传感单元属于消耗型，寿命短。

光谱技术可选择特定波段检测目标分析物，能有效处理其他物质的光谱干扰。光谱分析具有速度快，非消耗性，非接触性等优势特点。可实现快速、精准、稳定的检测。由于可调制激光吸收光谱具有极高的灵敏度，现国际大公司开发竞相开发用于石化领域的ppm级的痕量气体在线分析仪，但是用于近红外和中红外波段检测的光源激光二极管其最高工作温度在室温附近，且对温度十分敏感。为保证测量稳定，需要控制温度偏差在0.1℃甚至更高。

该技术可以实时在线监测石油化工过程、石油天然气管道储运、环保环境监测、农牧业等应用场合的气体，为控制决策提供可靠的数据支撑。与众多传统技术相比，热辐射光源的光谱技术具有成本低、分析速度快、选择性反应等技术优势。采用合理设计可以实现多种分析物的同步测量。但是现有的红外气体分析仪，结构简单，补偿措施不到位，系统的稳定性差，对于环境尤其是温度变化的适应能力欠佳，未能有效考虑系统老化、电子零部件漂移、光学表面玷污造成的光损耗等带来的误差。

本专利针对上述应用环境，设计一个具有三个参考通道的稳定性和抗干扰性高的红外光谱系统，可以实现对待测成分的准确测量。该系统的光路和电路可自动反馈，有效控制并且维持光源辐射的频谱和强度的稳定分布。因而该系统的工组温度范围更宽，应对快速温度变化能力更强，可应用于更加严苛的环境中。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种三参考通道的在线测量气体成份的方法与装置，本装置主要包括：光源、气室、滤波片、探测器和电路支持系统。半导体光源和探测器受温度的影响比较大，严重影响测量结果的稳定性和准确度。现有温度控制系统，可以一定程度减小温漂误差，但仍然无法满足室外恶劣环境的要求。本系统对微弱信号进行有效处理，以降低闪烁噪声（1/f噪声），采用同源特性以排除环境影响。

本发明是通过如下技术方案实现的：