[发明专利]测量一氧化碳浓度的仪器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量一氧化碳浓度的仪器及方法。

背景技术

国内外的研究和实践均证明，一氧化碳是一种侵害血液、神经的有害气体。长期接触低浓度一氧化碳对人体心血管系统、神经系统都会产生强烈的毒害作用。而浓度不定的一氧化碳在环境空气中的存在，也会影响着大气环境空气质量，因此监测环境空气中一氧化碳浓度的含量是保证人体身心健康和控制环境污染所必需的技术手段。

现今对环境中一氧化碳监测仪器测定的方法主要有红外吸收光谱法、定电位电解法、置换汞法和气相色谱法等，其中红外吸收光谱法是现今较先进和抗干扰能力较强的技术。目前环境空气中一氧化碳检测仪大都是基于红外吸收光谱法进行测量，如文献“光电子激光，2002，13(2)，133～135”中公开的“新型红外一氧化碳气体分析仪”和文献“光学技术，2001，27(1)，91～94”公开的“利用红外光谱吸收原理的一氧化碳浓度测量装置研究”等，均是利用一氧化碳气体对特定波长光能的吸收量与一氧化碳气体浓度之间的定量关系进行测量。但是由于不同气体之间的特征吸收光谱带彼此会有重叠，因而除目标气体外的其它气体也会吸收测量波长范围内的光能，由此造成测量误差，这些其它气体被称为干扰气体，在环境空气中常常也会存在，因此现有测量方法由于干扰气体的存在而导致测量结果极为不精确，同时上述文献中提到的仪器或装置从测量方法上也无法消除由此造成的误差，显然，现有方法得到的测量结果并不能实时精确地反映环境中的一氧化碳浓度。此外，由于环境空气在传送过程中温度和压力都可能发生改变，浓度也可能发生改变，因此常常需要对测量结果进行额外的修正才能精确的得到环境空气内部的一氧化碳浓度。再有，现有测量装置中的光电探测器自身的光电探测特性也会随温度变化而变化，这对测量结果都会产生严重的影响。

因此，如何避免现有一氧化碳浓度测量中存在的诸多问题提高测量精度，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高精度及高稳定性的测量一氧化碳浓度的仪器。

本发明的另一目的在于提供一种测量一氧化碳浓度的方法，以消除光源波动及光电转换部件的光点转换特性随温度变化等所引起的测量误差。

为了达到上述目的，本发明提供测量一氧化碳浓度的仪器，包括：用于提供包含一氧化碳的特征吸收光谱在内的红外光源的发光部件；具有两个气室且使每一气室都能相对于所述发光部件设置以接收所述发光部件发出的红外光的旋转部件，其中，一气室填充有纯净一氧化碳气体，另一气室填充有与一氧化碳的特征吸收光谱不同的第二气体；填充包含一氧化碳的气体的多次反射腔体，其具有接收入射红外光线的入光窗、将所述入射红外光线进行多次反射的反射回路、及与所述反射回路有光路连接的出光窗，其中，所述入光窗相对于所述发光部件设置以便能接收穿过相应气室的入射红外光；贴设于所述多次反射腔体的出光窗外侧且仅能使处于一氧化碳的特征吸收光谱带的光线通过的滤波部件；贴设于所述滤波部件表面且用于将通过所述滤波部件的光线转换为电信号的光电转换部件；用于将所述光电转换部件送入的电信号进行包括放大、及数学运算在内的各项处理以获得与所述多次反射腔体内填充的气体中的一氧化碳浓度相关的数据的模拟数据处理器；用于将所述模拟数据处理器输出的数据进行模数转换的数据采集部件；用于根据所述模数转换器输出的数据计算所述多次反射腔体内填充的气体中的一氧化碳浓度的浓度计算部件。

其中，所述第二气体可为氮气；所述旋转部件可具有电机；所述入光窗和所述出光窗的材料可为蓝宝石；所述光电转换部件为锑化铟光电探测器。

其中，所述反射回路可包括：反射由所述入光窗送入的光线的第一平面反射镜、反射由所述第一平面反射镜传来的光线的第一1/2抛物面反射镜、反射由所述第一1/2抛物面反射镜传来的光线的抛物面反射镜、反射由所述抛物面反射镜传来的光线的第二1/2抛物面反射镜、及反射由所述第二1/2抛物面反射镜传来的光线并将所述光线传送至所述出光窗的第二平面反射镜。

其中，所述模拟数据处理器可包括：用于将所述光电转换部件送入的电信号进行放大的放大器；用于当所述旋转部件旋转使相应切光片未能阻断光路时，对光电耦合器形成的气室交换脉冲信号进行放大的脉冲放大器；用于根据所述脉冲放大器输出的气室交换脉冲信号将所述放大器输出的信号分离为与两气室分别相关的信号的信号分离器；用于将所述信号分离器分离出的信号进行减法运算的减法器。