[发明专利]混合气体中特定成分浓度检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种混合气体中特定成分浓度检测系统和方法。浓度检测系统的多通道光电探测器至少具有两个探测通道，其中一个为参考通道，其余的为待测气体通道；红外光源发出的红外光通过光学气室后到达多通道光电探测器的与待测成分对应的待测气体通道，待测气体通道输出的信号依次经过滤波放大电路、模数转换电路处理后进入处理器，处理器通过处理，得到待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；该比值输入计算机，计算机根据该比值并结合内置的浓度反演模型计算出混合气体中特定成分浓度。本发明能够同时检测待测气体中多种成分的浓度，检测精度高，误差小于4.5%。同时具有体积小、重量轻等优点。

技术领域

本发明涉及汽车尾气监测、煤矿气体监测和大气环境检测，具体涉及一种混合气体中特定成分浓度检测系统和方法，本发明可同时检测尾气中CO、CO₂、C₃H₈的浓度，属于气体检测技术领域。

背景技术

随着工业的快速发展，各种有害气体的排放不断增长，对空气造成了严重的污染，空气污染受到越来越多的关注。在空气污染中，机动车尾气排放是一类重要的污染源。研究表明，机动车尾气造成的污染大约占整个城市空气污染的60％。机动车尾气成分复杂，含有一氧化碳（CO），二氧化碳(CO₂)，碳氢化合物混合物和悬浮颗粒等。机动车尾气最容易导致的问题便是温室效应、光化学烟雾以及雾霾，这些问题严重污染了环境，危害了人类健康。为了治理尾气污染，出现了很多污染治理技术，伴随治理技术出现了很多汽车尾气的测量方法（包括成分测量和浓度测量），比如安徽光机电研究所用TDLAS测量汽车尾气浓度，其存在测量设备价格昂贵、体积大、重量重，不方便移动等不足，导致其难以得到广泛推广。中北大学用NDIR来监测煤矿中气体的浓度，然而其监测的煤矿中CO、CO₂的监测浓度范围分别是0-4.45%和0-4.8%，而汽车尾气中CO浓度范围为0-14%，CO₂浓度范围为0-20%，因此不能满足汽车尾气中CO和CO₂的测量要求。同时，现有技术通常一次只能测量待测气体中一种成分的浓度，如果要测多种成分，就需要分别测量多次，由此导致测量效率低，且结构复杂。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种混合气体中特定成分浓度检测系统和方法，本发明检测精度高，检测成本低，可一次性检测多种气体的浓度，效率高；而且检测范围宽，满足机动车尾气中待测成分的浓度范围。

本发明的技术方案是这样实现的：

混合气体中特定成分浓度检测系统，包括红外光源、光学气室、多通道光电探测器、滤波放大电路、模数转换电路、处理器和计算机，光学气室具有进气口和排气口，多通道光电探测器至少具有两个探测通道，其中一个为参考通道，其余的为待测气体通道，每个待测气体通道对应一种待测成分；计算机内置浓度反演模型；光学气室位于红外光源和多通道光电探测器之间，红外光源发出的红外光通过光学气室后到达多通道光电探测器的与待测成分对应的待测气体通道，与待测成分对应的待测气体通道输出的信号依次经过滤波放大电路、模数转换电路处理后进入处理器，处理器通过处理，得到待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；该比值输入计算机，计算机根据该比值并结合内置的浓度反演模型计算出混合气体中特定成分浓度并显示。

优选地，还包括光源驱动电路，光源驱动电路的输出接红外光源，以驱动红外光源发出红外光。

本发明还提供了检测混合气体中特定成分浓度的方法，先获取前述的混合气体中特定成分浓度检测系统，然后按如下步骤进行：

1）建立该特定成分的浓度反演模型；

1.1）配置该特定成分不同浓度的样品气体；

1.2）开启浓度检测系统的红外光源和多通道光电探测器，分别将该特定成分不同浓度的样品气体通入光学气室，得到该特定成分不同浓度的样品气体对应的待测气体通道的输出信号的峰峰值和参考通道的输出信号的峰峰值的比值；