在工業(yè)生產(chǎn)中，電力、煤炭以及石油化工行業(yè)產(chǎn)生大量的易燃、易爆、有毒有害的氣體，對(duì)這些有害氣體進(jìn)行及時(shí)且精確的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)是許多企業(yè)安全生產(chǎn)中的重要一環(huán)[1]。由于這些氣體在多數(shù)情況下成分復(fù)雜，對(duì)某種單一的氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)有著很多的局限性，所以越來(lái)越多的行業(yè)和部門(mén)需要多通道的在線檢測(cè)儀器。
在線檢測(cè)技術(shù)的主要應(yīng)用是在線氣體檢測(cè)儀和水質(zhì)檢測(cè)儀。其中在線氣體檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用范圍廣、發(fā)展快，技術(shù)也比較成熟，主要應(yīng)用在流程工業(yè)、環(huán)境檢測(cè)和其他領(lǐng)域。現(xiàn)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及科技的進(jìn)步，已開(kāi)發(fā)了許多在線監(jiān)測(cè)儀設(shè)備，并且在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、干擾補(bǔ)償和嵌入式系統(tǒng)方面縮小了與檢測(cè)儀器水平的差距。但在功能、自動(dòng)化水平、可靠性、精度等方面與國(guó)外技術(shù)仍有較大的差距，特別是在技術(shù)產(chǎn)品上的差距更大。以新型數(shù)字式傳感器組成的檢測(cè)儀器、有毒易爆類氣體檢測(cè)儀器還不常見(jiàn)，不少舊產(chǎn)品的技術(shù)更新緩慢。所以為在分析檢測(cè)儀領(lǐng)域彌補(bǔ)與國(guó)外的差距，研發(fā)新一代的智能化多通道在線氣體檢測(cè)儀成為必要的任務(wù)。
1.1 在線紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
在各種在線光譜分析技術(shù)中，對(duì)中紅外(2.5~15 μm)的光譜分析成熟，這也是目前應(yīng)用廣泛的在線氣體分析技術(shù)。中紅外光譜是在線光譜分析常用的波段，例如非分光氣體分析儀(NDIR)常選擇的特征波長(zhǎng)為1~15 μm。各種氣體的吸收光譜比較復(fù)雜，其中CO為4.66 μm，CO2為4.27 μm，CH4為3.33 μm，SO2為7.30 μm等。非分光紅外氣體分析技術(shù)是在線分析應(yīng)用成熟的技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了多種紅外氣體分析儀。
1.2 傳感器簡(jiǎn)介
傳感器采用半導(dǎo)體光源，能發(fā)出4.26~9.67 μm波長(zhǎng)范圍的紅外光，基本包含了常見(jiàn)氣體的特征吸收帶。除此之外，該光源具有功耗低、熱穩(wěn)定性好和抗氧化能力強(qiáng)的特點(diǎn)。傳感器氣室部分的基本結(jié)構(gòu)包括光學(xué)系統(tǒng)、電路測(cè)量系統(tǒng)、信號(hào)放大系統(tǒng)和模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。在工作時(shí)，左側(cè)光源發(fā)出紅外光，通過(guò)窗口透明玻璃射入氣室，同時(shí)將待測(cè)氣體通入氣室，氣體吸收特定波長(zhǎng)的紅外光，氣室內(nèi)部設(shè)置了參考和測(cè)量通道，分別對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的檢測(cè)裝置，其中參考測(cè)量通道通入零氣，用于對(duì)傳感器的零點(diǎn)標(biāo)定。而測(cè)量通道通入檢測(cè)氣體，其電壓值與氣體濃度值呈線性關(guān)系，因?yàn)闇y(cè)量裝置輸出的電壓信號(hào)只有毫伏級(jí)別，因此，還必須對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)放大。
1.3 整體設(shè)計(jì)思路
根據(jù)總體的功能要求，對(duì)檢測(cè)儀的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，基于模塊化的設(shè)計(jì)原理，可將整個(gè)檢測(cè)平臺(tái)分為氣體主控制器、傳感器、信號(hào)調(diào)理、通信、控制以及人機(jī)交互6個(gè)模塊，檢測(cè)儀各模塊間的流程框圖，氣體經(jīng)預(yù)處理裝置通入傳感器中，傳感器采集氣體濃度值，進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后送入主控制器中，主控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行通信和控制操作。同時(shí)，為方便用戶從設(shè)備獲取需要的信息以及直接發(fā)送指令操作儀器，增加了人機(jī)交互模塊。
