專利名稱：一種便攜式可移動多組分氣體分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅外光譜定量分析技術(shù)領(lǐng)域，并涉及一種便攜式可移動多組分氣體分 析儀。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)境污染，氣候變暖，恐怖活動這些全球性事件的加劇，越來越多的場合要求 對現(xiàn)場的環(huán)境氣體能實時測量和分析?，F(xiàn)有的應(yīng)用紅外光譜進(jìn)行氣體定量分析的儀器，根 據(jù)測量使用的波長通道來分，可分為有限通道的專用型分析儀和多波長連續(xù)通道的通用型 分析儀。專用型氣體分析儀，由于選用的波長通道有限且分布離散，分析的氣體種類一般不 超過十種；而通用型分析儀，由于在較寬的波長范圍內(nèi)采用了連續(xù)通道測量，所以可分析的 氣體種類多達(dá)幾十種至上百種。國內(nèi)外市場上成熟的通用型氣體分析儀如MKS(美國)，CICP(美國)等品牌均 不具備遠(yuǎn)程操控能力。對環(huán)境氣體分析時，需要檢驗人員進(jìn)入目標(biāo)環(huán)境以操作儀器，在一 些毒性氣體污染嚴(yán)重的場合，檢驗人員即便佩戴防護(hù)器具，也很難保證長期作業(yè)的安全性。 GASMET(芬蘭)的某些氣體分析儀雖然配備了藍(lán)牙通訊，但藍(lán)牙的有效通訊距離十分有限， 一般在數(shù)十米以內(nèi)，這實質(zhì)上并不能確保毒氣彌散場合的安全性，同時藍(lán)牙軟件的開發(fā)較 為復(fù)雜，且僅能運行于支持藍(lán)牙設(shè)備的儀器上，這些增加了分析儀軟硬件的成本，且不便于 系統(tǒng)后續(xù)的維護(hù)和升級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種具可移動分析能力的多組分氣體分析儀，檢驗人員只要使用任何正 常通訊手機(jī)自帶的WAP (Wireless Application Protocol)瀏覽器或聯(lián)網(wǎng)便攜計算機(jī)上的 網(wǎng)頁瀏覽器即可對遠(yuǎn)端的氣體分析儀測控，而無需在手機(jī)或便攜計算機(jī)上安裝額外軟件。 手機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球，使得便攜式可移動多組分氣體分析儀的使用擺脫了空間距離上的限 制，檢驗人員可在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的安全場所，長時間測控遠(yuǎn)端的氣體分析儀并及時獲得氣體分 析數(shù)據(jù)，而這是目前國內(nèi)外市場上現(xiàn)有氣體分析儀尚未做到的。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種便攜式可移動多組分氣體分析儀，其特征在 于包括中紅外多組分氣體分析儀，用于進(jìn)行基于傅立葉變換的紅外光譜氣體定量分析，可移動分析模塊，用于實現(xiàn)對所述中紅外多組分氣體分析儀的無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操 控。根據(jù)本發(fā)明的一個進(jìn)一步的方面，所述中紅外多組分氣體分析儀包括長光程氣體池；紅外傅立葉光譜儀；跨接在所述中紅外傅立葉光譜儀和所述長光程氣體池之間的波紋管，用于保證由 中紅外傅立葉光譜儀出射的紅外干涉光能出入長光程氣體池并保證測量光譜氣路的密封性。根據(jù)本發(fā)明的一個進(jìn)一步的方面，所述可移動分析模塊進(jìn)一步包括微型計算機(jī)，其包括光譜分析軟件模塊，用于控制中紅外傅立葉光譜儀的運行，并負(fù)責(zé)存儲氣體定量 分析數(shù)據(jù)，IS服務(wù)程序模塊，用于使接入互聯(lián)網(wǎng)的一個便攜計算機(jī)和/或一個手機(jī)能與所述 微型計算機(jī)交換數(shù)據(jù)和指令，進(jìn)而控制中紅外傅立葉光譜儀的運行，并實時獲取由所述光 譜分析軟件模塊生成的氣體分析數(shù)據(jù)；交互DLL程序模塊，用于負(fù)責(zé)IS服務(wù)程序和光譜分析軟件模塊之間的通訊。本發(fā)明屬于中紅外GOOOcnT1 900CHT1)多波長連續(xù)通道的通用型氣體分析儀，可 分析氣體種類達(dá)五十余種。


圖1A-1C顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的便攜式可移動多組分氣體分析儀組 成結(jié)構(gòu)。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的便攜式可移動多組分氣體分析儀測控流程。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的便攜式可移動多組分氣體分析儀光譜定 量分析時序圖。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的便攜式可移動多組分氣體分析儀的手機(jī) 端測控界面示例照片。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的便攜式可移動多組分氣體分析儀便攜計 算機(jī)端測控界面截圖。
具體實施例方式本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式可移動多組分氣體分析儀，該儀器基于傅立葉 紅外光譜氣體定量分析原理和無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操控的優(yōu)點，使得對毒氣污染嚴(yán)重場合的遠(yuǎn)距 離、非現(xiàn)場、長期性的監(jiān)測成為可能，這種儀器既適用于普通環(huán)境下的氣體分析檢測，亦適 用于應(yīng)急和反恐等惡劣環(huán)境的檢測。根據(jù)本發(fā)明的便攜式可移動多組分氣體分析儀的一個實施例的組成結(jié)構(gòu)，其中紅 外多組分氣體分析儀和可移動分析模塊，其中圖1A、1B和IC顯示了所述中紅外多組分氣體 分析儀的一個實施例，其包括基座(1)、微型計算機(jī)(3)、密封殼體0)、通信線纜(5)、中 紅外傅立葉光譜儀(6)、波紋管(7)、長光程氣體池(8)、進(jìn)氣管(9)、電磁閥(10)、第一控制 線纜(11)、排氣管(12)、微型采樣泵(13)、功率電路(14)、第二控制線纜(15)、減震橡膠墊 (16)、便攜把手(17)。其中基座(1)用于支撐整個儀器重量，其上固定有微型計算機(jī)(3)、功率電路(14)、減 震橡膠墊(16)。微型計算機(jī)(3)固定于基座(1)上，所述微型計算機(jī)包括光譜分析軟件模塊 (201)、交互DLL程序模塊(202)和IS服務(wù)程序模塊(203)
密封殼體(4)與基座(1)通過諸如螺絲固緊，用于保證微型計算機(jī)(3)、中紅外傅 立葉光譜儀(6)、長光程氣體池(8)、微型采樣泵(13)、功率電路(14)在長期工作中不受外 界氣體腐蝕和粉塵的污染。通信線纜(5)負(fù)責(zé)中紅外傅立葉光譜儀(6)與微型計算機(jī)( 之間的數(shù)據(jù)傳輸。中紅外傅立葉光譜儀(6)安裝于減震橡膠墊(16)上，減緩?fù)饨缯駝訉庾V儀測量 的影響。波紋管(7)跨接在中紅外傅立葉光譜儀(6)和長光程氣體池(8)之間，保證由中 紅外傅立葉光譜儀(6)出射的紅外干涉光能出入長光程氣體池(8)，同時保證了測量光譜 氣路的密封性。長光程氣體池(8)置于中紅外傅立葉光譜儀(6)上，與中紅外傅立葉光譜儀(6) 之間的光路由波紋管⑵密封。根據(jù)一個具體實施例，進(jìn)氣管(9)用特氟龍制成，其上連有電磁閥(10)，并與長光 程氣體池(8)連接。電磁閥(10)裝于進(jìn)氣管(9)上。控制線纜(11) 一端連于功率電路(14)上，另一端連于電磁閥(10)上，控制電磁 閥(10)的開關(guān)。根據(jù)一個具體實施例，排氣管(1 用特氟龍制成并連接長光程氣體池(8)和微型 采樣泵(13)。微型采樣泵(13)在電磁閥(10)關(guān)閉時，可將長光程氣體池⑶內(nèi)抽到真空態(tài)；在 電磁閥(10)開啟時，可將外部環(huán)境氣體通過進(jìn)氣管(9)連續(xù)抽進(jìn)長光程氣體池(8)內(nèi)，并 通過排氣管(12)，使長光程氣體池(8)內(nèi)氣體與外部環(huán)境氣體連通起來。功率電路(14)固定于基座(1)上，接收微型計算機(jī)(3)通過控制線纜(15)傳送 的指令，去控制微型采樣泵(1 的運轉(zhuǎn)和電磁閥(10)的開關(guān)狀態(tài)。控制線纜(15)聯(lián)通微型計算機(jī)(3)和功率電路(14)。減震橡膠墊(16)固定于基座(1)上，其上固定有中紅外傅立葉光譜儀(6)；便攜把手(17)安裝于密封殼體(4)兩側(cè)，方便儀器整體的搬移；如圖IA和IC所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的所述可移動分析模塊包括無線上 網(wǎng)卡⑵和微型計算機(jī)(3)。無線上網(wǎng)卡(2)可安裝于微型計算機(jī)(3)上，并為微型計算機(jī)(3)、接入互聯(lián)網(wǎng)的 便攜計算機(jī)(18)、手機(jī)(19)提供數(shù)據(jù)和指令的無線傳輸。在如圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的實施例中，微型計算機(jī)(3)內(nèi)裝有光譜分析軟件模 塊001)、交DLL程序模塊(20 和IS服務(wù)程序模塊003)。接入互聯(lián)網(wǎng)的便攜計算機(jī)(18)通過無線網(wǎng)絡(luò)與微型計算機(jī)C3)交換數(shù)據(jù)和指令。手機(jī)(19)(可以是GSM，CDMA，或3G手機(jī))通過GSM，CDMA，或3G網(wǎng)絡(luò)與微型計算 機(jī)( 交換數(shù)據(jù)和指令；光譜分析軟件模塊(201)用于控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，并負(fù)責(zé)存儲 氣體定量分析數(shù)據(jù)。交互DLL程序模塊(20 ，負(fù)責(zé)IS服務(wù)程序和光譜分析軟件模塊(201)之間的通訊。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，IS服務(wù)程序模塊Q03)由動態(tài)網(wǎng)頁語言和 WML(Wireless Markup Language)語言混合編寫。借助動態(tài)網(wǎng)頁語言，接入互聯(lián)網(wǎng)的便攜 計算機(jī)(18)可通過網(wǎng)頁瀏覽器與微型計算機(jī)C3)交換數(shù)據(jù)和指令，進(jìn)而控制中紅外傅立葉 光譜儀(6)的運行，并實時獲取由光譜分析軟件生成的氣體分析數(shù)據(jù)；借助WML語言，手機(jī) (19)可通過WAP瀏覽器與微型計算機(jī)(3)交換數(shù)據(jù)和指令，進(jìn)而控制中紅外傅立葉光譜儀 (6)的運行，并實時獲取由光譜分析軟件生成的氣體分析數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的便攜式可移動多組分氣體分析儀的操作方式包括測 量分析方式和控制方式。在測量分析方式下，測量和分析過程在中紅外傅立葉光譜儀(6)和微型計算機(jī) (3)上進(jìn)行。由于所述便攜式可移動多組分氣體分析儀基于傅立葉變換紅外光譜原理，其定 量依據(jù)為比爾吸收定律，即被測氣體的吸光度A與校準(zhǔn)摩爾吸光系數(shù)a、氣體池有效吸收光程L之間的關(guān)系
A = aCL+ ε其中ε為光譜殘差，理想分析情況下，為光譜測量的隨機(jī)噪聲。 對m組分氣體在η個波長通道處的吸收，有矩陣形式的比爾定律
權(quán)利要求
1.便攜式可移動多組分氣體分析儀，其特征在于包括中紅外多組分氣體分析儀，用于進(jìn)行基于傅立葉變換紅外光譜的氣體定量分析，可移動分析模塊，用于實現(xiàn)對所述中紅外多組分氣體分析儀的無線遠(yuǎn)程操控。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式可移動多組分氣體分析儀，其特征在于所述中紅外多組 分氣體分析儀包括長光程氣體池(8)；紅外傅立葉光譜儀(6)跨接在所述中紅外傅立葉光譜儀(6)和所述長光程氣體池(8)之間的波紋管(7)，用于 保證由中紅外傅立葉光譜儀(6)出射的紅外干涉光能出入長光程氣體池(8)，同時保證了 測量光路的氣密性。
3.如權(quán)利要求2所述的便攜式可移動多組分氣體分析儀，其特征在于所述可移動分析 模塊進(jìn)一步包括微型計算機(jī)(3)，其包括光譜分析軟件模塊(201)，用于控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，并負(fù)責(zé)存儲氣體 定量分析數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序模塊(203)，用于使接入互聯(lián)網(wǎng)的一個便攜計算機(jī)(18)和/或一個手 機(jī)(19)能與所述微型計算機(jī)(3)交換數(shù)據(jù)和指令，進(jìn)而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運 行，并實時獲取由所述光譜分析軟件模塊(201)生成的氣體分析數(shù)據(jù)；交互DLL程序模塊(202)，用于進(jìn)行所述互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序和光譜分析軟件模塊(201)之 間的通訊。
4.如權(quán)利要求3所述的便攜式可移動多組分氣體分析儀，其特征在于所述互聯(lián)網(wǎng)服務(wù) 程序模塊(203)由動態(tài)網(wǎng)頁語言和WML語言混合編寫，其中，借助所述動態(tài)網(wǎng)頁語言，所述便攜計算機(jī)(18)可通過網(wǎng)頁瀏覽器與所述微型計算機(jī) (3)交換數(shù)據(jù)和指令，進(jìn)而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，并實時獲取由光譜分析軟 件生成的氣體分析數(shù)據(jù)；借助所述WML語言，所述手機(jī)(19)可通過WAP瀏覽器與微型計算機(jī)(3)交換數(shù)據(jù)和指 令，進(jìn)而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，并實時獲取由光譜分析軟件生成的氣體分 析數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的便攜式可移動多組分氣體分析儀，其特征在于所述可移動分析 模塊進(jìn)一步包括一個無線上網(wǎng)卡(2)，用于進(jìn)行所述IS服務(wù)程序模塊(203)與所述便攜計算機(jī)(18)和 /或所述手機(jī)(19)直接的通訊。
6.如權(quán)利要求1-5中任何一項所述的便攜式可移動多組分氣體分析儀，其特征在于所 述中紅外多組分氣體分析儀進(jìn)一步包括一個基座(1)，所述微型計算機(jī)(3)被固定在所述基座上；波紋管(7)，其跨接在中紅外傅立葉光譜儀(6)和長光程氣體池(8)之間，用于保證由 中紅外傅立葉光譜儀(6)出射的紅外干涉光能出入長光程氣體池(8)，同時保證了測量光 路的氣密性；一個進(jìn)氣管(9)，其與長光程氣體池(8)連接；連在所述進(jìn)氣管(9)上的一個電磁閥(10)；第一控制線纜(11)，用于連接一個功率電路(14)和所述電磁閥(10)，從而控制電磁閥 (10)的開關(guān)第二控制線纜(15)，用于聯(lián)通微型計算機(jī)(3)和所述功率電路(14)；所述功率電路(14)，其固定于基座(1)上，用于接收微型計算機(jī)(3)通過第二控制線纜 (15)傳送的指令，從而控制一個微型采樣泵(13)的運轉(zhuǎn)和電磁閥(10)的開關(guān)狀態(tài)；所述微型采樣泵(13)，用于在電磁閥(10)關(guān)閉時將長光程氣體池(8)內(nèi)抽到真空態(tài)， 且在電磁閥(10)開啟時將外部環(huán)境氣體通過進(jìn)氣管(9)連續(xù)抽進(jìn)長光程氣體池(8)內(nèi)，并 使長光程氣體池(8)內(nèi)氣體與外部環(huán)境氣體連通起來；固定在所述基座(1)上的一個密封殼體(4)，用于保證所述微型計算機(jī)(3)、中紅外傅 立葉光譜儀(6)、長光程氣體池(8)、微型采樣泵(13)、功率電路(14)不受外界氣體腐蝕和 粉塵的污染。
7.如權(quán)利要求6所述的便攜式可移動多組分氣體分析儀，其特征在于所述可移動分析 模塊進(jìn)一步包括排氣管(12)，用于連接長光程氣體池(8)和微型采樣泵(13)；減震橡膠墊(16)，它固定于基座(1)上，該減震橡膠墊上固定有中紅外傅立葉光譜儀(6)；安裝于密封殼體(4)兩側(cè)的便攜把手(17)，方便儀器整體的搬移。
8.如權(quán)利要求1-5中任何一項所述的便攜式可移動多組分氣體分析儀，其特征在于所 述互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序模塊(203)由動態(tài)網(wǎng)頁語言和WML語言混合編寫，其中借助所述動態(tài)網(wǎng)頁語言，接入互聯(lián)網(wǎng)的便攜計算機(jī)(18)可通過網(wǎng)頁瀏覽器與微型計 算機(jī)(3)交換數(shù)據(jù)和指令，進(jìn)而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，并實時獲取由光譜分 析軟件生成的氣體分析數(shù)據(jù)；借助所述WML語言，手機(jī)(19)可通過WAP瀏覽器與微型計算機(jī)(3)交換數(shù)據(jù)和指令， 進(jìn)而控制中紅外傅立葉光譜儀(6)的運行，并實時獲取由光譜分析軟件生成的氣體分析數(shù) 據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的便攜式可移動多組分氣體分析儀，其中所述動態(tài)網(wǎng)頁語言 可以是 ASP (Active Server Pages)、PHP (Hypertext Preprocessor)、JSP (Java Server Pages)、ASP. NET (Active Server Page. NET)語言。
全文摘要
本發(fā)明的便攜式可移動多組分氣體分析儀，包括中紅外多組分氣體分析儀和可移動分析模塊。中紅外多組分氣體分析儀包括傅立葉中紅外光譜儀、長光程氣體池、微型采樣泵、功率電路、電磁閥、進(jìn)氣管、排氣管。可移動分析模塊包括與中紅外多組分氣體分析儀集成在一起的微型計算機(jī)、裝于微型計算機(jī)上的無線上網(wǎng)卡、接入互聯(lián)網(wǎng)的便攜計算機(jī)；該微型計算機(jī)裝有光譜分析軟件、交互DLL程序和因特網(wǎng)服務(wù)程序。該便攜式可移動多組分氣體分析儀具備遠(yuǎn)距離、非現(xiàn)場測控能力，除適用于一般的氣體光譜定量分析，尤其適于毒性污染嚴(yán)重，不便于人員停留的環(huán)境，在反恐和應(yīng)急檢測中尤能體現(xiàn)優(yōu)勢。
文檔編號G01N21/35GK102053070SQ20101021976
公開日2011年5月11日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者任利兵, 尉昊赟, 李巖 申請人:清華大學(xué)