专利名称：一种便携式可移动多组分气体分析仪的制作方法
技术领域：
本发明属于红外光谱定量分析技术领域，并涉及一种便携式可移动多组分气体分 析仪。
背景技术：
随着环境污染，气候变暖，恐怖活动这些全球性事件的加剧，越来越多的场合要求 对现场的环境气体能实时测量和分析。现有的应用红外光谱进行气体定量分析的仪器，根 据测量使用的波长通道来分，可分为有限通道的专用型分析仪和多波长连续通道的通用型 分析仪。专用型气体分析仪，由于选用的波长通道有限且分布离散，分析的气体种类一般不 超过十种；而通用型分析仪，由于在较宽的波长范围内采用了连续通道测量，所以可分析的 气体种类多达几十种至上百种。国内外市场上成熟的通用型气体分析仪如MKS(美国)，CICP(美国)等品牌均 不具备远程操控能力。对环境气体分析时，需要检验人员进入目标环境以操作仪器，在一 些毒性气体污染严重的场合，检验人员即便佩戴防护器具，也很难保证长期作业的安全性。 GASMET(芬兰)的某些气体分析仪虽然配备了蓝牙通讯，但蓝牙的有效通讯距离十分有限， 一般在数十米以内，这实质上并不能确保毒气弥散场合的安全性，同时蓝牙软件的开发较 为复杂，且仅能运行于支持蓝牙设备的仪器上，这些增加了分析仪软硬件的成本，且不便于 系统后续的维护和升级。
发明内容
本发明是一种具可移动分析能力的多组分气体分析仪，检验人员只要使用任何正 常通讯手机自带的WAP (Wireless Application Protocol)浏览器或联网便携计算机上的 网页浏览器即可对远端的气体分析仪测控，而无需在手机或便携计算机上安装额外软件。 手机网络覆盖全球，使得便携式可移动多组分气体分析仪的使用摆脱了空间距离上的限 制，检验人员可在远离现场的安全场所，长时间测控远端的气体分析仪并及时获得气体分 析数据，而这是目前国内外市场上现有气体分析仪尚未做到的。根据本发明的一个方面，提供了一种便携式可移动多组分气体分析仪，其特征在 于包括中红外多组分气体分析仪，用于进行基于傅立叶变换的红外光谱气体定量分析，可移动分析�？椋糜谑迪侄运鲋泻焱舛嘧榉制宸治鲆堑奈尴咄缭冻滩� 控。根据本发明的一个进一步的方面，所述中红外多组分气体分析仪包括长光程气体池；红外傅立叶光谱仪；跨接在所述中红外傅立叶光谱仪和所述长光程气体池之间的波纹管，用于保证由 中红外傅立叶光谱仪出射的红外干涉光能出入长光程气体池并保证测量光谱气路的密封性。根据本发明的一个进一步的方面，所述可移动分析�？榻徊桨ㄎ⑿图扑慊浒ü馄追治鋈砑？椋糜诳刂浦泻焱飧盗⒁豆馄滓堑脑诵校⒏涸鸫娲⑵宥� 分析数据，IS服务程序�？椋糜谑菇尤牖チ囊桓霰阈扑慊�/或一个手机能与所述 微型计算机交换数据和指令，进而控制中红外傅立叶光谱仪的运行，并实时获取由所述光 谱分析软件�？樯傻钠宸治鍪荩唤换LL程序�？椋糜诟涸餓S服务程序和光谱分析软件模块之间的通讯。本发明属于中红外GOOOcnT1 900CHT1)多波长连续通道的通用型气体分析仪，可 分析气体种类达五十余种。
图1A-1C显示了根据本发明的一个实施例的便携式可移动多组分气体分析仪组 成结构。图2显示了根据本发明的一个实施例的便携式可移动多组分气体分析仪测控流程。图3显示了根据本发明的一个实施例的便携式可移动多组分气体分析仪光谱定 量分析时序图。图4显示了根据本发明的一个实施例的便携式可移动多组分气体分析仪的手机 端测控界面示例照片。图5显示了根据本发明的一个实施例的便携式可移动多组分气体分析仪便携计 算机端测控界面截图。
具体实施例方式本发明的目的在于提供一种便携式可移动多组分气体分析仪，该仪器基于傅立叶 红外光谱气体定量分析原理和无线网络远程操控的优点，使得对毒气污染严重场合的远距 离、非现场、长期性的监测成为可能，这种仪器既适用于普通环境下的气体分析检测，亦适 用于应急和反恐等恶劣环境的检测。根据本发明的便携式可移动多组分气体分析仪的一个实施例的组成结构，其中红 外多组分气体分析仪和可移动分析�？椋渲型�1A、1B和IC显示了所述中红外多组分气体 分析仪的一个实施例，其包括基座(1)、微型计算机(3)、密封壳体0)、通信线缆(5)、中 红外傅立叶光谱仪(6)、波纹管(7)、长光程气体池(8)、进气管(9)、电磁阀(10)、第一控制 线缆(11)、排气管(12)、微型采样泵(13)、功率电路(14)、第二控制线缆(15)、减震橡胶垫 (16)、便携把手(17)。其中基座(1)用于支撑整个仪器重量，其上固定有微型计算机(3)、功率电路(14)、减 震橡胶垫(16)。微型计算机(3)固定于基座(1)上，所述微型计算机包括光谱分析软件�？� (201)、交互DLL程序�？�(202)和IS服务程序�？�(203)
密封壳体(4)与基座(1)通过诸如螺丝固紧，用于保证微型计算机(3)、中红外傅 立叶光谱仪(6)、长光程气体池(8)、微型采样泵(13)、功率电路(14)在长期工作中不受外 界气体腐蚀和粉尘的污染。通信线缆(5)负责中红外傅立叶光谱仪(6)与微型计算机( 之间的数据传输。中红外傅立叶光谱仪(6)安装于减震橡胶垫(16)上，减缓外界振动对光谱仪测量 的影响。波纹管(7)跨接在中红外傅立叶光谱仪(6)和长光程气体池(8)之间，保证由中 红外傅立叶光谱仪(6)出射的红外干涉光能出入长光程气体池(8)，同时保证了测量光谱 气路的密封性。长光程气体池(8)置于中红外傅立叶光谱仪(6)上，与中红外傅立叶光谱仪(6) 之间的光路由波纹管⑵密封。根据一个具体实施例，进气管(9)用特氟龙制成，其上连有电磁阀(10)，并与长光 程气体池(8)连接。电磁阀(10)装于进气管(9)上。控制线缆(11) 一端连于功率电路(14)上，另一端连于电磁阀(10)上，控制电磁 阀(10)的开关。根据一个具体实施例，排气管(1 用特氟龙制成并连接长光程气体池(8)和微型 采样泵(13)。微型采样泵(13)在电磁阀(10)关闭时，可将长光程气体池⑶内抽到真空态；在 电磁阀(10)开启时，可将外部环境气体通过进气管(9)连续抽进长光程气体池(8)内，并 通过排气管(12)，使长光程气体池(8)内气体与外部环境气体连通起来。功率电路(14)固定于基座(1)上，接收微型计算机(3)通过控制线缆(15)传送 的指令，去控制微型采样泵(1 的运转和电磁阀(10)的开关状态。控制线缆(15)联通微型计算机(3)和功率电路(14)。减震橡胶垫(16)固定于基座(1)上，其上固定有中红外傅立叶光谱仪(6)；便携把手(17)安装于密封壳体(4)两侧，方便仪器整体的搬移；如图IA和IC所示，根据本发明的一个实施例的所述可移动分析�？榘ㄎ尴呱� 网卡⑵和微型计算机(3)。无线上网卡(2)可安装于微型计算机(3)上，并为微型计算机(3)、接入互联网的 便携计算机(18)、手机(19)提供数据和指令的无线传输。在如图2所示的根据本发明的实施例中，微型计算机(3)内装有光谱分析软件模 块001)、交DLL程序模块(20 和IS服务程序�？�003)。接入互联网的便携计算机(18)通过无线网络与微型计算机C3)交换数据和指令。手机(19)(可以是GSM，CDMA，或3G手机)通过GSM，CDMA，或3G网络与微型计算 机( 交换数据和指令；光谱分析软件�？�(201)用于控制中红外傅立叶光谱仪(6)的运行，并负责存储 气体定量分析数据。交互DLL程序�？�(20 ，负责IS服务程序和光谱分析软件模块(201)之间的通讯。
根据本发明的一个实施例，IS服务程序�？镼03)由动态网页语言和 WML(Wireless Markup Language)语言混合编写。借助动态网页语言，接入互联网的便携 计算机(18)可通过网页浏览器与微型计算机C3)交换数据和指令，进而控制中红外傅立叶 光谱仪(6)的运行，并实时获取由光谱分析软件生成的气体分析数据；借助WML语言，手机 (19)可通过WAP浏览器与微型计算机(3)交换数据和指令，进而控制中红外傅立叶光谱仪 (6)的运行，并实时获取由光谱分析软件生成的气体分析数据。根据本发明的一个实施例的便携式可移动多组分气体分析仪的操作方式包括测 量分析方式和控制方式。在测量分析方式下，测量和分析过程在中红外傅立叶光谱仪(6)和微型计算机 (3)上进行。由于所述便携式可移动多组分气体分析仪基于傅立叶变换红外光谱原理，其定 量依据为比尔吸收定律，即被测气体的吸光度A与校准摩尔吸光系数a、气体池有效吸收光程L之间的关系
A = aCL+ ε其中ε为光谱残差，理想分析情况下，为光谱测量的随机噪声。 对m组分气体在η个波长通道处的吸收，有矩阵形式的比尔定律
权利要求
1.便携式可移动多组分气体分析仪，其特征在于包括中红外多组分气体分析仪，用于进行基于傅立叶变换红外光谱的气体定量分析，可移动分析模块，用于实现对所述中红外多组分气体分析仪的无线远程操控。
2.如权利要求1所述的便携式可移动多组分气体分析仪，其特征在于所述中红外多组 分气体分析仪包括长光程气体池(8)；红外傅立叶光谱仪(6)跨接在所述中红外傅立叶光谱仪(6)和所述长光程气体池(8)之间的波纹管(7)，用于 保证由中红外傅立叶光谱仪(6)出射的红外干涉光能出入长光程气体池(8)，同时保证了 测量光路的气密性。
3.如权利要求2所述的便携式可移动多组分气体分析仪，其特征在于所述可移动分析 �？榻徊桨ㄎ⑿图扑慊�(3)，其包括光谱分析软件�？�(201)，用于控制中红外傅立叶光谱仪(6)的运行，并负责存储气体 定量分析数据，互联网服务程序�？�(203)，用于使接入互联网的一个便携计算机(18)和/或一个手 机(19)能与所述微型计算机(3)交换数据和指令，进而控制中红外傅立叶光谱仪(6)的运 行，并实时获取由所述光谱分析软件�？�(201)生成的气体分析数据；交互DLL程序�？�(202)，用于进行所述互联网服务程序和光谱分析软件�？�(201)之 间的通讯。
4.如权利要求3所述的便携式可移动多组分气体分析仪，其特征在于所述互联网服务 程序�？�(203)由动态网页语言和WML语言混合编写，其中，借助所述动态网页语言，所述便携计算机(18)可通过网页浏览器与所述微型计算机 (3)交换数据和指令，进而控制中红外傅立叶光谱仪(6)的运行，并实时获取由光谱分析软 件生成的气体分析数据；借助所述WML语言，所述手机(19)可通过WAP浏览器与微型计算机(3)交换数据和指 令，进而控制中红外傅立叶光谱仪(6)的运行，并实时获取由光谱分析软件生成的气体分 析数据。
5.如权利要求4所述的便携式可移动多组分气体分析仪，其特征在于所述可移动分析 �？榻徊桨ㄒ桓鑫尴呱贤�(2)，用于进行所述IS服务程序模块(203)与所述便携计算机(18)和 /或所述手机(19)直接的通讯。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的便携式可移动多组分气体分析仪，其特征在于所 述中红外多组分气体分析仪进一步包括一个基座(1)，所述微型计算机(3)被固定在所述基座上；波纹管(7)，其跨接在中红外傅立叶光谱仪(6)和长光程气体池(8)之间，用于保证由 中红外傅立叶光谱仪(6)出射的红外干涉光能出入长光程气体池(8)，同时保证了测量光 路的气密性；一个进气管(9)，其与长光程气体池(8)连接；连在所述进气管(9)上的一个电磁阀(10)；第一控制线缆(11)，用于连接一个功率电路(14)和所述电磁阀(10)，从而控制电磁阀 (10)的开关第二控制线缆(15)，用于联通微型计算机(3)和所述功率电路(14)；所述功率电路(14)，其固定于基座(1)上，用于接收微型计算机(3)通过第二控制线缆 (15)传送的指令，从而控制一个微型采样泵(13)的运转和电磁阀(10)的开关状态；所述微型采样泵(13)，用于在电磁阀(10)关闭时将长光程气体池(8)内抽到真空态， 且在电磁阀(10)开启时将外部环境气体通过进气管(9)连续抽进长光程气体池(8)内，并 使长光程气体池(8)内气体与外部环境气体连通起来；固定在所述基座(1)上的一个密封壳体(4)，用于保证所述微型计算机(3)、中红外傅 立叶光谱仪(6)、长光程气体池(8)、微型采样泵(13)、功率电路(14)不受外界气体腐蚀和 粉尘的污染。
7.如权利要求6所述的便携式可移动多组分气体分析仪，其特征在于所述可移动分析 �？榻徊桨ㄅ牌�(12)，用于连接长光程气体池(8)和微型采样泵(13)；减震橡胶垫(16)，它固定于基座(1)上，该减震橡胶垫上固定有中红外傅立叶光谱仪(6)；安装于密封壳体(4)两侧的便携把手(17)，方便仪器整体的搬移。
8.如权利要求1-5中任何一项所述的便携式可移动多组分气体分析仪，其特征在于所 述互联网服务程序�？�(203)由动态网页语言和WML语言混合编写，其中借助所述动态网页语言，接入互联网的便携计算机(18)可通过网页浏览器与微型计 算机(3)交换数据和指令，进而控制中红外傅立叶光谱仪(6)的运行，并实时获取由光谱分 析软件生成的气体分析数据；借助所述WML语言，手机(19)可通过WAP浏览器与微型计算机(3)交换数据和指令， 进而控制中红外傅立叶光谱仪(6)的运行，并实时获取由光谱分析软件生成的气体分析数 据。
9.根据权利要求8所述的便携式可移动多组分气体分析仪，其中所述动态网页语言 可以是 ASP (Active Server Pages)、PHP (Hypertext Preprocessor)、JSP (Java Server Pages)、ASP. NET (Active Server Page. NET)语言。
全文摘要
本发明的便携式可移动多组分气体分析仪，包括中红外多组分气体分析仪和可移动分析�？�。中红外多组分气体分析仪包括傅立叶中红外光谱仪、长光程气体池、微型采样泵、功率电路、电磁阀、进气管、排气管。可移动分析�？榘ㄓ胫泻焱舛嘧榉制宸治鲆羌稍谝黄鸬奈⑿图扑慊�、装于微型计算机上的无线上网卡、接入互联网的便携计算机；该微型计算机装有光谱分析软件、交互DLL程序和因特网服务程序。该便携式可移动多组分气体分析仪具备远距离、非现场测控能力，除适用于一般的气体光谱定量分析，尤其适于毒性污染严重，不便于人员停留的环境，在反恐和应急检测中尤能体现优势。
文档编号G01N21/35GK102053070SQ20101021976
公开日2011年5月11日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者任利兵, 尉昊赟, 李岩 申请人:清华大学
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