专利名称：气体探测仪和滤光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子设备领域，更具体地说，涉及气体探测仪和滤光装置。
背景技术：
随着社会经济和城市化进程的快速发展，机动车数量不断增加，其尾气排放量也与日俱增。机动车尾气中的主要污染物包括一氧化碳(CO)气体、二氧化碳(CO2)气体、丙 烷气体等，这些污染物对大气环境造成了严重污染。为此，各大中型城市在道路上设置尾气 遥感检测系统，以对道路上行驶汽车所排放尾气中的上述三种气体进行快速检测，并将检 测数据上传以方便环保、交通管理部门进行科学管理。上述尾气遥感检测系统一般使用气体探测仪来实现对一氧化碳CO、CO2、丙烷等三 种气体的快速检测。传统的气体探测仪包括光源、探测器和滤光装置，其中的滤光装置又包 括滤光片盘、设置于滤光片盘上的滤光片以及控制滤光片盘旋转的电机，而滤光片则可分 为参考滤光片和检测滤光片，其中，检测滤光片又可细分为CO滤光片、CO2滤光片和丙烷滤 光片。在进行检测时，电机带动滤光片盘和滤光片旋转，光源与探测器分设于滤光片盘两 侧，光源发射出的光信号穿越尾气经滤光片过滤后可被探测器接收。滤光片盘旋转一周，探 测器即可接收到分别经参考滤光片、CO滤光片、CO2滤光片和丙烷滤光片过滤的一组光信 号，探测器对上述一组光信号进行分析处理可得出CO、CO2、丙烷的检测结果。然而，在实施本发明创造的过程中，发明人发现，在对道路上行驶的某一辆汽车进 行尾气检测时，为了提高检测精度，探测器通常需要进行几十组检测。在使用传统气体探测 仪进行检测时，电机(滤光片盘)旋转一周，检测器只能得出一组检测结果，也即电机需要 转几十周才能完成对某一辆汽车的尾气检测。再加上汽车行驶速度很快，为了在汽车经过 气体探测仪的过程中能完成对其排放尾气的精确检测，电机需要高速旋转。而转速越高，电 机的价格就越昂贵，进而导致滤光装置乃至整个气体探测仪的成本居高不下。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了成本较低的气体探测仪和滤光装置。为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下方案—种气体探测仪，包括光源、探测器和滤光装置，所述滤光装置包括滤光片轮、设 置于所述滤光片轮上的多组滤光片组以及控制所述滤光片轮旋转的电机，其中，任一滤光 片组包括参考滤光片和检测滤光片，所述任一滤光片所在平面与所述滤光片轮的旋转面相
垂直；在使用时，所述光源和探测器中的任意一个安放于所述滤光片轮的内部，另一个 安放于所述滤光片轮的外部，并且所述探测器位于所述光源发出的光信号的光传播路径 上。优选的，所述滤光片轮包括底盘以及分设于所述底盘两侧的连接部和主轴；所述滤光片通过所述连接部与所述底盘垂直连接；
所述主轴一端与所述底盘垂直连接，另一端与所述电机的输出端相连接。优选的，所述电机具体为伺服电机。优选的，在所述光源与探测器之间的光传播路径上，还依次设置有准直镜、反射器 和聚光镜。优选的，所述检测滤光片包括一氧化碳滤光片、二氧化碳滤光片和丙烷滤光片。一种滤光装置，包括滤光片轮、设置于所述滤光片轮上的多组滤光片组以及控制 所述滤光片轮旋转的电机，其中，任一滤光片组包括参考滤光片和检测滤光片，所述任一滤 光片所在平面与所述滤光片轮的旋转面相垂直。优选的，所述滤光片轮包括底盘以及分设于所述底盘两侧的连接部和主轴；所述滤光片通过所述连接部与所述底盘垂直连接；所述主轴一端与所述底盘垂直连接，另一端 与所述电机的输出端相连接。优选的，所述电机具体为伺服电机。优选的，所述检测滤光片包括一氧化碳滤光片、二氧化碳滤光片和丙烷滤光片。从上述的技术方案可以看出，在本发明实施例中，滤光装置的滤光片轮上设置有 多组滤光片组，电机每旋转一周，探测器即可完成多组尾气检测。与传统的电机旋转一周、 探测器只可完成一组尾气检测相比，当需在相同的时间里完成同样多组的检测时，本发明 实施例的气体探测仪中的电机所需要旋转的周数要明显少于传统气体探测仪中的电机所 需旋转的周数，也即在本发明实施例中，电机的转速可以相对较低，因此其成本也低于转速 高的电机的成本，从而降低了滤光装置乃至整个气体探测仪的成本。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。图1为传统气体探测仪的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的气体探测仪结构示意图；图3为本发明实施例所提供的气体探测仪另一结构示意图；图4为本发明实施例所提供的滤光装置结构示意图；图5为本发明实施例所提供的滤光装置结构另一结构示意图；图6为本发明实施例所提供的滤光装置结构又一结构示意图；图7为本发明实施例所提供的气体探测仪又一结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。参见图1，传统的气体探测仪一般包括光源1、探测器2和滤光装置，其中的滤光装置包括滤光片盘3、设置于滤光片盘3上的滤光片以及控制滤光片盘3旋转的电机4 ；滤光片分为参考滤光片5和检测滤光片，而检测滤光片又可细分为CO滤光片6、C02滤光片7和 丙烷滤光片8。在进行检测时，电机4带动滤光片盘3和滤光片旋转，光源1与探测器2分 设于滤光片盘3两侧，光源1发射出的光信号穿越尾气经滤光片过滤后可被探测器2接收。 滤光片盘3旋转一周，探测器2即可接收到分别经参考滤光片5、CO滤光片6、CO2滤光片7 和丙烷滤光片8过滤的一组光信号，探测器2对上述一组光信号进行分析处理可得出CO、 CO2、丙烷的检测结果。在对道路上行驶的某一辆汽车进行尾气检测时，为了提高检测精度，探测器2通 常需要进行几十组检测，而电机4 (滤光片盘3)旋转一周只能得出一组检测结果来，也即电 机4需要转几十周才能完成对某一辆汽车的尾气检测。再加上汽车行驶速度很快，为了在 汽车经过气体探测仪时完成对其所排放尾气的精确检测，电机4需要高速旋转。而转速越 高，电机4的价格就越昂贵，进而导致滤光装置乃至整个气体探测仪的成本居高不下。同时 过高的转速对机械结构和安全性都是十分不利的。有鉴于此，本发明提供了成本较低的气体探测仪。图2示出了上述气体探测仪的一种结构，该气体探测仪与图1示出的传统气体探 测仪的结构相类似，所不同的是，滤光装置的滤光片盘3上设置有多组滤光片组，其中任一 组滤光片组中包括参考滤光片5和检测滤光片，而检测滤光片中又细分为CO滤光片6、CO2 滤光片7和丙烷滤光片8。可见，在本实施例中，滤光装置的滤光片盘上设置有多组滤光片组，当电机4转一 周时，探测器2可以收集到多组光信号完成多组尾气检测，与传统的电机旋转一周探测器 只可完成一组尾气检测相比，当需在相同的时间里完成同样多组的检测时，本实施例的气 体探测仪中的电机4所需要旋转的周数要明显少于传统气体探测仪中的电机所需旋转的 周数，也即在本实施例中，电机4的转速可以相对较低，因此其成本也低于转速高的电机的 成本，从而降低了滤光装置乃至整个气体探测仪的成本。需要注意的是，在使用上述气体探测仪对道路尾气进行检测时，光源1设于道路 一侧，探测器2和滤光装置设于道路另一侧，且滤光装置中的滤光片盘3需要竖直放置，而 与之连接的电机4则水平放置。当然，在其他应用场景中，滤光片盘3也可水平放置，而与 之连接的电机4则竖直放置，在此不作赘述。本发明实施例还提供了具有另一种结构的气体探测仪，请参见图3-4，该气体探测 仪包括光源1、探测器2和滤光装置，该滤光装置包括滤光片轮31、设置于滤光片轮31上的 多组滤光片组以及控制滤光片轮31旋转的电机4，其中，任一滤光片组包括参考滤光片5和 检测滤光片，在本实施例中，检测滤光片包括CO滤光片6、CO2滤光片7和丙烷滤光片8，上 述任一滤光片所在平面与滤光片轮31的旋转面相垂直；在本实施例中，当使用气体探测仪时，探测器2悬空安放于滤光片轮31的内部并 位于光源1发出的光信号的光传播路径上。在使用本实施例中的气体探测仪进行机动车尾 气检测时，探测器2与滤光片轮31 —起安置于道路的一侧，而光源1则安放于滤光片轮31 的外部并位于道路的另一侧。当然，在本发明其他实施例中，如果对检测滤光片进行更换， 气体探测仪还可以用于检测其他种类的气体，并不仅限于汽车尾气的检测。例如也可对室 内空气或混合气体中的各气体成分进行检测。此时，光源1也可安放于滤光片轮31的内部，而探测器2安放于滤光片轮31的外部，只要保证探测器2位于光源1发出的光信号的光传播路径上，光信号穿过待检测气体，经滤光片的过滤后可被探测器2接收即可。上述所有实施例中的气体探测仪均基于一个原理不同的气体可吸收特定波长段 的红外线或紫外线。以CO滤光片6为例，CO滤光片6对应的中心波长即CO可吸收光的中 心波长X1，当光信号穿过机动车尾气时，尾气中的CO会对中心波长为X1的光进行吸收， 且吸收强度与CO的浓度有关。经CO吸收后，在光信号中，中心波长为λ工的光波的强度将 减小。在光信号入射到CO滤光片6上时，只有中心波长为A1的光波可透过CO滤光片6入 射到探测器2上。同理，其他检测滤光片也只允许特定波长的光波穿过。在收集到一组光 信号后，探测器2可根据光信号中各个波段强度的不同计算出C0、C02以及丙烷的浓度。由 于汽车排放尾气中含有上百种污染物，其他污染物如灰尘可能对气体探测仪检测的精确度 造成影响。本实施例应用参考滤光片5为探测器2提供参考光信号，以便于探测器2根据 参考光信号和其他光信号进行更精确地检测。在本发明其他实施例中，参见图5，图3所示出的气体探测仪中的滤光片轮可为如 下结构滤光片轮包括底盘32以及分设于底盘32两侧的多个连接部33和主轴34 ；每一 滤光片通过一连接部33与底盘32垂直连接，且连接部33之间相互独立；主轴34 —端与底 盘32垂直连接，另一端与电机4的输出端相连接。在本实施例中，电机4旋转时带动底盘32及其上的连接部33和滤光片水平旋转， 由于电机4竖直放置，其重力方向与其轴向方向相一致。而当电机4水平放置时，电机4的 重力方向垂直于其轴向方向，这样不利于电机4长期高速稳定运行。在本发明其他实施例中，上述实施例中滤光片轮的结构也可如图6所示连接部 33为环状结构，并与底盘32的边缘固定连接，连接部33上设置有与滤光片形状相适配的安 装孔35，滤光片即安装于安装孔35中。在本发明其他实施例中，参见图7，在光源1与探测器2 (探测器2悬空安放于滤光 片轮的内部)之间的光传播路径上，还可依次设置有准直镜9、反射器10和聚光镜11。其 中，光源1与探测器2位于同侧，光源1发出的光信号首先通过准直镜9准直后穿过待测 气体12发射到反射器10上，反射器10由两个相对设置的平面镜组成，可对光信号进行二 次反射，最终反射出的光信号与其出射方向相平行，随后，经二次反射的光信号由聚光镜11 加以汇聚，经滤光片过滤后由探测器2接收。由于在本实施例中，待测气体12两次被光信 号穿过可对其进行二次吸收，因此，光信号中被吸收波段的强度变化更明显，更便于探测器 2的检测。以上所有实施例中的电机具体可为交流电机或伺服电机，并以后者为佳。伺服电 机具有转速可控、精确度高等特点，在具体实施时，可依据气体检测需要的响应时间对伺服 电机的转速进行设置和选取探测器。以对每一光信号的响应时间为2X10_3s(也即2ms)为 例，此时可对伺服电机的转速进行设置，以达到每隔2ms切换一次滤光片的效果。上述所有实施例中的滤光装置也在本发明的保护范围内。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
权利要求
一种气体探测仪，包括光源、探测器和滤光装置，其特征在于，所述滤光装置包括滤光片轮、设置于所述滤光片轮上的多组滤光片组以及控制所述滤光片轮旋转的电机，其中，任一滤光片组包括参考滤光片和检测滤光片，所述任一滤光片所在平面与所述滤光片轮的旋转面相垂直；在使用时，所述光源和探测器中的任意一个安放于所述滤光片轮的内部，另一个安放于所述滤光片轮的外部，并且所述探测器位于所述光源发出的光信号的光传播路径上。
2.如权利要求1所述的气体探测仪，其特征在于，所述滤光片轮包括底盘以及分设于 所述底盘两侧的连接部和主轴；所述滤光片通过所述连接部与所述底盘垂直连接；所述主轴一端与所述底盘垂直连接，另一端与所述电机的输出端相连接。
3.如权利要求2所述的气体探测仪，其特征在于，所述电机具体为伺服电机。
4.如权利要求1-3任一项所述的气体探测仪，其特征在于，在所述光源与探测器之间 的光传播路径上，还依次设置有准直镜、反射器和聚光镜。
5.如权利要求1-3任一项所述的气体探测仪，其特征在于，所述检测滤光片包括一氧 化碳滤光片、二氧化碳滤光片和丙烷滤光片。
6.一种滤光装置，其特征在于，包括滤光片轮、设置于所述滤光片轮上的多组滤光片组 以及控制所述滤光片轮旋转的电机，其中，任一滤光片组包括参考滤光片和检测滤光片，所 述任一滤光片所在平面与所述滤光片轮的旋转面相垂直。
7.如权利要求6所述的滤光装置，其特征在于，所述滤光片轮包括底盘以及分设于所 述底盘两侧的连接部和主轴；所述滤光片通过所述连接部与所述底盘垂直连接；所述主轴一端与所述底盘垂直连接，另一端与所述电机的输出端相连接。
8.如权利要求7所述的滤光装置，其特征在于，所述电机具体为伺服电机。
9.如权利要求6-8任一项所述的滤光装置，其特征在于，所述检测滤光片包括一氧化 碳滤光片、二氧化碳滤光片和丙烷滤光片。
全文摘要
本发明实施例公开了成本较低的气体探测仪和滤光装置。上述气体探测仪包括光源、探测器和滤光装置，滤光装置包括滤光片轮、设置于滤光片轮上的多组滤光片组以及控制滤光片轮旋转的电机，其中，任一滤光片组包括参考滤光片和检测滤光片，任一滤光片所在平面与滤光片轮的旋转面相垂直；在使用时，光源和探测器中的任意一个安放于滤光片轮的内部，另一个安放于滤光片轮的外部，并且探测器位于光传播路径上。可以看出，在本发明实施例，滤光装置的滤光片轮上设置有多组滤光片组，当电机旋转一周时，探测器可以完成多组尾气检测，因此电机的转速可以相对较低，其成本也低于转速高的电机的成本，从而降低了滤光装置乃至整个气体探测仪的成本。
文档编号G01N21/33GK101839853SQ20101017583
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者张士巧, 洪顺坤, 胡峰, 黄宏启 申请人:安徽宝龙环�？萍加邢薰�
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