一種基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法，采用紅外光譜法，通過傅立葉紅外線光譜儀依照特征吸收峰的強度來測定常見油氣多組分混合物(汽油、柴油和煤油等)中各組分的含量，依據(jù)得到的油氣碳?xì)漕惖奈展庾V，按照吸收關(guān)系服從朗伯--比爾吸收定律，通過紅外光源、氣體分析室、電路系統(tǒng)等將信號放大得到所測油氣的濃度。本發(fā)明采用主動式抽氣方式將其送入測試分析單元，在取樣上采用現(xiàn)場管路吸氣，可將防爆分析儀安裝在油罐外安全區(qū)域，從而大大降低了油氣分析的風(fēng)險性，保證在危險源內(nèi)沒有任何的電路系統(tǒng)，避免了因為測量而引起的點燃。
【專利說明】一種基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣濃度檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于紅外光譜的油庫大空間油 氣濃度檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前易燃易爆氣體在線監(jiān)測已成為安全監(jiān)控、環(huán)境預(yù)警的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)基礎(chǔ)， 同時為安全評估提供數(shù)據(jù)支持和理論判據(jù)。傳統(tǒng)的氣體在線監(jiān)測技術(shù)主要有氣相色譜法、 氣敏傳感器法、傅里葉紅外光譜法、光聲光譜法等，但在實際使用中，這些方法存在取樣復(fù) 雜、交叉敏感、長期穩(wěn)定性差、檢測氣體組分不夠齊全、成本高等缺點。
[0003] 目前應(yīng)用較多的可燃?xì)怏w檢測方法采用的是催化燃燒型，這種可燃?xì)怏w濃度檢測 法檢測準(zhǔn)確度較好，價格相對便宜，但有易被硫化物等毒化，傳感器壽命較短，不能檢測超 過100LEL以上濃度等缺點，應(yīng)用受到較大的限制。
[0004] 其它各類的各種油氣氣體測量方法：
[0005] 檢定管檢測法：
[0006] 檢測管的基本測定原理為線性比色法，即被測氣體通過檢定管與指示膠發(fā)生有色 反應(yīng)，形成變色層（變色柱），變色層的長度與被測氣體的濃度成正比。
[0007] 缺點為：需手動進(jìn)行現(xiàn)場球膽采樣分析，不能實現(xiàn)自動檢測和自動控制。
[0008] 氣相色譜測量法：
[0009] 氣相色譜工作原理：是利用試樣中各組份在氣相和固定液液相間的分配系數(shù)不 同，當(dāng)汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩相間進(jìn)行反復(fù)多次分 配，由于固定相對各組份的吸附或溶解能力不同，因此各組份在色譜柱中的運行速度就不 同，經(jīng)過一定的柱長后，便彼此分離，按順序離開色譜柱進(jìn)入檢測器，產(chǎn)生的離子流訊號經(jīng) 放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰。由于樣品在氣相中傳遞速度快，因此樣品組分 在流動相和固定相之間可以瞬間地達(dá)到平衡。另外加上可選作固定相的物質(zhì)很多，因此氣 相色譜法是一個分析速度快和分離效率高的分離分析方法。
[0010] 缺點為：需手動進(jìn)行采樣分析，不能實現(xiàn)自動檢測和自動控制。需要的相關(guān)附件比 較繁瑣。樣品分析時間過長。
[0011] 相比較而言，紅外技術(shù)在氣體檢測方面具有眾多優(yōu)勢和良好的性能。紅外氣體檢 測儀從物理特征上分為分光型和非分光型兩種。分光型是借助分光系統(tǒng)分出單色光，使通 過截止層的紅外線波長與被測組分的特征吸收光譜相吻合而進(jìn)行測定的，其分析能力強。 非分光型是指光源的連續(xù)輻射全部通過被測氣體組分，被測氣體對紅外輻射具有選擇性吸 收和積分性質(zhì)，同時采用與樣品具有相同吸收光譜的檢測器來測定被測組分對紅外輻射的 吸收量。分光型紅外氣體檢測應(yīng)用范圍廣，但是應(yīng)用成本高，光路的變化易于導(dǎo)致信號的變 化，因此影響了穩(wěn)定性，所以多用于實驗研究。非分光型紅外氣體檢測功能相對單一，但簡 單可靠，成本較低，多用于工業(yè)現(xiàn)場，其發(fā)展趨勢是多組份、智能化和低成本。。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明實施例的目的在于提供一種基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方 法，旨在解決現(xiàn)有的油氣濃度檢測方法存在的精度不高、分析步驟復(fù)雜，不能實現(xiàn)自動檢測 和自動控制等問題。
[0013] 本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方 法，該基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法包括以下步驟：
[0014] 步驟一，采用紅外光譜法，通過傅立葉紅外線光譜儀依照特征吸收峰的強度來測 定常見油氣多組分混合物中各組分的含量，得到油氣在3. 39 μ m附近有強烈、單一的吸收 峰，對油氣氣體識別；
[0015] 具體實現(xiàn)的方法是：首先使用標(biāo)準(zhǔn)氣做出色譜圖，其次將標(biāo)準(zhǔn)氣體色譜圖和不同 狀態(tài)下的汽油、航空煤油、柴油的揮發(fā)物測量色譜圖進(jìn)行比較，得出組分和含量多少，由此 得到碳?xì)錃怏w在3. 39 μ m附近有強烈、單一的吸收峰；
[0016] 步驟二，依據(jù)得到的油氣碳?xì)漕惖奈展庾V，按照吸收關(guān)系服從朗伯--比爾吸收 定律這一原理，電路系統(tǒng)中的單片機發(fā)送調(diào)制信號通過光源調(diào)制、驅(qū)動電路去控制、調(diào)制紅 外光；紅外光源發(fā)射紅外光，經(jīng)過充滿待測氣體的氣體分析室，紅外光經(jīng)過氣體分析室的吸 收，再經(jīng)過濾光片的選擇性透過，最后到達(dá)紅外探測器；紅外探測器得到吸收后的光強，轉(zhuǎn) 換為電信號輸出；再經(jīng)過前置放大過濾電路和二級放大電路、A/D轉(zhuǎn)換、單片機數(shù)據(jù)處理后 顯示，得到所測測油氣的濃度。
[0017] 進(jìn)一步，在步驟二中，現(xiàn)場油氣采樣方法的取樣采用現(xiàn)場管路吸氣，將防爆油氣濃 度分析儀安裝在油罐外安全區(qū)域。
[0018] 進(jìn)一步，在現(xiàn)場油氣設(shè)置A、B、C、D、E、F、G、H8個采樣點。
[0019] 進(jìn)一步，油氣采樣上進(jìn)行多路氣體抽樣時，為在多路氣體選擇閥的基礎(chǔ)上加裝多 路氣體預(yù)抽選擇閥和大流量吸氣泵的方式，通過程序指令控制在測量點采樣點的同時，啟 動預(yù)抽泵和預(yù)抽相對點的電磁閥對另一測量點的氣體進(jìn)行預(yù)抽，使另一測量點的氣體在測 量點的同時就已經(jīng)到達(dá)測量室的附近，這樣在測量點測量完畢就直接測量另一測量點所抽 過來的氣體。
[0020] 進(jìn)一步，在步驟二中，得到檢測油氣濃度的結(jié)構(gòu)還包括：馬達(dá)、位置傳感器、樣氣入 口、樣氣出口、第一透鏡、第一濾波器、第二透鏡、第二濾波器、濾光輪、電路系統(tǒng)；
[0021] 氣體分析室的左側(cè)設(shè)置第一透鏡和第一濾波器，氣體分析室的右側(cè)設(shè)置第二透鏡 和第二濾波器，樣氣入口和樣氣出口分別設(shè)置在氣體分析室的左下方和右下方，紅外光源 設(shè)置在第一透鏡的左側(cè)，濾光輪設(shè)置在紅外光源和第一透鏡之間，馬達(dá)設(shè)置在濾光輪的中 間位置，位置傳感器設(shè)置在濾光輪的內(nèi)部；紅外光源、第一透鏡、第一濾波器、第二透鏡、第 二濾波器位于同一中心線上。
[0022] 本發(fā)明提供的基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法，采用紅外光譜法， 通過傅立葉紅外線光譜儀依照特征吸收峰的強度來測定常見油氣多組分混合物（汽油、柴 油和煤油等）中各組分的含量，依據(jù)得到的油氣碳?xì)漕惖奈展庾V，按照吸收關(guān)系服從朗 伯一比爾吸收定律，通過紅外光源、氣體分析室和電路系統(tǒng)等將信號放大得到所測油氣的 濃度。本發(fā)明采用主動式抽氣方式將其送入測試分析單元，在取樣上采用現(xiàn)場管路吸氣，可 將防爆分析儀安裝在油罐外安全區(qū)域，從而大大降低了油氣分析的風(fēng)險性，保證在危險源 內(nèi)沒有任何的電路系統(tǒng)，避免了因為測量而引起的點燃。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明實施例提供的基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法流程 圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實施例提供的檢測油氣濃度的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖中：1、紅外光源；2、氣體分析室；3、馬達(dá)；4、位置傳感器；5、樣氣入口；6、樣氣 出口；7、第一透鏡；8、第一濾波器；9、第二透鏡；10、第二濾波器；11、濾光輪；12、電路系 統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0027] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明實施例的基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法包括 以下步驟：
[0029] S101 :采用紅外光譜法，通過傅立葉紅外線光譜儀依照特征吸收峰的強度來測定 常見油氣多組分混合物中各組分的含量，得到油氣在3. 39 μ m附近有強烈、單一的吸收峰， 對油氣氣體識別；
[0030] S102 :依據(jù)得到的油氣碳?xì)漕惖奈展庾V，按照吸收關(guān)系服從朗伯--比爾吸收定 律這一原理，通過紅外光源、氣體分析室等得到所測油氣的濃度。其過程為：電路系統(tǒng)12中 的單片機發(fā)送一定頻率的調(diào)制信號通過光源調(diào)制、驅(qū)動電路、馬達(dá)3、位置傳感器4和濾光 輪11去控制調(diào)節(jié)紅外光源1。紅外光源1發(fā)射紅外光，經(jīng)過第一透鏡7和第一濾波器8后 進(jìn)入充滿待測氣體的氣室；待測氣體通過樣氣入口 5、樣氣出口 6進(jìn)入氣室2、紅外光經(jīng)過氣 室氣體的吸收，再經(jīng)過第二透鏡9、第二濾波器10的選擇性透過，最后到達(dá)紅外探測器。紅 外探測器得到吸收后的光強，轉(zhuǎn)換為電信號輸出。由于紅外探測器輸出的信號微弱，需經(jīng)過 前置放大濾波電路和二級放大電路，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、單片機數(shù)據(jù)處理后顯示。
[0031] 如圖2所示，檢測油氣濃度的裝置主要由：紅外光源1、氣體分析室2、馬達(dá)3、位置 傳感器4、樣氣入口 5、樣氣出口 6、第一透鏡7、第一濾波器8、第二透鏡9、第二濾波器10、濾 光輪11、電路系統(tǒng)12組成；
[0032] 氣體分析室2的左側(cè)設(shè)置第一透鏡7和第一濾波器8,氣體分析室2的右側(cè)設(shè)置 第二透鏡9和第二濾波器10,樣氣入口 5和樣氣出口 6分別設(shè)置在氣體分析室2的左下方 和右下方，紅外光源1設(shè)置在第一透鏡7的左側(cè)，濾光輪11設(shè)置在紅外光源1和第一透鏡 7之間，馬達(dá)3設(shè)置在濾光輪11的中間位置，位置傳感器4設(shè)置在濾光輪11的內(nèi)部；紅外 光源1、第一透鏡7、第一濾波器8、第二透鏡9、第二濾波器10位于同一中心線上；
[0033] 在步驟S102中，在現(xiàn)場油氣采樣方法上，對于油庫大空間中的油氣危險源采用的 是主動式抽氣方式將其送入測試分析單元，在取樣的設(shè)計上，采用現(xiàn)場管路吸氣，將防爆油 氣濃度分析儀安裝在油罐外安全區(qū)域；
[0034] 在油氣采樣流程上，進(jìn)行多路氣體抽樣時，如果只對各路氣體進(jìn)行間斷性單一的 取樣分析，在現(xiàn)場油氣設(shè)置A、B、C、D、E、F、G、H8個采樣點；根據(jù)取樣的管路的長度，勢必增 加每個點的取樣時間，而取樣時間的長短也將影響分析系統(tǒng)的真正反應(yīng)時間，從而會滯后 真正的油氣碳?xì)錆舛取?br> [0035] 本發(fā)明的工作原理為：
[0036] 在現(xiàn)場油氣采樣方法上，對于油庫大空間中的油氣危險源采用的是主動式抽氣方 式將其送入測試分析單元，在現(xiàn)場油氣設(shè)置A、B、C、D、E、F、G、H8個采樣點；在取樣的設(shè)計 上，采用現(xiàn)場管路吸氣，這樣可將防爆分析儀安裝在油罐外安全區(qū)域，從而大大降低了油氣 分析的風(fēng)險性，保證在危險源內(nèi)沒有任何的電路系統(tǒng)，避免因為測量而引起的點燃。
[0037] 結(jié)合本發(fā)明的實施例對本發(fā)明的原理做進(jìn)一步的說明：
[0038] 實施例1 :
[0039] 步驟一，采用紅外光譜法，通過傅立葉紅外線光譜儀依照特征吸收峰的強度來測 定常見油氣多組分混合物中各組分的含量，得到油氣在3. 39 μ m附近有強烈、單一的吸收 峰，對油氣氣體識別；具體實現(xiàn)的方法是：首先使用標(biāo)準(zhǔn)氣做出色譜圖，其次將標(biāo)準(zhǔn)氣體色 譜圖和不同狀態(tài)下的各種油料（汽油、航空煤油、柴油）的揮發(fā)物測量色譜圖進(jìn)行比較，得 出組分和含量多少，由此得到碳?xì)錃怏w在3. 39 μ m附近有強烈、單一的吸收峰；
[0040] 步驟二，依據(jù)得到的油氣碳?xì)漕惖奈展庾V，按照吸收關(guān)系服從朗伯--比爾吸收 定律這一原理，通過紅外光源、干涉濾光片、氣體分析室和放大電路將信號放大得到所測油 氣的濃度（圖2);
[0041] 具體原理為：光源部件將連續(xù)的紅外輻射調(diào)制成6. 25Hz的斷續(xù)輻射，再交替地通 過氣室的分析邊和參比邊（單管隔半氣室，參比邊密封著不吸收紅外線的高純氮氣），最后 被檢測器（膽酸鋰熱釋電檢測器）吸收。當(dāng)氣室通入高純氮氣時，則檢測器交替接收的參 比邊和分析邊紅外輻射能量相等，儀器的輸出信號為零；當(dāng)氣室通入待測氣體時，檢測器所 接收的參比信號不變，而分析信號由于氣室中待測氣體的吸收而發(fā)生變化，于是便產(chǎn)生一 個與待測氣體濃度成比例的輸出信號。該微小的電信號通過前置放大、主放大、選頻、相敏 檢波和濾波等多個環(huán)節(jié)變成與待測氣體濃度成比例的直流電信號。
[0042] 在步驟二中，現(xiàn)場油氣采樣方法的取樣采用現(xiàn)場管路吸氣，將防爆油氣濃度分析 儀安裝在油罐外安全區(qū)域。
[0043] 油氣采樣上進(jìn)行多路氣體抽樣時，設(shè)計為在多路氣體選擇閥的基礎(chǔ)上加裝多路氣 體預(yù)抽選擇閥和大流量吸氣泵的方式，通過程序指令控制在測量A點采樣點的同時，啟動 預(yù)抽泵和預(yù)抽相對點的電磁閥對B點的氣體進(jìn)行預(yù)抽，使B點的氣體在測量A點的同時就 已經(jīng)到達(dá)測量室的附近，這樣在A點測量完畢就可以直接測量B點所抽過來的氣體。
[0044] 本發(fā)明在氣路預(yù)抽方面，設(shè)計為在多路氣體選擇閥的基礎(chǔ)上加裝多路氣體預(yù)抽選 擇閥和大流量吸氣泵的方式，通過程序指令控制在測量A點采樣點的同時，啟動預(yù)抽泵和 預(yù)抽相對點的電磁閥對B點的氣體進(jìn)行預(yù)抽，使B點的氣體在測量A點的同時就已經(jīng)到達(dá) 測量室的附近，這樣在A點測量完畢就可以直接測量B點所抽過來的氣體。
[0045] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法，其特征在于，該基于紅外光譜 的油庫大空間油氣濃度檢測方法包括以下步驟： 步驟一，采用紅外光譜法，通過傅立葉紅外線光譜儀依照特征吸收峰的強度來測定常 見油氣多組分混合物中各組分的含量，得到油氣S在3. 39 μ m附近有強烈、單一的吸收峰， 對油氣氣體識別； 具體實現(xiàn)的方法是：首先使用標(biāo)準(zhǔn)氣做出色譜圖，其次將標(biāo)準(zhǔn)氣體色譜圖和不同狀態(tài) 下的汽油、航空煤油、柴油的揮發(fā)物測量色譜圖進(jìn)行比較，得出組分和含量多少，由此得到 碳?xì)錃怏w在3. 39 μ m附近有強烈、單一的吸收峰； 步驟二，依據(jù)得到的油氣碳?xì)漕惖奈展庾V，按照吸收關(guān)系服從朗伯一比爾吸收定 律這一原理，電路系統(tǒng)中的單片機發(fā)送調(diào)制信號通過光源調(diào)制、驅(qū)動電路去控制、調(diào)制紅外 光；紅外光源發(fā)射紅外光，經(jīng)過充滿待測氣體的氣體分析室，紅外光經(jīng)過氣體分析室的吸 收，再經(jīng)過濾光片的選擇性透過，最后到達(dá)紅外探測器；紅外探測器得到吸收后的光強，轉(zhuǎn) 換為電信號輸出；再經(jīng)過前置放大過濾電路和二級放大電路、A/D轉(zhuǎn)換、單片機數(shù)據(jù)處理后 顯示，得到所測測油氣的濃度。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法，其特征在于， 在步驟二中，現(xiàn)場油氣采樣方法的取樣采用現(xiàn)場管路吸氣，將防爆油氣濃度分析儀安裝在 油罐外安全區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法，其特征在于， 在現(xiàn)場油氣設(shè)置A、B、C、D、E、F、G、H8個采樣點。
4. 如權(quán)利要求2所述的基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法，其特征在于， 油氣采樣上進(jìn)行多路氣體抽樣時，為在多路氣體選擇閥的基礎(chǔ)上加裝多路氣體預(yù)抽選擇閥 和大流量吸氣泵的方式，通過程序指令控制在測量點采樣點的同時，啟動預(yù)抽泵和預(yù)抽相 對點的電磁閥對另一測量點的氣體進(jìn)行預(yù)抽，使另一測量點的氣體在測量點的同時就已經(jīng) 到達(dá)測量室的附近，這樣在測量點測量完畢就直接測量另一測量點所抽過來的氣體。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于紅外光譜的油庫大空間油氣濃度檢測方法，其特征在于， 在步驟二中，得到檢測油氣濃度的結(jié)構(gòu)還包括：馬達(dá)、位置傳感器、樣氣入口、樣氣出口、第 一透鏡、第一濾波器、第二透鏡、第二濾波器、濾光輪、電路系統(tǒng)； 氣體分析室的左側(cè)設(shè)置第一透鏡和第一濾波器，氣體分析室的右側(cè)設(shè)置第二透鏡和第 二濾波器，樣氣入口和樣氣出口分別設(shè)置在氣體分析室的左下方和右下方，紅外光源設(shè)置 在第一透鏡的左側(cè)，濾光輪設(shè)置在紅外光源和第一透鏡之間，馬達(dá)設(shè)置在濾光輪的中間位 置，位置傳感器設(shè)置在濾光輪的內(nèi)部；紅外光源、第一透鏡、第一濾波器、第二透鏡、第二濾 波器位于同一中心線上。
【文檔編號】G01N21/3504GK104089919SQ201410315211
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】蔣新生, 王冬, 歐益宏, 杜揚, 周建忠, 薛松, 周琳莉, 梁建軍, 錢海兵 申請人:中國人民解放軍后勤工程學(xué)院