專利名稱：一種高精度露點測量裝置及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種露點檢測裝置及檢測方法，屬于氣象檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前一般都采用動態(tài)平衡法來實現(xiàn)露點的測量，即鏡面降溫至出現(xiàn)冷凝物，再加熱鏡面使其蒸發(fā)，如此往復(fù)，使鏡面上水蒸氣與水的平展表面達到熱力學(xué)平衡狀態(tài)，將此刻的鏡面溫度作為被測氣體的露點溫度。但是由于降溫與加熱的動態(tài)控制，鏡面的溫度始終都在一定的范圍內(nèi)波動，不易實現(xiàn)露點的精確測量，并且響應(yīng)速度慢，需要很長的穩(wěn)定時間。同時，在露點儀使用過程中，鏡面污染不可避免，需定期對鏡面進行清潔，測量結(jié)果會發(fā)生漂移，露點難以或無法測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述背景技術(shù)中的缺陷，提供一種高精度露點檢測裝置及方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:一種高精度露點測量裝置，所述露點測量裝置的兩端具有一進氣口和一出氣口，被測氣體從進氣口進入露點測量裝置，并從出氣口流出；在露點測量裝置中包括激光二極管、光電傳感器、光潔鏡面、制冷堆單元；其中，所述光潔鏡面設(shè)置于制冷堆單元的表面，通過制冷堆單元來產(chǎn)生結(jié)露，并通過制冷堆單元反向電壓工作制熱來消除結(jié)露；所述激光二極管、光電傳感器相對于光潔鏡面的中心軸對稱設(shè)置于光潔鏡面的上方，其中所述激光二極管發(fā)出恒功率激光，通過光潔鏡面反射后到達光電傳感器?！N基于高精度露點測量裝置的檢測方法，首先確定結(jié)露檢測動態(tài)閾值；然后通過對鏡面的三級制冷產(chǎn)生粗略露點，最后通過高速升溫清除結(jié)露及低速恒速率降溫產(chǎn)生結(jié)露得到精確露點；具體如下:步驟1，確定結(jié)露檢測動態(tài)閾值，包括以下分步驟:步驟101:加熱鏡面至干燥狀態(tài)下后，通過激光二極管發(fā)出恒功率激光束至鏡面，并采用光電傳感器連續(xù)檢測鏡面反射激光一段時間，求出反射激光強度的平均值m與最小值之差Δ ；步驟102:將Λ乘以結(jié)露誤判系數(shù)W，將w.Δ作為判別結(jié)露的閾值，w為自然數(shù)；步驟2，通過對鏡面的三級制冷產(chǎn)生粗略露點，具體為:采用制冷堆單元對鏡面全速降溫，并連續(xù)記錄鏡面溫度值，一旦光電傳感器檢測到的光強度降低值超過步驟102中的結(jié)露閾值w.Δ時，則將此刻的鏡面溫度作為該被測氣體的粗略露點；步驟3，通過高速升溫清除結(jié)露及低速恒速率降溫產(chǎn)生結(jié)露得到精確露點:步驟30 1:將步驟2得到的粗略露點加上一個單位溫度值作為設(shè)定值，將設(shè)定值與實時檢測的鏡面溫度的偏差值構(gòu)成高速升溫控制算法的偏差信號，利用高速升溫控制算法，加熱鏡面至初始干燥狀態(tài)；
所述高速升溫控制算法由PID控制器和模糊控制器組成；首先采用模糊控制模式，加快響應(yīng)速度；當溫度偏差接近穩(wěn)態(tài)過程后，切換到PID控制模式，消除靜差并提高控制精度；將溫度偏差和溫度偏差變化率模糊化，由模糊控制規(guī)則推理得到輸出控制量的模糊集，再將輸出控制量進行非模糊處理得到控制量U1GO ;其中，PID控制模式下的控制算法如下式所示:
權(quán)利要求
1.一種高精度露點測量裝置，所述露點測量裝置的兩端具有一進氣口(4)和一出氣口(5)，被測氣體從進氣口(4)進入露點測量裝置，并從出氣口(5)流出；其特征在于:在露點測量裝置中包括激光二極管(I)、光電傳感器(6)、光潔鏡面(2)、制冷堆單元(3);其中，所述光潔鏡面設(shè)置于制冷堆單元(3)的表面，通過制冷堆單元(3)來產(chǎn)生結(jié)露，并通過制冷堆單元(3)反向電壓工作制熱來消除結(jié)露；所述激光二極管(I)、光電傳感器(6)相對于光潔鏡面(2)的中心軸對稱設(shè)置于光潔鏡面(2)的上方，其中所述激光二極管(I)發(fā)出恒功率激光，通過光潔鏡面(2)反射后到達光電傳感器(6)。
2.一種基于權(quán)利要求1所述的高精度露點測量裝置的檢測方法，其特征在于:首先確定結(jié)露檢測動態(tài)閾值；然后通過對鏡面的三級制冷產(chǎn)生粗略露點，最后通過高速升溫清除結(jié)露及低速恒速率降溫產(chǎn)生結(jié)露得到精確露點；具體如下: 步驟I，確定結(jié)露檢測動態(tài)閾值，包括以下分步驟: 步驟101:加熱鏡面至干燥狀態(tài)下后，通過激光二極管發(fā)出恒功率激光束至鏡面，并采用光電傳感器連續(xù)檢測鏡面反射激光一段時間，求出反射激光強度的平均值m與最小值之差Δ ; 步驟102:將Λ乘以結(jié)露誤判系數(shù)w，將w.Δ作為判別結(jié)露的閾值，w為自然數(shù)； 步驟2，通過對鏡面的三級制冷產(chǎn)生粗略露點，具體為:采用制冷堆單元對鏡面全速降溫，并連續(xù)記錄鏡面溫度值，一旦光電傳感器檢測到的光強度降低值超過步驟102中的結(jié)露閾值w.Δ時，則將此刻的鏡面溫度作為該被測氣體的粗略露點； 步驟3，通過高速升溫清除結(jié)露及低速恒速率降溫產(chǎn)生結(jié)露得到精確露點:· 步驟301:將步驟2得到的粗略露點加上一個單位溫度值作為設(shè)定值，將設(shè)定值與實時檢測的鏡面溫度的偏差值構(gòu)成高速升溫控制算法的偏差信號，利用高速升溫控制算法，力口熱鏡面至初始干燥狀態(tài)； 所述高速升溫控制算法由PID控制器和模糊控制器組成；首先采用模糊控制模式，力口快響應(yīng)速度；當溫度偏差接近穩(wěn)態(tài)過程后，切換到PID控制模式，消除靜差并提高控制精度；將溫度偏差和溫度偏差變化率模糊化，由模糊控制規(guī)則推理得到輸出控制量的模糊集，再將輸出控制量進行非模糊處理得到控制量U1GO ;其中，PID控制模式下的控制算法如下式所示: k U1Ck) = ^, ■ e(k) + K2-J^eQ) +K3- [e(k) - e(k -1)] J=O 其中，k為采樣序號，e(k)為采樣時刻k輸入的偏差值為采樣開始到第k次采 J=O樣時刻之間偏差的累積和，e(k)、e(k_l)分別為第k次采樣時刻輸入的偏差值與第k-Ι次采樣時刻輸入的偏差值，K1為比例系數(shù)，K2為積分系數(shù)，K3為微分系數(shù)；利用偏差的比例、積分和微分三個環(huán)節(jié)的不同組合計算出控制量U1GO ; 步驟302:再次對鏡面低速率恒速降溫，將步驟301中的粗略露點減去一個單位溫度值作為設(shè)定值，并監(jiān)測鏡面溫度值，這兩者之差構(gòu)成低速恒速率降溫控制算法的偏差信號，利用低速率恒降溫速率控制算法，連續(xù)檢測鏡面反射激光至結(jié)露閾值時所取得的鏡面溫度即露點溫度；所述低速率恒速降溫控制算法如下式所示:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度露點測量裝置的檢測方法，其特征在于:在步驟102中，w設(shè)置為3或大于3的自然數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度露點測量裝置的檢測方法，其特征在于:所述單位溫度值為0.5°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度露點測量裝置及其檢測方法，屬于氣象檢測領(lǐng)域。本發(fā)明由激光二極管，光電傳感器，光潔鏡面，制冷堆單元組成，激光二極管發(fā)射激光后，經(jīng)過制冷單元控溫的光潔鏡面后反射到檢測用光電二極管。本發(fā)明的檢測方法通過對激光強度變化的檢測，給出是否結(jié)露的動態(tài)閾值判別流程，被測氣體流經(jīng)露點測量室時，通過對鏡面的三級制冷產(chǎn)生粗略露點，給出通過高速升溫清除結(jié)露及低速恒速率降溫過程來產(chǎn)生結(jié)露，從而精確求取露點。本方法對污染具有良好的抑制作用，并提高了露點測量精度。
文檔編號G05B11/42GK103245695SQ20131014958
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者唐慧強, 紀鏹鏹, 劉鉦江, 李全月 申請人:南京信息工程大學(xué)