手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器及其定量检测方法

摘要

一种手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器及其定量检测方法，传感器包括红外发射器、滤光片、红外吸收池和红外接收器，红外发射器和滤光片依次安装在红外吸收池的一端，红外接收器安装在红外吸收池另一端；红外吸收池由依次密封连接的光源腔室、气室通道以及红外接收器腔室组成，光源腔室和红外接收器腔室上分别设有进气口和出气口，进气口通过电磁阀与目标气体或背景气体连通；单通道红外接收器的红外光源通过恒压供电电路；红外接收器依次通过放大滤波模块、模数转换模块与单片机控制系统相连，单片机控制系统与电磁阀控制连接。本发明结构简单，不仅能够快速定位泄漏点，无盲区，不会遗漏泄露点，而且能够检测气体泄漏量，检测结果更加精准。

说明书

技术领域

本发明涉及一种手持式气体检漏仪用传感器及检测方法，尤其是一种手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器及其定量检测方法。

背景技术

目前，手持(便携)式检漏仪所采用的传感器技术多为加热二极管和负晕放电技术，但往往存在一系列问题：加热二极管传感器存在寿命短和误报警的问题；电晕传感器存在着稳定性差、精度不高、寿命短、不能定量检测气体泄漏等问题。

公知的，红外技术已经存在了许多年，却没有被应用于手持式制冷用卤素气体泄漏定点检测，其原因有很多：

其一、现有红外传感器的调制光源，穿过待测气体，被分析的气体中含有很少的制冷剂气体，光能量吸收很少，接收器变化量极小，造成系统中的信噪比不明显，检测反应速度达不到需求；

其二、现有红外传感器的斩波器消耗能量较大，还增加了仪器的复杂性，降低了仪器的可靠性，同时斩波也是频率发生，有一定的空白时间，同样容易错过泄漏点。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器及其定量检测方法，该传感器结构简单，不仅能够快速定位泄漏点，无盲区，不会遗漏泄露点，而且能够检测气体泄漏量，检测结果更加精准。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器，包括红外发射器、滤光片、红外吸收池和红外接收器，红外发射器和滤光片依次安装在红外吸收池的一端，红外接收器安装在红外吸收池另一端；所述的红外吸收池由依次密封连接的光源腔室、气室通道以及红外接收器腔室组成，光源腔室和红外接收器腔室上分别设有进气口和出气口，进气口通过电磁阀与目标气体或背景气体连通；所述红外发射器为单通道探测器，红外接收器的红外光源通过恒压供电电路；红外接收器依次通过放大滤波模块、模数转换模块与单片机控制系统相连，单片机控制系统与电磁阀控制连接。

一种基于手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器的定量检测方法，包括以下步骤：

1)红外光源保持常亮在红外吸收池内形成光源信号；

2)红外吸收池内通过电磁阀切换，先由进气口通入目标气体，依次采集目标气体32组数据形成采集目标信号；间隔10s再由进气口通入背景气体，依次采集对比通道32组数据形成采集对比信号；

3)步骤2)中目标信号和对比信号的采集均由红外接收器在电磁阀切换动作之后延迟进行，并且采集目标信号和对比信号的峰峰值；

5)步骤3)中采集到的目标信号和对比信号，依次经过带通率波和低通滤波的滤波放大，再经过模拟转化后输入单片机控制系统，基于傅里叶算法和中位值滑动滤波算法对比目标信号和对比信号的差异进行泄露浓度判断。

相比现有技术，本发明的一种手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器及其定量检测方法，其中的传感器本质上属于单通道定量非色散红外传感器，结构简单、创新，可以方便快捷的查找泄漏点，利用光源常亮效果，红外接收器实时检测光信号变化，如有目标气体遮挡吸收特定波段光信号，红外接收器马上反应，快速定位泄漏点，并且无盲区，不会遗漏泄露点。同时，本发明采用电磁阀进行气体切换，对比目标气体与背景气体的差异，从而能够检测气体泄漏量，此种方法能够去除背景干扰气体带来的影响，使得检测结果更加准确。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构框图。

图2是本发明一个实施例中软启动保护电路的电路图。

图3是本发明一个实施例检测方法的流程简图。

图4是本发明一个实施例检测方法中电磁阀切换控制的流程图。

图5a、5b是本发明一个实施例的泄漏气体浓度信号曲线，其中图5a是光源常亮状态下未检测时的信号曲线，图5b是光源常亮状态下检测到泄漏点的信号曲线。

图6a、6b和6c是现有技术的泄漏气体浓度信号曲线，其中图6a是调制/斩波光源状态下未检测时的信号曲线，图6b是调制/斩波光源亮度最大起时进行检测的信号曲线，图6c是调制/斩波光源亮度变弱时进行检测的信号曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

参照图1，在本发明的一个较佳实施例中，一种手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器，包括红外发射器、滤光片、红外吸收池和红外接收器，红外发射器和滤光片依次安装在红外吸收池的一端，红外接收器安装在红外吸收池另一端；所述的红外吸收池由依次密封连接的光源腔室、气室通道以及红外接收器腔室组成，光源腔室和红外接收器腔室上分别设有进气口和出气口，进气口通过电磁阀与目标气体或背景气体连通；红外接收器依次通过放大滤波模块、模数转换模块与单片机控制系统相连，单片机控制系统与电磁阀控制连接；红外发射器的红外光源通过恒压供电电路。在本实施例中，所述红外接收器为单通道探测器，不仅结构更简单，采集效率高，而且利于进一步优化气室通道尺寸。

作为本实施例的一个优选设计方案，所述的气室通道选用镀金铜管，更进一步地，所述镀金铜管具有抛光内壁，通过抛光处理获得，气室通道的两端密封，吸入气体在镀金铜管内流动，抛光的镀金铜管内壁增强了其反射性能，使得红外光源发出的光辐射最大程度的到达红外接收器上，确保了检测的效率和效果。

作为本实施例的另一个优选设计方案，所述气室通道的横截面尺寸小于光源腔室和红外接收器腔室的横截面尺寸。这样能够使气室通道的整体形状相对呈细长形，一方面不仅可降低对光源腔室和红外接收器腔室的设计尺寸要求，而且能够提高了产品可制造性；另一方面气室通道越长产品分辨率越高，更容易检测到小漏点，气室通道横截面越小，检测响应时间越快，气体浓度达到平衡所需的时间也会更短，更快速找到漏点。

作为本实施例的改进设计是，所述出气口还连接有气泵，气泵与单片机控制系统连接。便于匹配红外接收器采集、单片机系统分析需要和电磁阀切换需要智能控制排气的流量，以达到最大化的协同效果。

作为本实施例的更进一步优化设计是，所述红外光源U1和其恒压供电电路之间连接有软启动保护电路，该软启动保护电路还与单片机控制系统连接，软启动保护电路能够使红外光源U1阶梯升压，避免急剧升压造成的损坏，使用寿命延迟，光源信号也更稳定。参照图2，更为具体的方案是，所述的软启动保护电路主要由功率电阻R1和MOS管Q1组成，功率电阻R1并接在MOS管Q1的源极和漏极之间，MOS管Q1的源极和漏极还分别连接恒压供电电路的输出端及红外光源U1的输入端，MOS管Q1的栅极接单片机控制系统的控制端口。进一步优化改进是，在所述MOS管Q1的源极和栅极之间还连接第二电阻R2，MOS管Q1的栅极通过第三电阻R3连接至单片机控制系统的控制端口，控制MOS管Q1的源极与栅极电压差打开或关闭MOS管Q1，这里的第二电阻R2和第三电阻R3属于上拉电阻，用于避免瞬间上电源极与栅极电压差过高MOS管Q1漏电；在恒压供电电路的输出端与MOS管Q1的源极之间还设有滤波电容，其数量可以是若干个，在本实施例中滤波电容设为两个，即滤波电容C1和滤波电容C2。上电的时候，MOS管Q1关闭，由功率电阻R1与红外光源U1连通，实现预热，间隔设定时间后，MOS管Q1导通，红外光源U1逐级达到规定功率，起到保护作用。

参照图3和图4，一种基于手持式卤素检漏仪用非调制红外传感器的定量检测方法，包括以下步骤：

1)红外光源保持常亮在红外吸收池内形成光源信号；

2)红外吸收池内通过电磁阀切换，先由进气口通入目标气体，依次采集目标气体32组数据形成采集目标信号；间隔一定时间再由进气口通入背景气体，依次采集对比通道多组数据形成采集对比信号，其中间隔的时间优选06.5秒，主要原因是电磁阀切换气路的时候会产生一个瞬间低压，造成数据波动较大，软件容易将瞬间异常数据与正常数据产生干扰，根据此特性可以滤除机械原因造成的干扰；而采集数据的数量一般需要选32组，即目标气体32、组背景气体32组，一个周期采集64组数据是24位AD能够达到的一个极限数据，也是本发明想要依据快速傅里叶算法，计算出想要的数据的需要。

3)步骤2)中目标信号和对比信号的采集均由红外接收器在电磁阀切换动作之后延迟进行，并且采集目标信号和对比信号的峰峰值；

5)步骤3)中采集到的目标信号和对比信号，依次经过带通率波和低通滤波的滤波放大，再经过模拟转化后输入单片机控制系统，基于傅里叶算法和中位值滑动滤波算法对比目标信号和对比信号的差异进行泄露浓度判断。

图5a-5b及图6a、6b、6c，为本发明实施例及现有技术红外接收器探测到泄漏气体浓度信号曲线。

参照图6a，常规的检测方式为调制方式，调制有个光源稳态的过程，调制光源存在间歇亮和不亮的过程，亮的时候有信号，形成图上的波峰或波谷，灭的时候没有信号，对应为图上峰谷之间的过渡段。在进行泄漏点探测时，只有刚好在光源亮起时才好形成信号变化，但当稍有偏差时，信号变化很小或没有(参见图6b、6c)，很容易遗漏泄露点，不利于定量、精准、实时采集的实现。

参照图5a和5b，红外光源常亮时，信号曲线为一条与横坐标重合的直线，光源信号持续稳定；在常亮状态下，进行探测时，当遇到泄漏点时会瞬间形成一个完整、清晰、明显的正弦信号曲线(参见图5b)，相比常规检测的信号曲线形状，不会遗漏，实时采集，更便于后续识别、分析，使泄漏值的检测结果更加准确。

作为更进一步的优选方案是，所述红外光源通过锂电池单独供电，利于保持更好的稳定常亮效果。

本发明根据吸入目标气体(即待测卤素气体)的时候对光源的遮挡形成电信号脉冲，根据脉冲幅度，来判断泄露浓度，这种方案反应更迅速，查漏更效率，精度更高；红外光源常亮能够避免检测到泄漏点时确保光源常亮，避免遗漏，这种特性非常适合气体泄露快速检测。同时，本发明使用电磁阀切换目标气体(指卤素气体)与背景气体(通常指空气)，根据两者的差值来去除环境变化干扰，达到精确定量检测泄露量。但电磁阀调制时，会影响气室内气压，改变气室内气体流量，造成热释电信号不期望的变化。气体检测需要采集热释电信号的峰峰值，峰值和谷值都出现在电磁阀切换时刻的后面，中间有延时，因此在电磁阀调制时刻进行延时后进行数据采集，可以避免电磁阀调制所带来的信号突变。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。