一种光谱分析仪的制作方法

1.本发明涉及光谱分析仪技术领域，具体为一种光谱分析仪。


背景技术：

2.光谱仪是一种用于检测电磁谱中特定区域的光特性的仪器。它将收集的光进行光谱色散，最后将光信号重构为一系列的单色影像，从而对其进行检测，通过光谱仪对光信息获取、然后进行分析，可以得到和物质组成相关的信息，这种技术被广泛的应用于工业领域。
3.传统ccd型光谱仪的探测能力有限，在测量sf6气体中的纯度以及so2、h2s、co、cf4等微量杂质时，灵敏度更低，无法更好的提升了光谱仪的分辨率和灵敏度，从而不能有效的对sf6气体中的纯度以及so2、h2s、co、cf4等微量杂质进行测量。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种光谱分析仪，解决了传统ccd型光谱仪的探测能力有限，在测量sf6气体中的纯度以及so2、h2s、co、cf4等微量杂质时，灵敏度更低，无法更好的提升了光谱仪的分辨率和灵敏度，从而不能有效的对sf6气体中的纯度以及so2、h2s、co、cf4等微量杂质进行测量的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种光谱分析仪，包括测量机构和工控机，所述测量机构包括第一气室、第二气室、第三气室和第四气室，且第一气室、第二气室、第三气室和第四气室之间相互独立设置，所述第一气室、第二气室、第三气室和第四气室之间通过485网络连接；
6.所述第一气室用于测量so2和h2s；
7.所述第二气室用于测量纯度；
8.所述第三气室用于测量cf4；
9.所述第四气室用于测量co；
10.所述第一气室内部的一端设置有led氙灯和ccd感光器，所述ccd感光器的内部设有ccd光谱测量阵列，所述第一气室内部的另一端设置有反射镜，所述第一气室的底部设有加热组件。
11.优选的，所述第一气室采用2048个像素点的光谱测量阵列，所述ccd光谱测量阵列包括信号采集模块、信号处理模块和ccd数字信号转换器，所述工控机内设有光谱吸收图谱算法。
12.优选的，所述光谱吸收图谱算法如下：
[0013][0014]
上式中n表示ccd的每个像素点，从1到1024，l测量表示当前的测量光强值，l亮表示纯气的测量值，l暗表示关闭光源的测量图谱；
[0015]
设置初始值，n设为1；根据光谱吸收图谱算法测量sf6气体的光谱吸收值，以此类推按上述公式计算1到1024；
[0016]
再以右式计算测量结果，
[0017]
上式中h表示测量的结果，x()表示像素点的电流值，na和nb表示各组分的特征波段。
[0018]
优选的，所述信号采集模块采集到2048个电流值；
[0019]
所述信号处理模块对采集到2048个电流值进行分析，并得到分析数据；
[0020]
所述ccd数字信号转换器将得到的分析数据转换为数字信号，并通过485网络传输至工控机处理，且工控机通过光谱吸收图谱算法进行计算。
[0021]
优选的，所述加热组件包括加热模块、温度监测模块以及温度控制模块，所述温度监测模块设置于第一气室的待加热区域，所述温度监测模块与温度控制模块连接，所述温度控制模块还与加热模块连接；
[0022]
优选的，所述温度监测模块，用于检测待加热区域的温度并发送至温度控制模块；
[0023]
所述温度控制模块，用于根据待加热区域的温度向加热模块发送加热信号或关闭信号；
[0024]
所述加热模块，用于在接收到加热信号时对待加热区域进行加热，在接收到关闭信号时停止加热。
[0025]
优选的，所述第二气室、第三气室和第四气室的一端均设有红外led光源，所述第二气室、第三气室和第四气室的另一端均设有ccd变送模块，且ccd变送模块与ccd感光器连接。
[0026]
本发明还提及到一种光谱分析仪的工作方法，第一气室通过进气口输入sf6气体，led氙灯通过光纤发送连续的光源至反射镜，反射镜通过光纤将光信号反馈至ccd感光器，第一气室依次流通至第二气室、第三气室和第四气室，红外led光源通过光纤发送连续的光源，ccd变送模块将光信号反馈至ccd感光器，ccd感光器将接收到的光信号反馈至ccd光谱测量阵列，ccd光谱测量阵列又将接收到的光信号反馈至工控机，工控机处理分析得出sf6气体中的so2、h2s、co、cf4等微量杂质的信号，并根据计算接口生成控制命令以驱动第一气室的加热组件。
[0027]
有益效果
[0028]
本发明提供了一种光谱分析仪。与现有技术相比具备以下有益效果：
[0029]
(1)、该光谱分析仪，利用四个测量气室和一组led氙灯、三组红外led作为光源，通过吸收流通sf6气体，并且通过ccd感光器采集光谱吸收信号，经过工控机处理分析得出sf6气体中的纯度以及so2、h2s、co、cf4等微量杂质的信号，提高设备的功能性，其中so2、h2s的测量与co测量互相没有干扰，避免了电化学传感器测量的弊端。
[0030]
(2)、该光谱分析仪，通过第一气室采用2048个像素点的光谱测量阵列，并利用工控机的光谱吸收图谱算法，对sf6气体中的so2、h2s实现快速测量，克服传统线阵ccd型光谱仪波长分辨率不高和光谱灵敏度低的问题，大幅提升了光谱仪的分辨率和灵敏度。
[0031]
(3)、该光谱分析仪，通过温度监测模块可以对待加热区域进行温度检测，温度控制模块可以根据检测得到的待加热区域的温度判断是否需要进行加热，并在待加热区域的
温度满足加热条件时控制加热模块对待加热区域进行加热，可实现设备的快速测量，耗气量少，提高设备的测量效率。
附图说明
[0032]
图1为本发明的结构布局示意图；
[0033]
图2为本发明第一气室的结构剖视图；
[0034]
图3为本发明第二气室、第三气室和第四气室的结构剖视图；
[0035]
图4为本发明ccd光谱测量阵列状态的示意图；
[0036]
图5为本发明工控机处显示器显示状态的光谱吸收图；
[0037]
图6为本发明ccd感光器的系统框图；
[0038]
图7为本发明加热组件的系统框图。
[0039]
图中：1、测量机构；11、第一气室；12、第二气室；13、第三气室；14、第四气室；2、工控机；3、led氙灯；4、ccd感光器；41、ccd光谱测量阵列；411、信号采集模块；412、信号处理模块；413、ccd数字信号转换器；5、反射镜；6、ccd变送模块；7、加热组件；71、加热模块；72、温度监测模块；73、温度控制模块；8、红外led光源。
具体实施方式
[0040]
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，都属于本发明保护的范围。
[0041]
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种光谱分析仪，优选的，包括测量机构1和工控机2，测量机构1包括第一气室11、第二气室12、第三气室13和第四气室14，且第一气室11、第二气室12、第三气室13和第四气室14之间相互独立设置，第一气室11、第二气室12、第三气室13和第四气室14之间通过485网络连接，第一气室11用于测量so2和h2s，第二气室12用于测量纯度，第三气室13用于测量cf4，第四气室14用于测量co，第一气室11内部的一端设置有led氙灯3和ccd感光器4，ccd感光器4的内部设有ccd光谱测量阵列41，第一气室11内部的另一端设置有反射镜5，第一气室11的底部设有加热组件7，加热组件7包括加热模块71、温度监测模块72以及温度控制模块73，温度监测模块72设置于第一气室11的待加热区域，温度监测模块72与温度控制模块73连接，温度控制模块73还与加热模块71连接，温度监测模块72用于检测待加热区域的温度并发送至温度控制模块73，温度监测模块72型号为pt100的温度传感器，温度控制模块73用于根据待加热区域的温度向加热模块71发送加热信号或关闭信号，加热模块71用于在接收到加热信号时对待加热区域进行加热，在接收到关闭信号时停止加热，通过温度监测模块72可以对待加热区域进行温度检测，温度控制模块73可以根据检测得到的待加热区域的温度判断是否需要进行加热，并在待加热区域的温度满足加热条件时控制加热模块71对待加热区域进行加热，可实现设备的快速测量，耗气量少，提高设备的测量效率，第二气室12、第三气室13和第四气室14的一端均设有红外led光源8，第二气室12、第三气室13和第四气室14的另一端均设有ccd变送模块6，且ccd变送模块6与ccd感光器4连接，利用四个测量气室和一组led氙灯3、三组红外led作为光源，通过吸
收流通sf6气体，并且通过ccd感光器4采集光谱吸收信号，经过工控机2处理分析得出sf6气体中的纯度以及so2、h2s、co、cf4等微量杂质的信号，提高设备的功能性，其中so2、h2s的测量与co测量互相没有干扰，避免了电化学传感器测量的弊端；
[0042]
第一气室11采用2048个像素点的光谱测量阵列，ccd光谱测量阵列41包括信号采集模块411、信号处理模块412和ccd数字信号转换器413，工控机2内设有光谱吸收图谱算法，光谱吸收图谱算法如下：
[0043][0044]
上式中n表示ccd的每个像素点，从1到1024，l测量表示当前的测量光强值，l亮表示纯气的测量值，l暗表示关闭光源的测量图谱；
[0045]
设置初始值，n设为1；根据光谱吸收图谱算法测量sf6气体的光谱吸收值，以此类推按上述公式计算1到1024；
[0046]
再以右式计算测量结果，
[0047]
上式中h表示测量的结果，x()表示像素点的电流值，na和nb表示各组分的特征波段，信号采集模块411采集到2048个电流值，信号处理模块412对采集到2048个电流值进行分析，并得到分析数据；
[0048]
ccd数字信号转换器413将得到的分析数据转换为数字信号，并通过485网络传输至工控机2处理，且工控机2通过光谱吸收图谱算法进行计算，通过第一气室11采用2048个像素点的光谱测量阵列，并利用工控机2的光谱吸收图谱算法，对sf6气体中的so2、h2s实现快速测量，克服传统线阵ccd型光谱仪波长分辨率不高和光谱灵敏度低的问题，大幅提升了光谱仪的分辨率和灵敏度。
[0049]
本发明还提及到一种光谱分析仪的工作方法，第一气室11通过进气口输入sf6气体，led氙灯3通过光纤发送连续的光源至反射镜5，反射镜5通过光纤将光信号反馈至ccd感光器4，第一气室11依次流通至第二气室12、第三气室13和第四气室14，红外led光源8通过光纤发送连续的光源，ccd变送模块6将光信号反馈至ccd感光器4，ccd感光器4将接收到的光信号反馈至ccd光谱测量阵列41，ccd光谱测量阵列41又将接收到的光信号反馈至工控机2，工控机2处理分析得出sf6气体中的so2、h2s、co、cf4等微量杂质的信号，并根据计算接口生成控制命令以驱动第一气室11的加热组件7。
[0050]
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
[0051]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0052]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。