留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

用于红外气体检测的多通池温度、压强控制系统研制

侯月 黄克谨

侯月, 黄克谨. 用于红外气体检测的多通池温度、压强控制系统研制[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20190525. doi: 10.3788/IRLA20190525
引用本文: 侯月, 黄克谨. 用于红外气体检测的多通池温度、压强控制系统研制[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20190525. doi: 10.3788/IRLA20190525
Hou Yue, Huang Kejin. Development on temperature and pressure control system for multi-pass gas cell utilized in infrared gas detection[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(10): 20190525. doi: 10.3788/IRLA20190525
Citation: Hou Yue, Huang Kejin. Development on temperature and pressure control system for multi-pass gas cell utilized in infrared gas detection[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(10): 20190525. doi: 10.3788/IRLA20190525

用于红外气体检测的多通池温度、压强控制系统研制

doi: 10.3788/IRLA20190525
基金项目: 国家自然科学基金(21878011)
详细信息
    作者简介:

    侯月(1980-),男,硕士生,研究方向为红外激光气体检测技术及应用。 Email:houyue@mail.buct.edu.cn

    通讯作者: 黄克谨(1963-),男,教授,博士生导师,研究方向为复杂化工过程系统工程。 Email:huangkj@mail.buct.edu.cn
  • 中图分类号: TM921.51

Development on temperature and pressure control system for multi-pass gas cell utilized in infrared gas detection

  • 摘要: 为了实现CO2气体同位素的高性能检测,研制了高精度、高稳定性的多通池温度、压强控制系统。采用柔性PCB作为加热片包覆圆柱形多通池。考虑到温度控制系统的加热速率,外层包覆保温棉作为隔热装置,使得整个温度控制系统能实现快速加热,且能够保持温度的长时间稳定。采用铂电阻PT1000温度传感器对多通池温度进行精确采集,主控制器通过PWM信号,调控柔性PCB加热膜的发热功率,从而实现温度的闭环控制。压强控制系统方面,采用压强传感器连接于多通池前、后端,检测多通池内部气压,主控制器通过PWM信号,调控多通池前、后端比例阀导通状态,从而实现压强的闭环控制。结果表明,温度控制范围为18.48~42 ℃,温度控制精度为±0.08 ℃。多通池压强为60 Torr(1 Torr ≈ 133.322 Pa)时,控制精度为±0.04 Torr。该系统为红外CO2气体同位素的高性能检测提供可靠保障。
  • 图  1  多通池温度、压强控制系统框图

    Figure  1.  Diagram of temperature and pressure control system for multi-pass gas cell

    图  2  加热膜驱动电路

    Figure  2.  Heating film drive circuit

    图  3  PT1000温度采集电路

    Figure  3.  PT1000 temperature collection circuit

    图  4  比例阀控制电路

    Figure  4.  Proportional valve control circuit

    图  5  温度下限控制曲线

    Figure  5.  Temperature lower limit control curve

    图  6  温度上限控制曲线

    Figure  6.  Temperature upper limit control curve

    图  7  压强控制曲线

    Figure  7.  Pressure control curve

    图  8  压强控制数据(60 Torr)

    Figure  8.  Pressure control data (60 Torr)

    图  9  CO2同位素丰度测量数据

    Figure  9.  CO2 isotope abundance measurement data

  • [1] Taylor S R. Stable isotope geochemistry [J]. Reviews of Geophysics, 2009, 17(4): 839-850.
    [2] 李春光. 基于中红外半导体激光器的气体检测系统的研制[D]. 吉林: 吉林大学, 2016: 13-16.

    Li Chunguang. Research and development of gas detection system based on mid-infrared semiconductor lasers[D]. Jilin: Jilin University, 2016: 13-16. (in Chinese).
    [3] Mckellar A R W, Watson J K G, Howard B J. The NO dimer: 15N isotopic infrared spectra, line-widths, and force field [J]. Molecular Physics, 1995, 86(2): 273-286. doi:  10.1080/00268979500102011
    [4] Mantz A W, Henry A, Valentin A. Stabilized tunable diode laser measurements of the P(2) line in the 13CO fundamental band broadened by helium at temperatures between 11.5 and 298.6 K [J]. Journal of Molecular Spectroscopy, 2001, 207(1): 113. doi:  10.1006/jmsp.2001.8328
    [5] 高伟, 曹振松, 袁怿谦, 等. 可连续控温低温吸收池的研制及其应用[J]. 光谱学与光谱分析, 2012, 32(3): 858-861. doi:  10.3964/j.issn.1000-0593(2012)03-0858-04

    Gao Wei, Cao Zhensong, Yuan Yiqian, et al. Design of a controllable low temperature cell and application [J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2012, 32(3): 858-861. (in Chinese) doi:  10.3964/j.issn.1000-0593(2012)03-0858-04
    [6] 马宏亮, 孙明国, 曹振松, 等. 适用于大气分子低温光谱实验的低温吸收池[J]. 光学 精密工程, 2014, 22(10): 2617-2621. doi:  10.3788/OPE.20142210.2617

    Ma Hongliang, Sun Mingguo, Cao Zhensong, et al. Cryogenic cell for low-temperature spectral experiments of atmospheric molecules [J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(10): 2617-2621. (in Chinese) doi:  10.3788/OPE.20142210.2617
    [7] 李强, 陈立恒. 复杂外热流条件下红外探测器组件热设计[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(9): 0904002 .

    Li Qiang, Chen Liheng. Thermal design of infrared detector components in complex heat flux [J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(9): 0904002 . (in Chinese)
    [8] 陈凯, 梅茂飞. 基于激光传感器的气体浓度检测研究[J]. 激光杂志, 2018, 39(7): 50-54.

    Chen Kai, Mei Maofei. Detection of gas concentrations based on wireless sensor and laser technology [J]. Laser Journal, 2018, 39(7): 50-54. (in Chinese)
    [9] 王 征, 常卫国, 栾鑫. 气体压力自调节系统的设计与实现[J]. 气象水文海洋仪器, 2010, 27(4): 101-104. doi:  10.3969/j.issn.1006-009X.2010.04.025

    Wang Zheng, Chang Weiguo, Luan Xin. Gas pressure self-adjusting system [J]. Meteorological, Hydrological and Marine Instruments, 2010, 27(4): 101-104. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1006-009X.2010.04.025
    [10] 王言章, 秦佳男, 张雪, 等. 用于SERF原子磁力仪的原子气室无磁加热系统[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 686-692.

    Wang Yanzhang, Qin Jianan, Zhang Xue, et al. Non-magnetism heating system for atomic gas cell used in SERF atomic magnetometer [J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2017, 47(2): 686-692. (in Chinese)
    [11] 鲍梦. 模糊理论和神经网络的激光器温控系统[J]. 激光杂志, 2017, 38(10): 123-126.

    Bao Meng. Laser temperature control system based on fuzzy theory and neural network [J]. Laser Journal, 2017, 38(10): 123-126. (in Chinese)
    [12] 刘欣, 吕铁良, 刘建翔, 等. DFB激光器的高精度高稳定性前馈PID温控设计[J]. 激光杂志, 2017, 38(9): 23-27.

    Liu Xin, Lv Tieliang, Liu Jianxiang, et al. DFB laser’s high-precision and high-stability feed for-ward PID temperature control [J]. Laser Journal, 2017, 38(9): 23-27. (in Chinese)
  • [1] 侯月, 张鹏泉, 于冠一, 黄克谨.  基于红外TDLAS技术的高精度CO2同位素检测系统的研制49 . 红外与激光工程, 2020, 49(): 1-5. doi: 10.3788/IRLA20200083
    [2] 许绘香, 孔国利.  采用Ziegler-Nichols-PID算法的激光红外多通池压强控制系统研制 . 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20190551-1-20190551-6. doi: 10.3788/IRLA20190551
    [3] 贾军伟, 李伟, 柴昊,