一种用于红外气体检测设备的双温区恒温隔离、光窗防凝露与检测准入联锁组件及控制方法与流程

本发明涉及红外气体检测，尤其涉及一种用于红外气体检测设备的双温区恒温隔离、光窗防凝露与检测准入联锁组件及控制方法，适用于呼出气或其他高湿样气进入红外检测气室后的温度稳定、光学窗口防凝露、光路状态确认以及检测结果输出控制。

背景技术：

1、红外气体检测设备通常利用待测气体对特定红外波段的吸收特性获得目标气体浓度。检测气室的有效光程、气体状态、光学窗口透过状态和红外信号基线会直接影响检测结果。对于呼出气检测，样气温度和湿度明显高于一般环境空气，并可能夹带水汽和微小液滴；当高湿样气进入温度较低的检测气室或光窗区域时，容易在光学窗口内表面、光窗框架与气室连接处或气室内壁形成凝露。

2、检测气室本体通常具有一定热容量，而光学窗口及其框架的材料、厚度和对外散热条件与气室本体不同。若仅使用单个加热件对整个检测气室进行统一加热，气室壁达到设定温度并不代表光窗区域已脱离凝露风险。特别是在设备刚开机、环境温度突变、连续检测或样气湿度较高时，光窗内表面仍可能处于低于样气露点或露点裕量不足的状态。

3、现有设备中常采用气室整体加热、外部保温或软件温度补偿改善检测稳定性。整体加热只能提供单一温度控制目标，难以同时兼顾气室壁温度稳定和光窗防凝露；外部保温无法直接阻止高湿样气冲击光窗；软件补偿也无法消除已经附着在光窗上的水膜或污染物对红外透过率的影响。部分设备设置吹扫气路，但若吹扫气流不能沿光窗内表面形成稳定保护层，仍可能存在局部凝露和冲击污染。

4、另外，许多设备仅根据预设预热时间允许检测，没有将气室壁温度稳定、光窗相对样气露点的温度裕量以及光路基准强度共同作为检测准入条件。当光窗已经凝露或污染、双温区温度尚未稳定时，设备仍可能采集并输出检测结果。因此，需要一种将检测气室隔热结构、气室壁与光窗独立温控、光窗表面保护微流、露点风险判断和光路状态确认进行联动，并在条件不满足时联锁禁止结果输出的技术方案。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：红外气体检测设备在高湿样气进入检测气室时，检测气室本体与光学窗口之间存在热响应差异，光窗容易发生凝露或污染，且现有设备缺少基于温度稳定、露点裕量和光路基准强度的检测准入联锁，导致异常光路状态可能直接传递为检测结果误差。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种用于红外气体检测设备的双温区恒温隔离、光窗防凝露与检测准入联锁组件。该组件包括样气入口、样气阀、检测气室组件、双温区温度调节单元、光窗保护气单元、入口温湿度检测单元、气室壁温度检测单元、光窗温度检测单元、参考光强检测单元、信号采集单元、结果输出单元、存储单元、维护报警单元和控制单元。检测气室组件包括检测气室本体、分设于红外光路两端的光学窗口以及包围检测气室本体的气室外隔离腔。

3、双温区温度调节单元将检测气室本体和光学窗口设置为相互独立的温控对象。气室壁温控区用于使检测气室本体达到稳定工作温度，光窗温控区用于使光学窗口保持高于样气露点的温度裕量。气室外隔离腔与隔热支承件降低外部壳体和环境温度突变对检测气室本体及光窗框架的影响，使双温区控制具有相对稳定的热边界。

4、光窗保护气单元包括设置于光窗框架中的环形布气腔和朝向光学窗口内表面的微出气孔。保护气由环形布气腔均匀分配后沿光学窗口内表面形成连续或分段式保护微流。样气入口与红外光路中心轴错位设置，并设置防直冲导流面，使样气主流避开直接冲击光窗；保护微流在光窗内表面和高湿样气之间形成局部气膜，以降低水汽、微液滴和污染物在光窗上的附着风险。

5、入口温湿度检测单元用于获得待测样气的温度和湿度状态，控制单元据此确定样气露点，并分别获得光窗露点裕量和气室露点裕量。参考光强检测单元在样气阀关闭、保护微流建立的条件下采集无样气状态或背景气状态的光路基准强度，用于判断光学窗口是否存在影响检测的凝露或污染。

6、本发明还提供一种红外气体检测控制方法，包括关闭样气阀并采集入口温湿度状态；确定样气露点和双温区目标温度；分别执行气室壁预热和光窗预热；判断气室壁温度是否稳定以及光窗露点裕量是否合格；建立光窗保护微流并采集光路基准强度；仅在温度稳定、露点裕量和光路基准强度均满足准入条件时导通样气阀并允许红外信号采集；检测过程中持续监测检测条件并判断是否异常；正常时输出并存储检测结果，异常时关闭样气阀、标记本次检测无效、禁止输出结果，并执行吹扫恢复或输出维护提示。

7、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：第一，将检测气室本体与光学窗口设置为独立温控区，避免以气室壁单点温度代替光窗防凝露状态；第二，通过气室外隔离腔和隔热支承件降低环境温度变化对检测气室热状态的影响；第三，通过环形布气腔和微出气孔在光窗内表面形成保护微流，并配合防直冲导流面降低高湿样气直接冲击光窗的风险；第四，以样气露点为基准判断光窗温度裕量，使防凝露控制与本次样气状态对应；第五，将气室壁温度稳定、光窗露点裕量和光路基准强度共同设置为检测准入条件，在异常状态下联锁禁止结果输出，形成结构防护、状态确认和结果拦截闭环。

1.一种用于红外气体检测设备的双温区恒温隔离、光窗防凝露与检测准入联锁组件，包括样气入口、样气阀、检测气室组件、双温区温度调节单元、光窗保护气单元、入口温湿度检测单元、气室壁温度检测单元、光窗温度检测单元、参考光强检测单元、信号采集单元、结果输出单元、存储单元、维护报警单元和控制单元，其特征在于，所述检测气室组件包括检测气室本体、分设于红外光路两端的光学窗口以及包围所述检测气室本体的气室外隔离腔；所述双温区温度调节单元包括作用于检测气室本体的气室壁温控区和作用于光学窗口的光窗温控区，所述气室壁温控区与光窗温控区分别受所述控制单元控制；所述光窗保护气单元包括设置于光窗框架中的环形布气腔和朝向光学窗口内表面设置的微出气孔，用于沿光学窗口内表面形成保护微流；所述入口温湿度检测单元用于获得待测样气的温湿度状态，所述控制单元根据所述温湿度状态确定样气露点，所述参考光强检测单元用于获得无样气状态或背景气状态下的光路基准强度；所述控制单元仅在气室壁温度满足稳定条件、光窗温度相对于样气露点的光窗露点裕量满足防凝露条件且光路基准强度满足污染准入条件时，控制所述样气阀导通，允许所述信号采集单元采集红外检测信号，并允许所述结果输出单元输出检测结果；当任一准入条件不满足时，所述控制单元关闭样气阀，维持或增强所述保护微流，禁止所述结果输出单元输出目标气体检测结果，并通过维护报警单元输出异常提示或维护提示。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述气室外隔离腔与检测气室本体之间形成连续或分段式隔离空间，检测气室本体通过隔热支承件与外部壳体连接，以减小外部壳体温度突变向检测气室本体和光窗框架的传递。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述气室壁温控区包括设置于检测气室本体外壁的气室壁加热件和气室壁温度传感器，所述光窗温控区包括设置于光窗框架外围的光窗加热件和光窗温度传感器，所述光窗温控区的目标温度高于气室壁温控区的目标温度或具有独立的露点裕量控制目标。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述环形布气腔沿光学窗口周向设置，多个微出气孔沿环形布气腔间隔分布，微出气孔的出气方向与光学窗口内表面平行或倾斜朝向光学窗口内表面，使保护气在光学窗口内表面形成连续或分段式气膜。

5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述样气入口与红外光路中心轴错位设置，并在样气入口与检测气室本体之间设置防直冲导流面，使样气主流避开对光学窗口内表面的直接冲击，所述保护微流与样气主流在光学窗口下游汇合后，经排气出口进入排气单元排出。

6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述控制单元根据入口温湿度检测单元获得的温度和相对湿度确定样气露点，并分别计算光窗温度与样气露点之间的光窗露点裕量以及气室壁温度与样气露点之间的气室露点裕量；所述防凝露条件至少包括光窗露点裕量达到第一裕量阈值。

7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述参考光强检测单元在样气阀关闭且保护微流建立后采集光路基准强度，并将当前光路基准强度与初始基准强度或最近一次合格基准强度比较；当强度衰减量超过污染阈值时，所述控制单元判定光学窗口不满足污染准入条件。

8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述控制单元在样气检测过程中持续监测气室壁温度、光窗露点裕量和光路基准强度中的至少两项；当检测过程中出现温度失稳、露点裕量不足或光路基准强度异常时，所述控制单元关闭样气阀、将本次检测标记为无效、维持光窗保护微流，禁止输出目标气体检测结果，并执行重新预热、背景气吹扫、保护气吹扫或输出维护提示中的至少一种。

9.一种采用权利要求1至8中任一项所述组件的红外气体检测控制方法，其特征在于，包括：关闭样气阀并采集入口温湿度状态；根据入口温湿度状态确定样气露点和双温区目标温度；分别控制气室壁温控区和光窗温控区进行预热；判断气室壁温度是否满足稳定条件以及光窗露点裕量是否满足防凝露条件；建立沿光学窗口内表面的保护微流并采集光路基准强度；在光路基准强度满足污染准入条件后导通样气阀并采集红外检测信号；在检测过程中持续监测检测条件并判断是否异常；未出现异常且准入条件持续满足时，通过结果输出单元输出并通过存储单元存储目标气体检测结果。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当气室壁温度不满足稳定条件时延长气室壁预热，当光窗露点裕量不足时提高光窗温控区的加热控制量或增强保护微流，当光路基准强度不满足污染准入条件时执行保护气吹扫并重新采集光路基准强度；当检测过程中出现异常时关闭样气阀、禁止输出目标气体检测结果并执行吹扫或维护；在连续执行恢复处理达到预设次数后仍未满足准入条件时，禁止输出目标气体检测结果并输出光窗维护提示。