材料容易损伤、抱死的问题，并在一定程度上降低了活塞和气缸等主要部件的精度加工要求和装配难度，提高了整机的可靠性及使用寿命；其设计结构紧凑、整机体积小，重量仅为帕尔贴冷泵系统的1/3；工作温度范围宽，低温可降至-100 ℃以下，满足特纯气体、压缩空气等多种气体全量程露点检测需要；其工质气体为氮气等惰性气体，密封在腔体内，容积不足1 L。与高压节流制冷方法相比，其制冷性能受外界环境影响小，制冷性能稳定可靠，并且配备专用电源模块，该模块主要功能包括对制冷机供电、采集镜面温度和通信功能。通信功能主要负责将采集的镜面温度通过串口发送至控制系统，同时接收控制系统的指令执行降温和升温等操作。在系统控制下制冷机逐步降温，与气路、光路等协同完成整个测量过程中的信号检测与高速精确露点锁定，从而实现了全自动测量。
3.2 光路系统设计
光路系统主要包括：光学系统、光源供电模块、光电池放大模块和光路采集模块。其中，光学系统主要包括一个LED光源，通过一组透镜产生平行光照射在高反射镜面上，反射光通过另一透镜聚焦在感光器件上；感光器件采用硅光电池，并将放大电路和硅光电池做成一个整体，只留电源接口和信号输出线，组成光电池放大模块，这样不仅方便测试硅光电池性能，并且增强抗干扰性；光路采集模块负责采集光电池放大模块输出的信号，并将光电信号通过串口发送到控制系统。
传统的光电冷镜式露点测试仪一般采用白炽灯作为光源、光电管作为感光器件，镜面尺寸较大，通常为直径为10～20 mm。该设计对测量结果影响较大，首先是白炽灯寿命短且属于自发热光源，长时间使用产生的热量会破环测量室的环境热平衡，从而使其他器件的温漂特性放大，造成测量误差；光电管对光源亮度要求较大，而且易受电压波动影响；镜面直径过大会导致部分区域无法被光线照射，从而影响对镜面结露的判断，此外也会降低制冷效率，使得温度下降更加不均匀，导致测量误差变大。
为了解决上述问题，JH-7000露点测试仪采用红色LED作为光源，硅光电池作为感光器件，镜面面积进一步缩小。LED属于冷光源，自身不会在工作时发热，同时具有寿命长、照度稳定、可靠性高等特点。根据硅光电池的光谱特性，选用红色LED，使光电池接收的信号位于灵敏度最高的波长区间。硅光电池是无源器件，稳定性好且感光面积大，可将其看作电流源来使用，相比光电管具有更好的稳定性和抗干扰能力。JH-7000露点测试仪设计的镜面直径仅为5 mm，更小的面积使得镜面所有区域均能被光线照射，从而对任一点的结露情况都能及时作出响应。此外，镜面体积的减小提高了制冷效率，配合专用微型制冷机的使用，能够稳定控制镜面温度，从而提高测量精度。
与传统光电露点测试仪的光学系统相比，JH-7000露点测试仪还优化了反射光路径，不使用挡光器件。镜面未结露时，光线反射后经透镜聚焦全部照射在感光器件上；镜面结露后，光线发生漫反射，部分光线经透镜散射无法被感光器件接收，从而判断镜面出露。该设计在保证灵敏度的前提下降低了光路系统安装调试的难度，提高了仪器的可维修性。
3.3 气路系统设计
气路系统包括减压系统和管路系统。高压气体进入设备后，首先通过一级减压装置减压，将压力限制在5 MPa以下，再经过二级减压装置，通过调整流量调节阀门，使被测气体安全通过测量腔体。所有气路均采用1/8英寸精密冷拔无缝内抛光不锈钢管作为取样管路，接头部分均采用双卡套密封，螺帽轴向推动后卡套，后卡套推动前卡套挤压Tube管使其产生塑性变形，继续旋紧螺帽，后卡套挤压Tube管起到抓紧作用，从而实现无泄漏密封。采用双卡套连接的接头、螺帽采用优质316不锈钢，螺帽螺纹采用表面镀银技术，防止在高温高压下螺纹发生咬死现象。Tube管固溶处理后的硬度要低于接头体和卡套，同时光管表面光滑无缺陷，易于弯曲或扩管，方便并可实现完全密封。
3.4 镜面温度采集设计
目前国内外类似产品在镜面温度采集方面均采用铂电阻式温度计或传感器，温度采集都使用了接触式采集的方法，该方法的主要缺点在于测量端与镜面底部为点接触，即使通过导热硅脂粘合，测量出的温度也不可避免的和镜面实际温度产生较大梯度误差，虽然铂电阻精度上满足要求，但却因为测量方式影响了准确度。因此如何减少温度梯度，提高测量准确度，是使用铂电阻温度传感器测量镜面温度时需要解决的关键技术。
为此，JH-7000露点测试仪采用6 mm×2 mm金属封装Pt100铂电阻，利用特殊工艺将铂电阻焊接在镜面底部，这样使得镜面和铂电阻成为整体结构，有利于温度的均匀传导，减少温度采集点与镜面的温度梯度误差。
另外，在电路设计上，针对Pt100铂电阻温度传感器，使用XTR105和RCV420芯片组成Pt100应用电路进行温度采集。基本电路图如图2所示。
3.5 软件设计
JH-7000露点测试仪控制单元处理器采用三星S3C2416芯片，运行WinCE5.0操作系统，软件使用C#语言编写，开发环境为Visual Studio2008，显示屏为7英寸触摸液晶屏，软件主要工作界面直观丰富、易于操作。软件设计方面，在露点分析算法上采用中值滤波对光路曲线进行预处理，再利用小波分析的方法，采用Haar小波对一维光路信号进行小波分解，经过8级分解后得到的平均分量能够准确获取曲线拐点，从而计算出露点温度。
此外，传统的冷镜式光电露点测试仪在判断光路变化时，往往采用固定光路初始值的方法，即测量之初记录当前光路值，等待光路值变化超过设定阈值后判断结露，计算露点。该方法的缺点在于无法消除光路系统受温度变化产生的影响，随着测量温度的不断下降，金属镜面会发生微弱形变，这可能在一定程度上会改变光路值，此时如果仍然按照初始固定的光路值，在静态阈值的情况下会引起测量误差。JH-7000露点测试仪采用动态初值法进行测量，补偿光路系统产生的误差。动态初值法是指测量开始阶段记录当前光路值，在测量过程中不断判断光路值变化，根据露点测试仪本身设计特性不断排除噪声（即光路突变）对光路值的影响，同时更新初始值，因此保证了在镜面发生形变的情况下仍然能够通过既定阈值准确判断出结露时间。
4 结论
本文研究和设计的新型露点测试仪采用新型微型制冷机对镜面降温，避免了传统高压气源露点测量依靠高压空气制冷带来的系统误差，同时提高了冷镜式光电露点测试仪的测量精度和稳定性，全自动的测量模式也使得操作更加简便。在当前高压气体广泛应用于特种船舶和其他工业领域的今天，该测试仪可以大大地提高气体的测量效率，具有较大的创新性和现实意义。
