CN103575655A - 一种红外气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外气体传感器，包括红外光源，测量模块，与所述测量模块相连的信号处理模块以及与所述处理模块和红外光源相连的微处理器。所述红外光源产生宽带脉冲红外光，测量模块接收红外光，检测环境温度信号，以及红外光信号的大小，发送给所述微处理器，所述微处理器获得温度信号后，根据该环境温度下预设的红外光信号与测得的红外光信号进行比较，根据比较结果对所述红外光源的开关频率进行调制，根据调制后的红外光源发出的红外光获得气体浓度信号。上述红外气体传感器，增加了测量环境温度信号的过程，通过红外光信号的变化，调制红外光源的开关频率，从而降低环境温度对测量模块的影响，提供测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及测量领域，尤其涉及一种红外气体传感器。
背景技术
近几年，随着人们对红外气体传感器的重视，红外气体传感器的技术越来越完善。红外气体传感器具有测量精度高、抗干扰能力强、可靠性高、抗中毒、寿命长等特点。目前普遍使用的红外气体传感器测量的信号的精度会随着环境温度的变化而受到影响，传感器在高温时测量精度下降，低温时发生数据的丢失，从而无法测量气体浓度。
由于目前使用的红外气体传感器的测量精度会随着环境温度的变化而受到影响，这就导致红外气体传感器在高温或者低温时，不能精确测量气体浓度或不能测量气体浓度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种红外气体传感器，以解决现有技术中温度对红外传感器的测量精度的影响，其具体方案如下：
一种红外气体传感器，包括：红外光源、测量模块以及与所述红外光源相连的微处理器，
所述红外光源产生宽带脉冲的红外光；
所述测量模块检测环境温度信号，并接收所述红外光源发出的红外光，检测红外光信号，并发送所述红外光信号以及环境温度信号；
所述微处理器接收所述红外光信号以及环境温度信号，确定与所述环境温度信号对应的预设标准红外光信号强度，并将所述测得的红外光信号强度与所述预设标准红外光信号强度进行比较，根据比较结果对所述红外光源的开关频率进行调制，利用调制后的红外光源发出的红外光，检测气体浓度信号。
进一步的，所述测量模块包括：测量气室、测温电路以及与所述测量气室相连的红外气体探测器，
所述红外光源发出的红外光，经由测量气室，入射到所述红外气体探测器上，所述红外气体探测器检测红外光信号，所述测温电路对环境温度进行检测，所述红外气体探测器和测温电路分别将所检测到的红外光信号和环境温度信号发送给所述信号处理模块。
还包括：与所述测量模块与微处理器相连的信号处理模块，所述信号处理模块接收所述测量模块发出的红外光信号以及环境温度信号，对所接收到的信号进行处理，并将处理后的信号发送至所述微处理器。
进一步的，所述信号处理模块包括：信号放大电路、与所述信号放大电路相连的滤波电路以及与所述滤波电路相连的AD转换电路，
所述信号放大电路接收所述测量模块发出的所述红外光信号和环境温度信号，对所接收到的信号进行放大处理，并发送给当所述滤波电路；所述滤波电路接收所述信号放大电路处理后的所述红外光信号和环境温度信号，对所接收到的信号进行滤波处理，并发送给所述AD转换电路；所述AD转换电路接收所述滤波电路处理后的所述红外光信号和环境温度信号，对所接收到的信号进行AD转换，并将处理后的信号发送给所述微处理器。
进一步的，所述微处理器包括：信号接收模块，与所述信号接收模块相连的分析模块，与所述分析模块相连的调节模块，
所述信号接收模块接收红外光信号和环境温度信号，并发送给所述分析模块；
所述分析模块接收所述信号，获得所述环境温度信号后，将所述该环境温度信号下预设的红外光信号强度与测得的红外光信号进行比较，将比较结果发送给所述调节模块；
所述调节模块接收所述比较结果，并根据所述比较结果对所述红外光源的开关频率进行调节，使所述红外气体探测器测得的红外光信号在不溢出的前提下最大。
进一步的，所述比较结果包括：所述测量模块检测到的红外光信号强度低于所述预设标准红外光信号强度，所述调节模块对所述红外光源的开关频率进行升高调节，直至所述红外气体探测器测得的红外光信号在不溢出的前提下最大。
进一步的，所述比较结果包括：所述测量模块检测到的红外光信号强度高于所述预设标准红外光信号强度且所述红外光信号溢出，所述调节模块对所述红外光源的开关频率进行降低调节，直至所述红外气体探测器测得的红外光信号在不溢出的前提下最大。
从上述方案可以看出，本发明公开的红外气体传感器，通过测量模块增加测量环境温度信号的功能，微处理器获得环境温度信号后，根据该环境温度下预设的红外光信号与测得的红外光信号进行比较，根据比较结果自动调制光源开关频率，使测量模块能够精确测量红外光信号，进而能够获得精确的气体浓度信号，从而改变红外气体传感器在高温时不能精确测量气体浓度，低温时无法测量气体浓度的状况。因此，解决了现有技术中环境温度影响红外气体传感器的问题，使红外气体传感器不随温度变化而影响测量精度，使探测到的气体浓度更精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种红外气体传感器的基本结构图；
图2为本发明实施例公开的一种测量模块的基本结构图；
图3为本发明实施例公开的一种信号处理模块的基本结构图；
图4为本发明实施例公开的一种红外气体传感器的基本结构图；
图5为本发明实施例公开的一种微处理器的基本结构图；
图6为本发明实施例公开的一种微处理器的基本工作流程图。
具体实施方式
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。
本发明公开的一种红外气体传感器，其基本结构如图1所示，包括：
红外光源11，与所述红外光源11相邻的测量模块12，与所述红外光源11相连的微处理器113。
所述红外光源11产生宽带脉冲的红外光，所述测量模块12检测环境温度信号，并接收所述红外光源11发出的红外光，通过所述红外光的变化情况测量红外光信号，并发送所述红外光信号以及环境温度信号，所述微处理器13接收信号，获得环境温度信号后，根据与该环境温度对应的预设标准红外光信号强度，并将所述测得的红外光信号强度与所述预设标准红外光信号强度进行比较，根据比较结果对所述红外光源11的开关频率进行调制。
利用调制后的红外光源发出的红外光，测量模块测得红外光信号，所述微处理器根据测得的红外光信号获得气体浓度信号
本实施例中测量模块除检测气室内红外光信号外，还对环境温度信号进行检测，，所述微处理器红外光信号与该环境温度的预设标准红外光信号进行比较，根据比较结果调制红外光源的开关频率，从而降低了环境温度对测量模块的影响，进而提高了测量精度。
本发明公开的一种红外气体传感器中的测量模块，其基本结构如图2所示，包括：测量气室21，与所述测量气室21相连的红外气体探测器22，测温电路23。
所述红外光源发出的红外光，经由测量气室21后，入射到所述红外气体探测器22上，所述红外气体探测器22进行红外光信号的检测，所述测温电路23对环境温度进行检测，所述红外气体探测器22和所述测温电路23分别将所检测到的红外光信号和环境温度信号发送。在本实施例中，在测量模块内分出测量气室、红外气体探测器以及测温电路。其中，红外气体探测器测量红外光信号，测温电路测量环境温度，较现有技术增加了测温电路，微处理器获得测温电路测得的环境温度信号后，根据红外气体探测器测得的红外光信号对红外光源进行调节，从而降低了红外气体探测器由于环境变化造成的影响，进而使红外气体探测器在不同温度下的测量精度变高。
本实施例并不限定于上述所述测量模块包括的测量气室、与所述测量气室相连的红外气体传感器以及测温电路的装置，包括实现气体浓度检测和环境温度测量的所有装置。所述测温电路可以用温度传感器代替。进一步的，所述红外气体传感器可以为热释电探测器，也可以为热电堆探测器。
本实施例公开了一种红外气体传感器中信号处理模块的基本结构，如图3所示，包括：
信号放大电路31，与所述信号放大电路31相连的滤波电路32，与所述滤波电路32相连的AD转换电路33。
所述信号放大电路31接收所述测量模块发出的所述红外光信号和环境温度信号，对所接收到的信号进行放大处理，并发送给所述滤波电路32，所述滤波电路32接收所述信号放大电路31处理后的所述红外光信号和环境温度信号，对所接收的信号进行滤波处理，并发送给所述AD转换电路33，所述AD转换电路33接收所述滤波电路32处理后的所述红外光信号和环境温度信号，对所接收到的信号进行AD转换，并将处理后的信号发送给所述微处理器。
进一步的，本实施例中所述信号处理模块运用到一种红外气体传感器中，其基本结构如图4所示。
本实施例将所述信号处理模块进一步细化，分为信号放大电路、滤波电路以及AD转换电路，对要进入微处理器的信号进行处理，提高了探测器的精度。进一步的，在图4所公开的实施例中，将测量模块进一步细化，由于测温电路测得的环境温度信号，微处理器获得环境温度信号后，根据该环境温度的预设标准红外光信号强度与测得的红外光信号强度进行比较，根据比较结果进行红外光源的频率调制，使红外气体探测器受环境温度的影响减小，增加了传感器在不同温度下的稳定性。
本实施例公开了一种红外气体传感器中微处理器的内部结构，如图5所示，包括：信号接收模块51，与所述信号接收模块51相连的分析模块52，与所述分析模块52相连的调节模块53。
所述微处理器的基本工作流程如图6所示，包括：
步骤S61、所述信号接收模块51接收所述信号处理模块处理之后的红外光信号和环境温度信号，并发送给所述分析模块52；
步骤S62、所述分析模块52接收所述信号接收模块51发送的红外光信号和环境温度信号；
步骤S63、所述分析模块52比较该环境温度下预设的红外光信号与测得的红外光信号；
步骤S64、所述分析模块52生成比较结果；
步骤S65、所述分析模块52将所述比较结果发送给所述调节模块53；
步骤S66、所述调节模块53根据所述比较结果调节所述红外光源的开关频率，使所述红外气体探测器测得的红外光信号在不溢出的前提下最大。
当所述分析模块判断所述该环境温度的预设标准红外光信号强度与测得的红外光信号强度不符合比较结果时，所述调节模块对红外光源的开关频率不进行操作。本实施例中所述比较结果包括：所述测量模块检测到的红外光信号强度低于所述预设标准红外光信号强度，所述调节模块对所述红外光源的开关频率进行升高调节，直至所述红外气体探测器测得的红外光信号在不溢出的前提下最大；所述测量模块检测到的红外光信号强度高于所述预设标准红外光信号强度且所述红外光信号溢出，所述调节模块对所述红外光源的开关频率进行降低调节，直至所述红外气体探测器测得的红外光信号在不溢出的前提下最大。
本实施例公开的所述比较结果包括上述结果的任意一种或者全部。只要红外光信号符合其中的任意一种情况，即表示符合所述比较结果。
本实施例根据所述微处理器的基本结构将所述红外气体传感器的基本操作流程描述出来，微处理器获得环境温度后，根据该环境温度的预设标准红外光信号强度与测得的红外光信号强度进行比较时的各种情况出现后的解决方法进行了详细的描述，增加了所述红外气体传感器在不同温度下所述红外气体探测器的精度，减少了温度对所述红外气体探测器的影响，同时，增加了所述红外气体传感器在不同温度下的稳定性。
本实施例并不限定于上述调节模块调节红外光源的开关频率，使红外光信号强度在不溢出的前提下最大，也可以是调节模块调节红外光源的开关频率，使其保持在一个保证红外气体探测器可以正常工作的范围。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种红外气体传感器，其特征在于，包括：红外光源、测量模块以及与所述红外光源相连的微处理器，
所述红外光源产生宽带脉冲的红外光；
所述测量模块检测环境温度信号，并接收所述红外光源发出的红外光，检测红外光信号，并发送所述红外光信号以及环境温度信号；
所述微处理器接收所述红外光信号以及环境温度信号，确定与所述环境温度信号对应的预设标准红外光信号强度，并将所述测量模块检测到的红外光信号强度与所述预设标准红外光信号强度进行比较，根据比较结果对所述红外光源的开关频率进行调制，利用调制后的红外光源发出的红外光，检测气体浓度信号。
2.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，所述测量模块包括：测量气室、测温电路以及与所述测量气室相连的红外气体探测器，
所述红外光源发出的红外光，经由测量气室，入射到所述红外气体探测器上，所述红外气体探测器检测红外光信号，所述测温电路对环境温度进行检测，所述红外气体探测器和测温电路分别将所检测到的红外光信号和环境温度信号发送给所述信号处理模块。
3.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，还包括：与所述测量模块与微处理器相连的信号处理模块，所述信号处理模块接收所述测量模块发出的红外光信号以及环境温度信号，对所接收到的信号进行处理，并将处理后的信号发送至所述微处理器。
4.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，所述信号处理模块包括：信号放大电路、与所述信号放大电路相连的滤波电路以及与所述滤波电路相连的AD转换电路，
所述信号放大电路接收所述测量模块发出的所述红外光信号和环境温度信号，对所接收到的信号进行放大处理，并发送给当所述滤波电路；所述滤波电路接收所述信号放大电路处理后的所述红外光信号和环境温度信号，对所接收到的信号进行滤波处理，并发送给所述AD转换电路；所述AD转换电路接收所述滤波电路处理后的所述红外光信号和环境温度信号，对所接收到的信号进行AD转换，并将处理后的信号发送给所述微处理器。
5.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，所述微处理器包括：信号接收模块，与所述信号接收模块相连的分析模块，与所述分析模块相连的调节模块，
所述信号接收模块接收红外光信号和环境温度信号，并发送给所述分析模块；
所述分析模块接收所述信号，获得所述环境温度信号后，将所述该环境温度下预设的红外光信号强度与测得的红外光信号进行比较，将比较结果发送给所述调节模块；
所述调节模块接收所述比较结果，并根据所述比较结果对所述红外光源的开关频率进行调节，使所述红外气体探测器测得的红外光信号在不溢出的前提下最大。
6.根据权利要求5所述的红外气体传感器，其特征在于，所述比较结果包括：所述测量模块检测到的红外光信号强度低于所述预设标准红外光信号强度，所述调节模块对所述红外光源的开关频率进行升高调节，直至所述红外气体探测器测得的红外光信号在不溢出的前提下最大。
7.根据权利要求5所述的红外气体传感器，其特征在于，所述比较结果包括：所述测量模块检测到的红外光信号强度高于所述预设标准红外光信号强度且所述红外光信号溢出，所述调节模块对所述红外光源的开关频率进行降低调节，直至所述红外气体探测器测得的红外光信号在不溢出的前提下最大。
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