CN104833646A - 一种基于红外co2传感器的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外CO2传感器的检测装置，包含依次连接的红外CO2传感器探头、模数转换模块、滤波电路模块、放大电路模块和微控制器模块，以及与微控制器连接的显示模块、温度检测模块；所述红外CO2传感器探头包含红外光源、测量气室、可调干涉滤光镜、光探测器、光调制电路、放大系统。

Description

一种基于红外CO2传感器的检测装置

技术领域

本发明涉及一种气体浓度检测方法，尤其涉及一种基于红外CO2传感器的检测装置，属于CO2浓度检测领域。

背景技术

随着人类社会的进步和科学技术的发展，人们的生活水平得到了迅速提高，工业生产规模也迅速扩大，但同时导致了二氧化碳的排放成倍增长，如温室效应，土地荒漠化程度加速等，严重影响并破坏着人类的生存环境。另外，二氧化碳是作物光合作用的主要原料，其含量合适与否直接影响作物的生长。近年来，随着人们环保意识的增强，科技进步的进步，如何快速检测二氧化碳的含量，削减二氧化碳的排放，已成为各级政府和广大有识之士特别关注的问题，因此研究并设计二氧化碳检测电路具有十分重要的意义。

近年来，随着工业的飞速发展，二氧化碳排放量急剧上升，所造成的温室效应对人类的生存构成巨大的威胁在温室、大棚和密闭的植物工厂等，施加CO2 气肥是增加产量的有效方法。在一定条件下，随着CO2 浓度的升高，光合作用增强。光合速率最大时的CO2 浓度为饱和点，当CO2浓度超过饱和点过高，则会引起作物异常生长，叶片失绿黄化，卷曲畸形或坏死等。

在种植过程中，人们希望按合理需求量产生CO2 气体，并能够根据环境检测的结果，自动调节CO2 给气量。不论物理法还是化学法制造CO2，采用开环控制的方法通常不容易达到精确定量的目的，从而影响最佳的生长效果。

前检测二氧化碳的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法等，这些方法普遍存在着价格贵，普适性差等问题，且测量精度还较低。而传感器法具有安全可靠、快速直读、可连续监测等优点。目前各种检测用的二氧化碳传感器主要有固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等，这些传感器存在对气体的选择性差、易出现误报、需要频繁校准、使用寿命较短等不足。

例如申请号为“201310047515.2”的一种CO浓度和能见度检测系统及测量方法，包括一个红外热光源，一个双滤波片红外热释电探测器，一个用于测量理想环境下接收到光源光强的参考光路，一个用于测量实际环境下接收到光源光强的测量光路，一个用于切换两光路的转盘和一个用于数据采集和处理的电路板。该发明实现CO浓度和能见度同时检测，只需一套光路、机械结构和硬件电路，单光源和双元探测器；可以消除散射的红外光、镜头上灰尘和系统零件的吸收造成的误差，测量精确；采用双波长法测气体浓度省去了高浓度气体参比气室，简化了系统结构；该仪器体积小、使用方便。

又如申请号为“201210418670.6”的一种温室环境中CO2浓度自动调节装置及调节方法。其装置包括CO2气体控制模块，所述CO2气体控制模块的输入端分别连接有光强度传感器和CO2浓度传感器，所述CO2气体控制模块的输出端连接有CO2气体发生模块，所述光强度传感器用于采集温室环境的光强度；所述CO2浓度传感器用于检测温室环境中CO2浓度；所述CO2气体控制模块根据所述光强度和所述CO2浓度进行控制所述CO2气体发生模块释放CO2气体。本发明技术方案可以精确控制植物所需CO2的给定量，且结构简单、易于实现。但是该发明对气体的选择性差、易出现误报、需要频繁校准、使用寿命较短等不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强的基于红外CO2传感器的检测装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

     一种基于红外CO2传感器的检测装置，包含依次连接的红外CO2传感器探头、模数转换模块、滤波电路模块、放大电路模块和微控制器模块，以及与微控制器模块连接的显示模块、温度检测模块；所述红外CO2传感器探头包含依次连接的红外光源、测量气室、可调干涉滤光镜、光探测器、光调制电路、放大系统；

其中，红外CO2传感器探头用于实时检测待测气室内的CO2浓度参数；

模数转换模块，用于将红外CO2传感器探头检测CO2浓度参数转换成电信号；

滤波电路模块，用于将电信号进行滤波处理；

放大电路模块，用于将滤波处理的电信号进行放大处理，进而传输至微控制模块；

温度检测模块，用于实时采集待测气室内的温度参数，进而传输至微控制模块；

微控制器模块，用于根据接收放大电路发送的信号结合气室环境温度得出CO2浓度，进而通过显示模块显示出来。

    作为本发明一种基于红外CO2传感器的检测装置的进一步优选方案，所述红外光源采用镍铬丝。

    作为本发明一种基于红外CO2传感器的检测装置的进一步优选方案，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

    作为本发明一种基于红外CO2传感器的检测装置的进一步优选方案，所述放大电路模块采用三级放大电路。

    作为本发明一种基于红外CO2传感器的检测装置的进一步优选方案，所述显示模块采用LCD显示屏。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强；

2、本发明通过检测一定波长的红外光的输入发光光强度和输出发光光强度，进而通过计算精确得出待测气体中CO2的浓度；

3、本发明将测量的CO2浓度经过滤波、放大处理，输入到单片机系统，并经温度和气压补偿等处理后，由单片机系统输出送显示装置显示其测量值。

附图说明

    图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

    如图1所示，一种基于红外CO2传感器的检测装置，包含依次连接的红外CO2传感器探头、模数转换模块、滤波电路模块、放大电路模块和微控制器模块，以及与微控制器模块连接的显示模块、温度检测模块；所述红外CO2传感器探头包含依次连接的红外光源、测量气室、可调干涉滤光镜、光探测器、光调制电路、放大系统；

其中，红外CO2传感器探头用于实时检测待测气室内的CO2浓度参数；

模数转换模块，用于将红外CO2传感器探头检测CO2浓度参数转换成电信号；

滤波电路模块，用于将电信号进行滤波处理；

放大电路模块，用于将滤波处理的电信号进行放大处理，进而传输至微控制模块；

温度检测模块，用于实时采集待测气室内的温度参数，进而传输至微控制模块；

微控制器模块，用于根据接收放大电路发送的信号结合气室环境温度得出CO2浓度，进而通过显示模块显示出来。

    其中，所述红外光源采用镍铬丝，所述微控制器模块采用AVR系列单片机，所述放大电路模块采用三级放大电路，所述显示模块采用LCD显示屏。

红外吸收型CO2气体传感器是基于气体的吸收光谱随物质的不同而存在差异的原理制成的。不同气体分子化学结构不同，对不同波长的红外辐射的吸收程度就不同，因此，不同波长的红外辐射依次照射到样品物质时，某些波长的辐射能被样品物质选择吸收而变弱，产生红外吸收光谱，故当知道某种物质的红外吸收光谱时，便能从中获得该物质在红外区的吸收峰。同一种物质不同浓度时，在同一吸收峰位置有不同的吸收强度，吸收强度与浓度成正比关系。因此通过检测气体对光的波长和强度的影响，便可以确定气体的浓度。

红外CO2传感器探头是由红外光源、测量气室、可调干涉滤光镜、光探测器、光调制电路、放大系统等组成。红外光源采用镍铬丝，其通电加热后可发出3～10μm的红外线，其中包含了4.26μm处CO2气体的强吸收峰。在气室中，二氧化碳吸收光源发出特定波长的光，经探测器检测则可显示出二氧化碳对红外线的吸收情况。干涉滤光镜是可调的，调节他可改变其通过的光波波段，从而改变探测器探测到信号的强弱。红外探测器为薄膜电容，吸收了红外能量后，气体温度升高，导致室内压力增大，电容两极间的距离就要改变，电容值随之改变。CO2气体的浓度愈大，电容值改变也就愈大。

检测电路由红外二氧化碳传感器、数字滤波电路、放大电路、稳流电路、单片机系统、温度补偿等组成。基本原理是红外二氧化碳传感器将检测到的二氧化碳气体浓度转换成相应的电信号，输出的电信号分别经过滤波、放大处理，输入到单片机系统，并经温度和气压补偿等处理后，由单片机系统输出送显示装置显示其测量值。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于红外CO2传感器的检测装置，其特征在于：包含依次连接的红外CO2传感器探头、模数转换模块、滤波电路模块、放大电路模块和微控制器模块，以及与微控制器模块连接的显示模块、温度检测模块；所述红外CO2传感器探头包含依次连接的红外光源、测量气室、可调干涉滤光镜、光探测器、光调制电路、放大系统；

其中，红外CO2传感器探头用于实时检测待测气室内的CO2浓度参数；

模数转换模块，用于将红外CO2传感器探头检测CO2浓度参数转换成电信号；

滤波电路模块，用于将电信号进行滤波处理；

放大电路模块，用于将滤波处理的电信号进行放大处理，进而传输至微控制模块；

温度检测模块，用于实时采集待测气室内的温度参数，进而传输至微控制模块；

微控制器模块，用于根据接收放大电路发送的信号结合气室环境温度得出CO2浓度，进而通过显示模块显示出来。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外CO2传感器的检测装置，其特征在于：所述红外光源采用镍铬丝。

3.根据权利要求1所述的一种基于红外CO2传感器的检测装置，其特征在于：所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

4.根据权利要求1所述的一种基于红外CO2传感器的检测装置，其特征在于：所述放大电路模块采用三级放大电路。

5.根据权利要求1所述的一种基于红外CO2传感器的检测装置，其特征在于：所述显示模块采用LCD显示屏。