CN107917888A - 一种扩散式非分光红外气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扩散式非分光红外气体传感器，包括：发射器、接收器和主控板，所述发射器由光源驱动板和红外光源组成，所述接收器由聚光杯、红外接收器和信号放大板组成，所述发射器和所述接收器紧密连接成一个整体，并固定安装于主控板上。本发明不必使用开孔光管，通过采用红外光源和与红外接收器相匹配的聚光杯，同样能够保障足够的出射光落到红外接收器上，并且成本低，气体扩散速度快，加工生产方便。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种扩散式非分光红外气体传感器。
背景技术
非分光红外(NDIR)气体传感器用一个广谱的光源作为红外传感器的光源，光线穿过光路中的被测气体，透过窄带滤波片，到达红外探测器。其工作原理是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系(朗伯-比尔Lambert-Beer定律)鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。随着红外光源、传感器及电子技术的发展，非分光红外(NDIR)气体传感器在国内外得到了迅速的发展。
传统的NDIR气体传感器，其主体部分，通常由红外光源1、红外接收器2和吸收池3构成(如图1所示)。吸收池通常为管状的镀膜光学腔体，也称作光波导管或光管。使用光管可以保证从红外光源射出的光，大部分落到红外接收器上，而不是发散到接收器以外。然而，这种结构用于管路式红外气体传感器时是没有问题的。但用于扩散式气体传感器时，就需要在光管上开几排透气孔，由于光管本身是精密的光学腔体，这种加工会增加较多成本，并且气体扩散进入光管内的速度也较缓慢，使得传感器响应时间偏长。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种无光管的扩散式非分光红外气体传感器，在保证性能无明显下降的同时，有效地降低扩散式红外气体传感器的工艺难度和生产成本，提升其反应速度。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种扩散式非分光红外气体传感器，包括：发射器、接收器和主控板，所述发射器由光源驱动板和红外光源组成，所述接收器由聚光杯、红外接收器和信号放大板组成，所述发射器和所述接收器紧密连接成一个整体，并固定安装于主控板上。
所述红外光源带有反光杯。
所述光源驱动板采用带控制端的低压降LDO芯片，对红外光源进行脉冲调制。
所述聚光杯和所述红外接收器配合定制，使得聚光区域落在红外接收器内的敏感元件上。
所述红外接收器为双通道的热感应器。
所述信号放大板采用运算放大器对红外接收器输出的信号进行放大。
所述主控板由微控制器和模数转换器ADC构成，控制光源驱动板产生光脉冲，并对信号放大板输出的反馈电压信号进行采样和计算，获得被测气体浓度值。
所述主控板由微控制器构成，所述微控制器内置模数转换器。
所述发射器和所述接收器通过螺柱和螺钉紧密连接成一个整体后，插装或焊装在主控板上。
所述扩散式非分光红外气体传感器，还包括凹面反射镜，所述凹面反射镜安装于红外光源和红外接收器的对立面。
与现有技术相比，本发明扩散式非分光红外气体传感器，包括：发射器、接收器和主控板，所述发射器由光源驱动板和红外光源组成，所述接收器由聚光杯、红外接收器和信号放大板组成，所述发射器和所述接收器紧密连接成一个整体，并固定安装于主控板上。本发明不必使用开孔光管，通过采用红外光源和与红外接收器相匹配的聚光杯，同样能够保障足够的出射光落到红外接收器上，并且成本低，气体扩散速度快，加工生产方便。
本发明采用了无光管开放式结构，在保证性能无明显下降的同时，有效降低了扩散式红外气体传感器的工艺难度和生产成本，提升其反应速度。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：现有采用光管的非分光红外气体传感器结构示意图；
图2：本发明扩散式非分光红外气体传感器电气原理示意图；
图3：本发明开放式非分光红外气体传感器结构示意图；
图4：本发明光源驱动板电路示意图；
图5：本发明信号放大板电路示意图；
图6：本发明主控板电路示意图；
图7：本发明带有凹面反射镜的非分光红外气体传感器结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。
如图2和图3所示，本发明提供的一种扩散式非分光红外气体传感器，包括：发射器11、接收器12和主控板13，所述发射器11由光源驱动板111和红外光源112组成，所述接收器12由聚光杯121、红外接收器122和信号放大板123组成，所述发射器11和所述接收器12紧密连接成一个整体，并固定安装于主控板13上。
优选的，本发明红外光源112带有反光杯，使其出射光具有较小的发散角。
优选的，本发明红外接收器122为双通道的热感应器。所述聚光杯121和所述红外接收器122配合定制，确保聚光区域落在红外接收器122内的敏感元件上。光源驱动板111采用带控制端的低压降LDO芯片，对红外光源112进行脉冲调制。信号放大板123采用具有超低失调电压和自稳零性能的运算放大器对红外接收器122输出的信号进行放大。主控板13由微控制器131和高精度模数转换器ADC132构成(或采用自带高精度ADC的微控制器)，可控制光源驱动板111产生光脉冲，并对信号放大板123输出的反馈电压信号进行采样和计算，获得被测气体浓度的测量值。
优选的，本发明发射器11和接收器12通过螺柱和螺钉紧密的固定在一起，然后整体插装或焊装在主控板13上。
具体实施中，本发明红外光源112采用EMIRS200_R_60/55，其自带有反光杯。红外接收器122采用HTS E21，为双通道热电堆传感器。聚光杯121为双椭球面聚光，两个焦点落在红外接受器122的两个窗口之后。
如图4所示，光源驱动板111上安装有LDO芯片XC6210、热敏电阻NTC103和接插件，EMIRS200红外光源112也焊装在光源驱动板111上。
如图5所示，信号放大板123上安装有运算放大器AD8629和基准电压源LM4041，HTSE21红外接收器122和配备的聚光杯121也安装在信号放大板123上。
如图6所示，主控板13上采用微处理器ATmega16和高精度ADC芯片MCP3304，ADC对信号放大板123的输出和热敏电阻的输出进行采样，结果送入微处理器131，微处理器131计算得出被测气体浓度值，并通过通用异步收发传输器UART口向外发送。
优选的，通过给HTS E21红外接收器122配备不同波段的窗片，本发明传感器可以对包括二氧化碳、二氧化硫、甲烷、六氟化硫、四氟化碳以及其他卤代烃等多种气体的测量。
本发明扩散式红外气体传感器采用开放式结构，不必使用开孔光管，通过采用带反光杯的红外光源和与红外接收器相匹配的聚光杯，同样能够保障足够的出射光落到红外接收器上，并且成本低，气体扩散速度快，加工生产方便。
以上，本发明开放式非分光红外气体传感器结构适用于光程较短(小于35mm)的场合。需要加长光程时，可以采用带有凹面反射镜的变种结构，如图7所示，本发明提供的一种扩散式非分光红外气体传感器，还包括凹面反射镜14，所述凹面反射镜14安装于红外光源112和红外接收器122的对立面。
优选的，本发明扩散式非分光红外气体传感器外设透气壳体。本发明扩散式气体传感器可以根据使用环境加装防尘透气外壳、防水透气外壳或其他种类的透气外壳。
本发明采用了无光管开放式结构，在保证性能无明显下降的同时，有效降低了扩散式红外气体传感器的工艺难度和生产成本，提升其反应速度。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于，包括发射器、接收器和主控板，所述发射器由光源驱动板和红外光源组成，所述接收器由聚光杯、红外接收器和信号放大板组成，所述发射器和所述接收器紧密连接成一个整体，并固定安装于主控板上。
2.根据权利要求1所述的扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于：所述红外光源带有反光杯。
3.根据权利要求1或2所述的扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于：所述光源驱动板采用带控制端的低压降LDO芯片，对红外光源进行脉冲调制。
4.根据权利要求1所述的扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于：所述聚光杯和所述红外接收器配合定制，使得聚光区域落在红外接收器内的敏感元件上。
5.根据权利要求1或4所述的扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于：所述红外接收器为双通道的热感应器。
6.根据权利要求1所述的扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于：所述信号放大板采用运算放大器对红外接收器输出的信号进行放大。
7.根据权利要求1所述的扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于：所述主控板由微控制器和模数转换器ADC构成，控制光源驱动板产生光脉冲，并对信号放大板输出的反馈电压信号进行采样和计算，获得被测气体浓度值。
8.根据权利要求1所述的扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于：所述主控板由微控制器构成，所述微控制器内置模数转换器。
9.根据权利要求1所述的扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于：所述发射器和所述接收器通过螺柱和螺钉紧密连接成一个整体后，插装或焊装在主控板上。
10.根据权利要求1所述的扩散式非分光红外气体传感器，其特征在于：还包括凹面反射镜，所述凹面反射镜安装于红外光源和红外接收器的对立面。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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