CN108709868A - 一种红外气体传感器及红外气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器技术领域,提供一种红外气体传感器及红外气体检测装置。本发明的实施例提供的红外气体传感器包括红外光源、第一红外探测器、控制机构以及红外吸收管。红外光源和第一红外探测器分别与控制机构电连接,红外光源发出的红外光线以预设角度斜射入气室,通过气室壁的反射传播,被气室内的待测气体吸收。第一红外探测器通过接收气室中的红外光线,进行分析从而获得待测气体浓度信号。由于红外光源以预设角度斜射入气室,当红外光源与第一红外探测器沿气室的轴线方向的距离不变时,通过设置不同的预设角度,可获得不同的等效光程,从而改变量程范围和检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域,具体而言,涉及一种红外气体传感器及红外气体检测装置。
背景技术
非分散红外(NDIR)气体传感器作为一种快速、准确的气体分析技术,特别在连续污染物监测系统(CEMS)以及机动车尾气检测应用中十分普遍。
现有的非分散红外(NDIR)气体传感器,针对特定气体进行检测时,选择一个有特征吸收的光谱通道作为测量通道,一个没有特征吸收的通道作为参考通道。测量过程中用测量通道检测气体的吸光度值,从而计算气体浓度,用参考通道来检测系统的光能衰减和波动,对测量通道进行修正。现有的小型非分散红外气体传感器主要采用的结构形式是红外光源发出的光经调制后进入直管型气室,在气室的另一端采用双通道探测器采集信号,双通道探测器的一个通道为参考通道,另一个为测量通道。然而现有的这种红外气体传感器的结构形式中,气室的光程是固定的,对应的量程范围和检测灵敏度固定,而不同气体的吸收能力和浓度范围不一样,会导致不能获得最佳检测效果。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种红外气体传感器,以改善现有技术中的红外气体传感器量程范围和检测灵敏度固定,对不同气体进行检测时不能获得最佳检测效果的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种红外气体检测装置,其包括上述的红外气体传感器。
本发明的实施例是这样实现的:
一种红外气体传感器,其包括红外光源、第一红外探测器、控制机构以及红外吸收管;所述红外光源与所述第一红外探测器分别与所述控制机构电连接;
所述红外吸收管内开设有与外界连通的气室,所述红外光源发出的所述红外光线以预设角度斜射入所述气室;所述第一红外探测器设置在所述红外吸收管外,用于接收所述气室中的所述红外光线。
在本发明的一个实施例中:
上述红外吸收管上开设有至少两个检测窗,其中任意两个所述检测窗到所述红外光源的距离不同;所述第一红外探测器通过其中一个所述检测窗接收所述气室中的所述红外光线。
在本发明的一个实施例中:
上述检测窗上设置有透光片,所述透光片用于防止气体穿过所述检测窗。
在本发明的一个实施例中:
上述红外气体传感器还包括第二红外探测器,所述第二红外探测器与所述控制机构电连接;所述第二红外探测器与所述第一红外探测器分别通过不同位置的所述检测窗进行检测。
在本发明的一个实施例中:
上述红外光源与所述第一红外探测器相对设置在所述红外吸收管的两端;所述第二红外探测器位于所述红外光源与所述第一红外探测器之间的中间位置。
在本发明的一个实施例中:
上述气室的内壁上设置有镀金反射膜。
在本发明的一个实施例中:
上述气室的内壁上设置有镀铝反射膜。
在本发明的一个实施例中:
上述第一红外探测器为双通道或多通道热释电探测器。
在本发明的一个实施例中:
上述红外光源为电调制红外光源。
一种红外气体探测装置,包括上述任意一种红外气体传感器。
本发明实施例的有益效果包括:
本发明的实施例提供的红外气体传感器,其包括红外光源、第一红外探测器、控制机构以及红外吸收管。红外光源和第一红外探测器分别与控制机构电连接,控制机构控制红外光源发光,并对第一红外探测器发出的电信号进行采集及处理,输出被测气体浓度信号。红外吸收管内开设有与外界连通的气室,待测气体进入气室并将充满气室。红外光源发出的红外光线以预设角度斜射入气室,通过气室壁的反射传播,被气室内的待测气体吸收。第一红外探测器设置在红外吸收管外,通过接收气室中的红外光线,进行分析从而获得待测气体浓度信号。由于红外光源与预设角度斜射入气室,当红外光源与第一红外探测器沿气室的轴线方向的距离不变时,通过设置不同的预设角度,可获得不同的等效光程,从而改变量程范围和检测灵敏度。
本发明提供的红外气体检测装置,包括上述的红外气体传感器,因此也具有通过设置不同的预设角度,可获得不同的等效光程,从而改变量程范围和检测灵敏度的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的红外气体传感器的结构示意图;
图2为本发明实施例1提供的红外气体传感器中红外吸收管的结构示意图;
图3为本发明实施例1提供的红外气体传感器的整体结构示意图。
图标:010-红外气体传感器;100-红外吸收管;110-气室;111-进气孔;112-排气孔;120-检测窗;130-透光片;200-红外光源;210-红外光线;310-第一红外探测器;320-第二红外探测器;400-控制机构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中,需要说明的是,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1为本实施例提供的红外气体传感器010的结构示意图。请参照图1,本实施例提供一种红外气体传感器010,其包括红外光源200、第一红外探测器310、控制机构400以及红外吸收管100。红外光源200和第一红外探测器310分别与控制机构400电连接,控制机构400控制红外光源200发光,并对第一红外探测器310发出的电信号进行采集及处理,输出被测气体浓度信号。红外吸收管100内开设有与外界连通的气室110,待测气体进入气室110并将充满气室110。红外光源200发出的红外光线210以预设角度斜射入气室110,通过气室110内壁的反射传播,被气室110内的待测气体吸收。第一红外探测器310设置在红外吸收管100外,通过接收气室110中的红外光线210,进行分析从而获得待测气体浓度信号。由于红外光源200与预设角度斜射入气室110,当红外光源200与第一红外探测器310沿气室110的轴线方向的距离不变时,通过设置不同的预设角度,可获得不同的等效光程,从而改变量程范围,进而提升检测灵敏度。
下面对本实施例提供的红外气体传感器010进行进一步说明:
图2为本实施例提供的红外气体传感器010中红外吸收管100的结构示意图。请参照图2,在本实施例中,红外吸收管100大致为圆柱状,沿红外吸收管100的轴线设置有与外界连通的气室110。气室110的两端分别设置有进气孔111和排气孔112,使用时,待测气体通过进气孔111进入气室110,在充满气室110后部分待测气体通过排气孔112离开气室110。将进气孔111和排气孔112分别设置在气室110的两端,能够充分保证进入气室110的待测气体能够将气室110完全充满。
进一步的,为了提高反射率、获得更好的反射效果,气室110的内壁上设置有镀金反射膜。可以理解的,在其他实施例中,也可以根据用户的需求,通过在气室110侧壁上设置镀铝反射膜,提高反射效果。
红外吸收管100上开设有至少两个检测窗120,其中任意两个检测窗120到红外光源200的距离不同。在本实施例中,红外吸收管100上开设有两个检测窗120,分别位于红外吸收管100一端的端面上以及红外吸收管100的中部,使用时将第一红外探测器310安装在检测窗120处,通过检测窗120对气室110内的红外光线210进行检测。将两个检测窗120设置与红外光源200的距离不同的位置,当第一红外探测器310安装在不同检测窗120处时,第一红外探测器310能够获得不同的等效光程,从而获得不同的量程范围。
需要说明的,在本实施例中,检测窗120的数量为两个,可以理解的,在其他具体实施例中,也可以根据用户的需求,具体设置检测窗120的数量,例如将检测窗120的数量设置为三个或四个。
还需要说明的,在本实施例中,两个检测窗120分别设置在红外吸收管100一端的端面上,以及红外吸收管100的中部,可以理解的,在其他具体实施例中,也可以根据用户的需求,具体设置检测窗120的位置,例如将检测窗120均设置在红外吸收管100的圆柱面上,保证其中任意两个检测窗120到红外光源200的距离不同即可。
为了保证待测气体能够完全充满气室110,不会从检测窗120处穿出,进一步的,检测窗120处还设置有透光片130,透光片130为红外气体传感器010工作的光谱范围内透过率较高的玻璃片。第一红外探测器310设置在红外吸收管100外,在气室110内传导的红外光线210通过玻璃片穿出,被第一红外探测器310的气感光面接收,从而获得待测气体的浓度信号。
需要说明的,在本实施例中,透光片130的材质为红外气体传感器010工作的光谱范围内透过率较高的玻璃,可以理解的,在其他实施例中,也可以根据用户的需求,选择红外气体传感器010工作的光谱范围内透过率较高的其他材料作为透光片130,例如硒化锌,氟化钙等。
请参照图1,在本实施例中,红外气体传感器010还包括第二红外探测器320,第二红外探测器320与控制机构400电连接,且第一红外探测器310和第二红外探测器320分别设置在不同位置的检测窗120处,由于任意两个检测窗120到红外光源200的距离不同,因此第一红外探测器310和第二红外探测器320能够得到不同的等效光程,从而获得不同量程范围。当对同一种待测气体进行检测时,可选用同一型号的红外探测器作为第一红外探测器310和第二红外探测器320,第一红外探测器310和第二红外探测器320同时对待测气体进行检测,实现不同的量程范围和检测灵敏度。当对两种气体同时进行检测时,可以根据需要,选择不同气体的红外探测器作为第一红外探测器310和第二红外探测器320,使得第一红外探测器310和第二红外探测器320能够获得不同的等效光程,从而使两种气体均能获得最佳的量程范围和检测灵敏度。
需要说明的,在本实施例中,仅设置有第一红外探测器310和第二红外探测器320,可以理解的,在其他实施例中,为了满足多种气体同时检测的需求,可以根据气体种类选择合适的红外探测器作为第三红外探测器、第四红外探测器等。
在本实施例中,第一红外探测器310为双通道热释电探测器,其中一条通道作为参考通道,另一条通道作为测量通道。双通道热释电探测器与控制机构400电连接,控制机构400对双通道热释电探测器采集到的信号进行同样选用双通道热释电探测器,同时将其中一条通道作为参考通道,另一条通道作为测量通道。
需要说明的,此处并不对第一红外探测器310和第二红外探测器320的类型进行限制,可以理解的,在其他具体实施例中,也可以根据用户的需求,选用多通道热释电探测器,并且将其中一个通道作为参考通道,其余通道作为测量通道。
进一步的,红外光源200为电调制红外光源200。电调制红外光源200在电流或电压的调整下,发出的红外光线210的强度能够进行周期性的变化。电调制红外光源200与控制机构400电连接,控制机构400对电调制红外光源200和第一红外探测器310以及第二红外探测器320进行同步控制。
图3为本实施例提供的红外气体传感器010的整体结构示意图。请参照图3,本发明的实施例中提供的红外气体传感器010,当对烟气中的二氧化硫和二氧化碳进行同步检测时,由于烟气中二氧化硫的含量远低于二氧化碳的含量,因此选用二氧化硫红外探测器作为第一红外探测器310,二氧化碳红外探测器作为第二红外探测器320,可以使得二氧化碳红外探测器获得较短的光程,能够检测的浓度范围更大;二氧化硫红外探测器能够获得最长的光程,从而获得最高的检测灵敏度。
综上,本发明的实施例提供的红外气体传感器010,能够获得多种等效光程,从而能够满足在对同一气体进行检测时,实现不同的量程范围和检测灵敏度;在对多种不同种类的气体进行检测时,可根据需要设置相应的红外探测器位置,各自获得不同的等效光程,从而使每种气体均可以达到自身最佳的量程范围和检测灵敏度,适用性强,适用范围广。同时,由于本发明提供的红外气体传感器010仅使用一个红外光源200,资源利用率高。
本发明的实施例还提供了一种红外气体检测装置(图未示出),其包括上述的红外气体传感器010。由于该红外气体检测装置包括上述的红外气体传感器010,因此也具有在对同一气体进行检测时,实现不同的量程范围和检测灵敏度;在对多种不同种类的气体进行检测时,每种气体均可以达到自身最佳的量程范围和检测灵敏度且资源利用率高的有益效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种红外气体传感器,其特征在于,包括:
红外光源、第一红外探测器、控制机构以及红外吸收管;所述红外光源与所述第一红外探测器分别与所述控制机构电连接;
所述红外吸收管内开设有与外界连通的气室,所述红外光源发出的红外光线以预设角度斜射入所述气室;所述第一红外探测器设置在所述红外吸收管外,用于接收所述气室中的所述红外光线。
2.根据权利要求1所述的红外气体传感器,其特征在于:
所述红外吸收管上开设有至少两个检测窗,其中任意两个所述检测窗到所述红外光源的距离不同;所述第一红外探测器通过其中一个所述检测窗接收所述气室中的所述红外光线。
3.根据权利要求2所述的红外气体传感器,其特征在于:
所述检测窗上设置有透光片,所述透光片用于防止气体穿过所述检测窗。
4.根据权利要求2所述的红外气体传感器,其特征在于:
所述红外气体传感器还包括第二红外探测器,所述第二红外探测器与所述控制机构电连接;所述第二红外探测器与所述第一红外探测器分别通过不同位置的所述检测窗进行检测。
5.根据权利要求4所述的红外气体传感器,其特征在于:
所述红外光源与所述第一红外探测器相对设置在所述红外吸收管的两端;所述第二红外探测器位于所述红外光源与所述第一红外探测器之间的中间位置。
6.根据权利要求1所述的红外气体传感器,其特征在于:
所述气室的内壁上设置有镀金反射膜。
7.根据权利要求1所述的红外气体传感器,其特征在于:
所述气室的内壁上设置有镀铝反射膜。
8.根据权利要求1所述的红外气体传感器,其特征在于:
所述第一红外探测器为双通道或多通道热释电探测器。
9.根据权利要求8所述的红外气体传感器,其特征在于:
所述红外光源为电调制红外光源。
10.一种红外气体探测装置,其特征在于:
所述红外气体探测装置包括如权利要求1-9任一项所述的红外气体传感器。
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