CN110658150A - 低浓度co机械调制气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低浓度CO机械调制气体传感器，包括用于发射稳定红外光的NDIR光源，NDIR光源连接到GFC轮调制模块，GFC轮调制模块的滤波相关轮上安装有参比池和测量池，经参比池和测量池吸收后的两束光分别入射到长光程气室；长光程气室的输出端连接红外探测器，红外探测器经依次连接的信号放大模块、AD采集模块连接到主控模块。本发明提出的低浓度CO机械调制气体传感器，采用GFC轮的机械调制与长光程气室相结合的技术，应用于室内空气监测和环境监测及污染气体等多场合，能够实现对低浓度CO气体的检测，同时提高响应率，减小传感器长时间工作时的温度漂移。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，特别是涉及低浓度CO机械调制气体传感器。
背景技术
传统的CO气体浓度检测是基于NDIR+电脉冲调制技术进行测量，具体过程如图1所示，非分散性红外线光源(NDIR光源1)经过电脉冲调制10通入直通气体室11，可测气体通过直通气室11进气口进入，从直通气室11出气口流出，光经过气体吸收后入射到检测滤光组件9，再反射到红外探测器4上，经过探头拾取，再经过信号放大模块5放大信号后输送到AD采集模块6进行，由主控模块7控制AD采集模块6对信号进行采样。读到相应的测量峰值和参考峰值，采用微处理进行软件分离出测量信号和参考信号。依据两个信号值根据相关算法而得到相应的检测气体的浓度。此种检测方法存在以下缺点：1、不能测量低浓度的CO气体，如在一些场合、空气监测、环境监测上不能使用；2、测量精度不够，测试的指标不能达到相应的指标；3、温度漂移大。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提出了低浓度CO机械调制气体传感器，解决现有CO气体传感器无法检测低浓度CO气体，且检测精度低、温漂大的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
低浓度CO机械调制气体传感器，包括用于发射稳定红外光的NDIR光源，所述NDIR光源连接到GFC轮调制模块，所述GFC轮调制模块的滤波相关轮上安装有参比池和测量池，经所述参比池和测量池吸收后的两束光分别入射到长光程气室；所述长光程气室的输出端连接红外探测器，所述红外探测器经依次连接的信号放大模块、AD采集模块连接到主控模块。
进一步的，所述主控模块还连接有恒温模块，所述恒温模块采用增量式自整定PID模糊调节控制加热带对所述的气体传感器进行恒温控制及相应温度的监测。
进一步的，所述主控模块连接到上位机或PC，将经主控模块分析计算的气体浓度信号进行显示或相应的系统集成方面的应用。
进一步的，所述长光程气室的输出端经滤光组件连接到红外探测器。
进一步的，所述参比池内装满高浓度待测气体CO，所述测量池内装满氮气。
进一步的，所述的长光程气室用于盛装待测CO气体，入射进长光程气室的两束红外光经多次反射后，被气室内部所测CO气体吸收，最终反射到气室的红外探测器上。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提出的低浓度CO机械调制气体传感器，采用GFC轮的机械调制与长光程气室相结合的技术，应用于室内空气监测和环境监测及污染气体等多场合，能够实现对低浓度CO气体的检测，同时提高响应率，减小传感器长时间工作时的温度漂移。
附图说明
图1为现有的CO气体传感器的内部原理图；
图2为本发明实施例所述的低浓度CO机械调制气体传感器的内部原理图；
图3为本发明实施例所述的低浓度CO机械调制气体传感器的俯视结构示意图。
图中：
1、NDIR光源；2、GFC轮调制模块；3、长光程气室；4、红外探测器；5、信号放大模块；6、AD采集模块；7、主控模块；8、恒温模块；9、滤光组件；10、电脉冲调制；11、直通气室。
具体实施方式
展示一下实例来具体说明本发明的某些实施例，且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本发明的的精神和范围之内。
如图2-3所示，低浓度CO机械调制气体传感器，包括用于发射稳定红外光的NDIR光源1，为传感器模块提供恒流稳定红外光源；所述NDIR光源1连接到GFC轮调制模块2，所述GFC轮调制模块2的滤波相关轮上安装有参比池和测量池，所述参比池内装满高浓度待测气体CO，所述测量池内装满氮气，入射的连续红外光辐射分别进入参比池、测量池，当红外辐射通过参比池，4.65μm处的红外辐射几乎全部被高浓度的CO吸收，而通过测量池的红外辐射，在4.65μm处的光能几乎没有任何改变；经所述参比池和测量池吸收后的两束光分别进入到多次反射的长光程气室3中，所述长光程气室3的输出端连接红外探测器4，所述红外探测器4经依次连接的信号放大模块5、AD采集模块6连接到主控模块7，通过参比池的光束通过长光程气室3，气室中的CO不会导致光强的改变，红外探测器4测得参考信号REF；而通过测量池的光束经过长光程气室3后，由于被测的CO气体会导致4.65μm处的光强的衰减，红外探测器4测得测量信号M，光强衰减的强度与CO气体的浓度相关，比较通过参考信号REF和测量信号M就可以得到CO的浓度。
所述主控模块7还连接有恒温模块8，所述恒温模块8采用增量式自整定PID模糊调节控制加热带对所述的气体传感器进行恒温控制及相应温度的监测，其目的是减小外界环境温度的变化对检测气体浓度影响，减小传感器长时间工作漂移。
所述主控模块7连接到上位机或PC，主控模块7读取AD芯片的数字信号，并将读取的数据进行分析，通过相应的算法，将数字量转换为气体的浓度，通主控模块7的相应的接口RS232/RS485，将浓度信号发送给上位机或PC进行气体浓度进行显示或相应的系统集成方面的应用。
所述长光程气室3的输出端经滤光组件9连接到红外探测器4，滤光组件9只让指定气体所吸收的光谱通过，起到抗干扰和滤波的作用。
本申请的低浓度CO机械调制气体传感器相较于传统的传感器具有如下优点：采用GFC轮的机械调制与长光程气室相结合的技术，应用于室内空气监测和环境监测及污染气体等多场合，能够实现对低浓度CO气体的检测(特别是0～50ppm)，同时提高气体检测精度及响应率，减小传感器长时间工作时的温度漂移，延长了使用寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.低浓度CO机械调制气体传感器，其特征在于，包括用于发射稳定红外光的NDIR光源(1)，所述NDIR光源(1)连接到GFC轮调制模块(2)，所述GFC轮调制模块(2)的滤波相关轮上安装有参比池和测量池，经所述参比池和测量池吸收后的两束光分别入射到长光程气室(3)；所述长光程气室(3)的输出端连接红外探测器(4)，所述红外探测器(4)经依次连接的信号放大模块(5)、AD采集模块(6)连接到主控模块(7)。
2.根据权利要求1所述的低浓度CO机械调制气体传感器，其特征在于，所述主控模块(7)还连接有恒温模块(8)，所述恒温模块(8)采用增量式自整定PID模糊调节控制加热带对所述的气体传感器进行恒温控制及相应温度的监测。
3.根据权利要求1所述的低浓度CO机械调制气体传感器，其特征在于，所述主控模块(7)连接到上位机或PC，将经主控模块(7)分析计算的气体浓度信号进行显示或相应的系统集成方面的应用。
4.根据权利要求1所述的低浓度CO机械调制气体传感器，其特征在于，所述长光程气室(3)的输出端经滤光组件(9)连接到红外探测器(4)。
5.根据权利要求1所述的低浓度CO机械调制气体传感器，其特征在于，所述参比池内装满高浓度待测气体CO，所述测量池内装满氮气。
6.根据权利要求1所述的低浓度CO机械调制气体传感器，其特征在于，所述的长光程气室(3)用于盛装待测CO气体，入射进长光程气室(3)的两束红外光经多次反射后，被气室内部所测CO气体吸收，最终反射到气室的红外探测器(4)上。
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