CN112730301A - 一种红外燃气报警检测气体浓度方法 - Google Patents

一种红外燃气报警检测气体浓度方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种红外燃气报警器检测气体浓度方法，包括：S1、分别将转盘上的两个滤色片依次置于光源的光路中，光线经过滤光片由探测器接收，完成红外燃气报警器的初始标定；S2、在理想状态下，利用红外燃气报警器进行已知气体浓度标定，利用初始标定获得数据以及已知气体浓度标定获得数据计算出气体浓度参数值；S3、在实际状态下，利用光源发射光线通过一个滤光片由探测接收进行一次检测，然后转动转盘使另外一个滤光片置于光路中进行第二次检测，结合两次检测结果以及计算出的气体浓度参数值计算得到最终的气体浓度。本发明的方法可有效减小因探测器老化造成输出电压波动所带来的检测误差，提高检测准确度。

Description

一种红外燃气报警检测气体浓度方法
技术领域
本发明属于气体浓度检测技术领域，尤其涉及一种红外燃气报警器检测气体浓度方法。
背景技术
随着人民安全意识的提高，燃气作为危险源已经逐步受到人们的重视，各类燃气报警器也逐渐走进人们的生活中。然而市面上的报警器作为电化学、半导体和催化燃烧原理，在可靠性、准确性、耐久性、安全性上均有不足，影响用户体验，对人身安全造成隐患。红外燃气报警器在使用寿命、精度、灵敏度等方面均有良好的性能，但是在准确度上，由于红外燃气报警器的浓度显示基于其输出电压，并在出厂时进行标定，随着使用时间的增长，探测器在同浓度下的输出电压呈下降趋势，导致检测结果出现偏差。另一方面，由于精准的红外检测容易受环境影响，并且红外元件本身也会存在输出误差，若想长时间保持高度的准确性，目前的燃气报警器无法满足要求。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种检测准确度好的红外燃气报警器检测气体浓度方法。
为实现本发明的目的，本发明提供一种红外燃气报警器检测气体浓度方法：利用红外燃气报警器进行检测，所述红外燃气报警器包括光源、沿所述光源光路设置的探测器、位于所述光源和探测器之间的转盘，所述转盘上至少设有两个对应光波长不同的滤光片，所述检测气体浓度的方法包括：
S1、分别将所述转盘上的两个滤色片依次置于所述光源的光路中，光线经过所述滤光片由所述探测器接收，完成所述红外燃气报警器的初始标定；
S2、在理想状态下，利用所述红外燃气报警器进行已知气体浓度标定，利用所述初始标定获得数据以及已知气体浓度标定获得数据计算出气体浓度参数值；
S3、在实际状态下，利用光源发射光线通过一个所述滤光片由探测接收进行一次检测，然后转动转盘使得另外一个滤光片置于光路中进行第二次检测，结合两次检测结果以及计算出的气体浓度参数值计算得到最终的气体浓度。
根据本发明的一种实施方式，所述步骤S1中，红外燃气报警器的初始标定具体包括：
在一个滤光片置于光路形成测试通道时进行零点标定：U10＝K1I0；
转动转盘，使另一个滤光片置于光路中进行测试通道变换，探测器输出电压值为：U′10＝K1I1；
将转盘复位，得到：
Figure BDA0002844727600000021
根据本发明的一个方面，所述步骤S2中包括：
在已知气体浓度环境下，考虑影响红外吸收的因素，由探测器分别输出电压值：
U11＝K1I0exp[-K(C1+ΔC)L]
U21＝K1I1exp(-KΔCL)
将上述两式进行比值，消除exp和ΔC的误差，获得：
Figure BDA0002844727600000022
再结合初始标定获得关系式可得：
Figure BDA0002844727600000023
由上述公式即可计算获得气体浓度参数值，即KL值；
其中，C1表示已知气体浓度，K表示被测气体的吸收界面系数，L表示汽室长度，为定值。
根据本发明的一个方面，所述步骤S3包括：
在实际状态下，在转盘位于初始位置时，探测器进行一次检测：
U12＝(K1-ΔK1)I0exp[-K(C1+ΔC)L]；
转动转盘，使得另外一个滤光片置于光路中进行第二次检测：
U′12＝(K1-ΔK1)I1exp(-KΔCL)；
整合上述两个公式，消除误差得：
Figure BDA0002844727600000031
然后将初始标定结果以及KL值以带入上述公式：
Figure BDA0002844727600000032
根据本发明的一个方面，所述探测器为单通道探测器或多通道探测器。
根据本发明的一个方面，所述滤光片为无温漂滤光片
根据本发明的一个方面，所述红外燃气报警器还包括位于所述光源之后的光源反射罩、位于所述光源反射罩之后与所述光源反射罩密封固定的第一窗口片以及用于支撑所述光源反射罩的固定座。
根据本发明的一个方面，所述红外燃气报警器还包括位于所述转盘之前的探测器反射罩、位于所述探测器反射罩之前探测器反射罩密封固定的第二窗口片、支撑所述探测器反射罩第二固定座以及与所述转盘连接用于驱动所述转盘转动的驱动装置。
本发明的方法，通过两个滤光片的设置，可减小由装置外界环境引起的红外吸收峰变化带来的误差，达到提升准确度的目的。通过转盘切换两个通道的测试通道和参考通道属性，可有效减小因探测器老化造成输出电压波动所带来的检测误差，提高检测准确度。
附图说明
图1示意性表示根据本发明红外燃气报警器的结构示图；
图2示意性表示根据本发明一种实施方式的转盘结构示图；
图3示意性表示根据本发明第二种实施地方时的转盘结构示图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
本发明提供一种红外燃气报警器检测气体浓度方法，本发明的方法依据于红外燃气报警器实现，本发明的红外燃气报警器包括光源1、探测器2和位于光源1和探测器2之间的转盘3，转盘3上设有两个对应不同波长滤光片31。还包括位于光源1之后的光源反射罩4、位于光源反射罩4之后与光源反射罩4密封固定的第一窗口片5、用于支撑光源反射罩4的固定座6、位于转盘3之前的探测器反射罩7、位于探测器反射罩7之前与探测器反射罩7密封固定的第二窗口片8、支撑探测器反射罩7第二固定座9以及与转盘3连接用于驱动转盘3转动的驱动装置10。
本发明的红外燃气报警器，光源1发出光，经过光源反射罩4后从第一窗口片4平行射出，经过第二窗口片8之后，在探测器反射罩7中进行汇聚，再经过转盘3上对应通道的滤光片31由探测器2接收，输出电压表征气体浓度。
本发明红外报警器检测气体浓度方法包括以下步骤：S1、分别将转盘3上的两个滤色片31依次置于光源1的光路中，光线经过滤光片31由探测器2接收，完成红外燃气报警器的初始标定；S2、在理想状态下，利用红外燃气报警器进行已知气体浓度标定，利用初始标定获得数据以及已知气体浓度标定获得数据计算出气体浓度参数值；S3、在实际状态下，利用光源1发射光线通过一个滤光片31由探测接收进行一次检测，然后转动转盘3使得另外一个滤光片31置于光路中进行第二次检测，结合两次检测结果以及计算出的气体浓度参数值计算得到最终的气体浓度。
以下以本发明的探测器为单通道探测器为例进行说明：
如图2所示，在本实施方式中，转盘3上装有2两个滤光片，两个滤光片31间隔180°。当然，根据本发明的构思，两个滤光片31的间隔角度可以根据需要进行任意设置。步骤S1中红外燃气报警器的初始标定具体包括：在其中一个滤光片31置于光路形成测试通道时进行零点标定：U10＝K1I0；然后转盘31转动180°，使另一个滤光片置于光路中进行测试通道变换，探测器输出电压值为：U′10＝K1I1；
最后将转盘复位，得到：
Figure BDA0002844727600000051
然后在步骤S2中：
在已知气体浓度环境下，考虑影响红外吸收的因素，由探测器分别输出电压值：
U11＝K1I0exp[-K(C1+ΔC)L]
U21＝K1I1exp(-KΔCL)
将上述两式进行比值，消除exp和ΔC的误差，获得：
Figure BDA0002844727600000052
再结合初始标定获得关系式可得：
Figure BDA0002844727600000053
由上述公式即可计算获得气体浓度参数值，即KL值；
其中，C1表示已知气体浓度，K表示被测气体的吸收界面系数，L表示汽室长度，为定值。
接着进入步骤S3：
在实际状态下，在转盘位于初始位置时，探测器进行一次检测：
U12＝(K1-ΔK1)I0exp[-K(C1+ΔC)L]；
转动转盘，使得另外一个滤光片置于光路中进行第二次检测：
U′12＝(K1-ΔK1)I1exp(-KΔCL)；
整合上述两个公式，消除误差得：
Figure BDA0002844727600000054
然后将初始标定结果以及KL值以带入上述公式：
Figure BDA0002844727600000061
本发明的红外燃气报警器检测气体浓度方法，通过两个滤光片的设置，可减小由装置外界环境引起的红外吸收峰变化带来的误差，达到提升准确度的目的。通过转盘切换两个通道的测试通道和参考通道属性，可有效减小因探测器老化造成输出电压波动所带来的检测误差，提高检测准确度。
根据本发明的另一种实施方式，探测器2还可以设置为多通道探测器，如图3所示，根据本发明的一种实施方式，探测器2设置为双通道，此时本发明的转盘3上设有4个滤光片，两个为1组，同组中两个滤光片对应光波长不同。初始时，两个滤光片对着探测器，左边多赢测试通道，右边为参考通道，测试完毕后，转盘转动180°，将另一组的两个滤光片对着探测器，此时左边为参考通道，右边为测试通道，进行第二次检测。
初始标定时，已知探测器输出电压与接收光强成正比，并且测试通道和参考通道对应的光强不同，在初始标定时分两步：
U10＝K1I0
U20＝K2I1
将转盘转动180°，测得通道变换后的电压输出值后，再将转盘复位，电压输出值为：
U′10＝K1I1
U′20＝K2I0
得到：
Figure BDA0002844727600000062
然后进行已知燃气浓度标定时，由于空气中有其他成分影响红外吸收，此成分可通过参考通道测试得：
U11＝K1I0exp[-K(C1+ΔC)L]
U21＝K2I1exp(-KΔCL)
两式进行比值消除误差，得到：
Figure BDA0002844727600000071
利用零点标定时得到的数据，可得：
Figure BDA0002844727600000072
经过计算可得到KL的值，K为被测气体的吸收截面系数，L为气室长度，为定值。
上述可消除ΔC造成的影响，故双通道探测模式可有效减小坏境原因对红外吸收峰产生的影响。
如图3所示，探测器在转盘初始位置时检测一次，经转盘转动180°后，两通道的测试和参考属性进行对换，当探测器老化后，其输出电压主要是公式中的K1与K2发生变化，可得
初始时：
U12＝(K1-ΔK1)I0exp[-K(C1+ΔC)L]
U22＝(K2-ΔK2)I1exp(-KΔCL)
转动180°后：
U′12＝(K1-ΔK1)I1exp(-KΔCL)
U′22＝(K2-ΔK2)I0exp[-K(C1+ΔC)L]
对公式进行整合，默认转盘转动前后，气室内的气体浓度未发生变化，消除误差后可得：
Figure BDA0002844727600000073
将：
Figure BDA0002844727600000081
带入进行整合后，可得：
Figure BDA0002844727600000082
KL已在标定时计算得出，故此方法可有效减小探测器老化后造成的同浓度燃气下输出电压的变化，求得更为准确的燃气浓度C值。
上述公式中字母所代表的含义如下：C-气体浓浓度、△C-其他因素造成的浓度误差、KL-气室固有属性，为定值、K1/K2-光强转换为电压的正比例系数、I0/I1-在氮气环境下接收到的初始光强。
根据本发明的一种实施方式，本发明的光源反射罩4为内壁采用抛物面的中空筒状体。通过光源反射罩4内表面(即内壁表面)的反射作用，将光源1发出的红外光进行汇聚并变为平行光，能够输出平行的红外光。通过设置光源反射罩4可有效提光源的输出效率，从而弥补由于在敞开环境下带来的能量损失，同时能保证检测精度。同样地，通过设置探测器反射罩7可有效提高探测器的接收效率，从而弥补由于在敞开环境下带来的能量损失，不仅保证了检测精度，而且简化了气体检测单元的结构，降低了成本。
根据本发明的一种实施方式，本发明的滤光片31为无温漂滤光片。通过这种设置，可有效消除由于温度变化带来的滤光片带通偏移的影响，进而对保证探测器输出信号的稳定准确有利，进一步增强了本发明的检测精度。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，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 (8)

1.一种红外燃气报警器检测气体浓度方法，其特征在于，利用红外燃气报警器进行检测，所述红外燃气报警器包括光源(1)、沿所述光源(1)光路设置的探测器(2)、位于所述光源(1)和探测器(2)之间的转盘(3)，所述转盘(3)上至少设有两个对应光波长不同的滤光片(31)，所述检测气体浓度的方法包括：
S1、分别将所述转盘(3)上的两个滤色片(31)依次置于所述光源(1)的光路中，光线经过所述滤光片(31)由所述探测器(2)接收，完成所述红外燃气报警器的初始标定；
S2、在理想状态下，利用所述红外燃气报警器进行已知气体浓度标定，利用所述初始标定获得数据以及已知气体浓度标定获得数据计算出气体浓度参数值；
S3、在实际状态下，利用光源(1)发射光线通过一个所述滤光片(31)由探测接收进行一次检测，然后转动转盘(3)使得另外一个滤光片(31)置于光路中进行第二次检测，结合两次检测结果以及计算出的气体浓度参数值计算得到最终的气体浓度。
2.根据权利要求1所述的红外燃气报警器检测气体浓度方法，其特征在于，所述步骤S1中，红外燃气报警器的初始标定具体包括：
在一个滤光片置于光路形成测试通道时进行零点标定：U10＝K1I0；
转动转盘，使另一个滤光片置于光路中进行测试通道变换，探测器输出电压值为：U′10＝K1I1；
将转盘复位，得到：
Figure FDA0002844727590000011
3.根据权利要求2所述的红外燃气报警器检测气体浓度方法，其特征在于，所述步骤S2中包括：
在已知气体浓度环境下，考虑影响红外吸收的因素，由探测器分别输出电压值：
U11＝K1I0exp[-K(C1+ΔC)L]
U21＝K1I1exp(-KΔCL)
将上述两式进行比值，消除exp和ΔC的误差，获得：
Figure FDA0002844727590000021
再结合初始标定获得关系式可得：
Figure FDA0002844727590000022
由上述公式即可计算获得气体浓度参数值，即KL值；
其中，C1表示已知气体浓度，K表示被测气体的吸收界面系数，L表示汽室长度，为定值。
4.根据权利要求3所述的红外燃气报警器检测气体浓度方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
在实际状态下，在转盘位于初始位置时，探测器进行一次检测：
U12＝(K1-ΔK1)I0exp[-K(C1+ΔC)L]；
转动转盘，使得另外一个滤光片置于光路中进行第二次检测：
U′12＝(K1-ΔK1)I1exp(-KΔCL)；
整合上述两个公式，消除误差得：
Figure FDA0002844727590000023
然后将初始标定结果以及KL值以带入上述公式：
Figure FDA0002844727590000024
5.根据权利要求1所述的红外燃气报警器检测气体浓度方法，其特征在于，所述探测器(2)为单通道探测器或多通道探测器。
6.根据权利要求1所述的红外燃气报警器检测气体浓度方法，其特征在于，所述滤光片(31)为无温漂滤光片。
7.根据权利要求1所述的红外燃气报警器检测气体浓度方法，其特征在于，所述红外燃气报警器还包括位于所述光源(1)之后的光源反射罩(4)、位于所述光源反射罩(4)之后与所述光源反射罩(4)密封固定的第一窗口片(5)以及用于支撑所述光源反射罩(4)的固定座(6)。
8.根据权利要求1所述的红外燃气报警器检测气体浓度方法，其特征在于，所述红外燃气报警器还包括位于所述转盘(3)之前的探测器反射罩(7)、位于所述探测器反射罩(7)之前探测器反射罩(7)密封固定的第二窗口片(8)、支撑所述探测器反射罩(7)第二固定座(9)以及与所述转盘(3)连接用于驱动所述转盘(3)转动的驱动装置(10)。
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