CN200947084Y

CN200947084Y - 电调制非分光红外气体传感器

Info

Publication number: CN200947084Y
Application number: CN 200620098454
Authority: CN
Inventors: 熊友辉; 刘志强; 蒋泰毅
Original assignee: WUHAN CUBIC OPTOELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: WUHAN CUBIC OPTOELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2016-02-27

Abstract

本实用新型涉及电调制非分光红外气体传感器，它包括供电电源接口、气体传感器光学平台、仪器测控系统、以及外围接口。仪器测控系统的主体为一嵌入式的单片机系统ADuC842，它与气体传感器光学平台、各接口相连。气体传感器光学平台包括进、出气口、红外光源、光源聚光反射镜、密封隔离玻璃片、气室、红外探测器、探测器加热器、探测器温度传感器等。本实用新型采用了电调制红外光源，仪器功耗、体积和价格大大降低；由于采用了微型的加热系统，减少了温度对气体测量精度的影响；由于采用单光源多光束的测量技术以及光源与探测器微型加热恒温系统，测量精度高，适合同时测量多种气体。

Description

电调制非分光红外气体传感器

技术领域

本实用新型涉及一种用于对SO₂、NO、CO₂、CO、NO、CH₄等气体的快速检测的气体传感器。

背景技术

随着我国对环保的重视，气体分析仪器在我国具有很大的市场，如连续污染物监测系统(CEMS)、机动车尾气检测、工业过程控制、煤矿安全生产等领域都需要大量的气体传感器。NDIR红外气体分析仪作为一种快速、准确的气体分析技术在实际应用中十分普遍。国外NDIR仪器占有率在70％左右，国内NDIR气体分析仪的主要厂家大都采用国际上八十年代初的红外气体分析方法，它采用镍锘丝作为红外光源、电机机械调制红外光、薄膜电容微音器或InSb等作为传感器。由于采用电机机械调制红外光，仪器功耗大、稳定性差、仪器造价也很高。采用薄膜电容微音器作为传感使得仪器对震动十分敏感，因此不适合便携测量。此类仪器价格因素也限制了NDIR仪器在我国的广泛使用。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现状，旨在提供一种成本低、功耗低、测量精度高，适合同时测量多种气体的电调制非分光红外(NDIR)气体传感器。

本实用新型目的的实现方式为，电调制非分光红外(NDIR)气体传感器，包括：供电电源接口1、气体传感器光学平台2、仪器测控系统3、以及外围接口电路如RS232电路4、显示接口5、键盘接口6、打印及气泵、报警等外围接口7。仪器测控系统3的主体为一嵌入式的单片机系统ADuC842，它与气体传感器光学平台2、各接口相连。气体传感器光学平台2包括进气口20、光源加热器21、光源调制电路22、光源模块温度传感器23、光源聚光反射镜9、红外光源10、密封隔离玻璃片11、气室12、密封隔离玻璃片13、红外滤光片14，红外探测器15、探测器温度传感器16、探测器加热装置18、出气口19。气室12左端与进气口20相通，其外安有密封隔离玻璃片11、光源聚光反射镜9。光源聚光反射镜9内有红外光源10，红外光源10与光源加热器21、光源调制电路22、光源模块温度传感器23相连。气室12右端与出气口19相通，其外安有密封隔离玻璃片13、红外滤光片14、红外探测器15、探测器温度传感器16、信号放大电路17、探测器加热装置18。

本实用新型采用了电调制红外光源，省却了复杂的机械调制系统结构，仪器功耗、体积和价格大大降低。采用了微型的加热系统，通过光源加热器21和温度传感器23保障了红外光源所处环境不随外界温度的变化而变化，同时，通过探测器加热装置18和探测器温度传感器16保障了探测器所处环境不随外界温度的变化而变化，红外探测器控制温度处于4-60℃的恒温状态，减少了温度对气体测量精度的影响，大大减少了因为温度影响造成的温度漂移。对测量精度要求不高，也可以采用不设置加热装置而通过仪器测控系统直接读取环境温度，然后采用温度校正曲线的方法得到气体浓度。光源聚光反射镜9的使用提高了探测器对光强的分辨力。

在进气口20和出气口19的外侧分别安装可以透过红外光的密封隔离玻璃片11、13，这样可以减少气体对红外光源10和红外探测器15的干扰和腐蚀。通过针对不同气体设置安装不同波长的窄带红外滤光片14，可以实现对不同气体的检测。

仪器测控系统3的主体为一嵌入式的单片机系统AduC842，包括了A/D、D/A、I/O等丰富的功能，用于对传感器光学平台2中红外光源10的控制、红外探测器15信号的处理、温度的控制以及气体浓度计算、显示和输出等。在仪器测控系统3的作用下，图2中的红外光源9以及红外探测器11被控制在一定的温度范围内，同时红外光源9发出一定频率的脉冲调制红外光，通过气室12后，对于特定气体对应的波长其光强衰减，如CO₂对4.26um的红外光具有明显的吸收，其光强通过红外探测器11感应，在信号放大电路17的作用下输出与浓度对应的脉冲信号，通过再次放大后，仪器测控系统3计算出气室内的被测气体浓度，并通过RS232电路4、显示接口5、打印及气泵、报警等外围接口7等系统输出浓度相关信号。键盘接口6的作用为给仪器测控系统3提供参数输入和设置。

由于同时通过采用低功耗的仪器测控系统3，使得对红外光源调制、温度控制、红外输出信号处理、气体浓度标定、浓度的显示和输出等实现了数字化和自动化。

本实用新型采用了电调制红外光源，仪器功耗、体积和价格大大降低。采用了微型的加热系统，减少了温度对气体测量精度的影响。采用单光源多光束的测量技术以及光源与探测器微型加热恒温系统，测量精度高，适合同时测量多种气体。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为气体传感器光学平台结构示意图；

图3为红外光源调制电路；

图4为调制波形图；

图5红外探测器信号放大电路图。

具体实施方式

结合附图对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实用新型包括：供电电源接口1、气体传感器光学平台2、仪器测控系统3、以及外围接口电路如RS232电路4、显示接口5、键盘接口6、打印及气泵、报警等外围接口7。仪器测控系统3的主体为一嵌入式的单片机系统ADuC842，它与气体传感器光学平台2、各接口相连。气体传感器光学平台2，如图2所示，包括进气口20、光源加热器21、光源调制电路22、光源模块温度传感器23、光源聚光反射镜9、红外光源10、密封隔离玻璃片11、气室12、密封隔离玻璃片13、红外滤光片14，红外探测器15、探测器温度传感器16、出气口19。各接口采用通用的接口。

图3所示红外光源调制电路采用14位二进制同步计数器/振荡器和32.768kHz石英晶体产生2Hz的调制信号以及256Hz的同步采样信号，调制信号波形如图4所示，两路信号由同一电路得到，保证了ADuC842内部ADC整周期采样，提高测量精度。2Hz方波信号驱动低压差线性稳压芯片得到2Hz的大电流信号用来驱动红外光源。

图5所示的电路为探测器信号放大电路图，采用高性能精密运算放大器构成。

红外滤光片14与红外探测器15使用一套、两套、或多套。使用一套用于测量单一组分；采用两套也就是说另一路为参考光滤光片与红外探测器的方法通过比值的方法得到气体浓度，采用多套滤光片与红外探测器的组合实现多气体的同时检测，如汽车尾气中CO₂、CO、HC、NO等的同时监测。

Claims

1、电调制非分光红外气体传感器，包括：供电电源接口(1)、气体传感器光学平台(2)、仪器测控系统(3)、以及外围接口电路如RS232电路(4)、显示接口(5)、键盘接口(6)、打印及气泵、报警外围接口(7)，其特征在于：仪器测控系统(3)的主体为一嵌入式的单片机系统ADuC842，它与气体传感器光学平台(2)、各接口相连，气体传感器光学平台(2)，包括进气口(20)、光源加热器(21)、光源调制电路(22)、光源模块温度传感器(23)、光源聚光反射镜(9)、红外光源(10)、密封隔离玻璃片(11)、气室(12)、密封隔离玻璃片(13)、红外滤光片(14)，红外探测器(15)、探测器温度传感器(16)、出气口(19)，气室(12)左端与进气口(20)相通，其外安有密封隔离玻璃片(11)、光源聚光反射镜(9)，光源聚光反射镜(9)内有红外光源(10)，红外光源(10)与光源加热器(21)、光源调制电路(22)、光源模块温度传感器(23)相连，气室(12)右端与出气口(19)相通，其外安有密封隔离玻璃片(13)、红外滤光片(14)、红外探测器(15)、探测器温度传感器(16)、信号放大电路(17)、探测器加热装置(18)。

2、根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于红外光源(10)采用基于电调制的脉冲红外光源。

3、根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于：红外滤光片(14)与红外探测器(15)使用一套或两套。