CN201628682U - 微型防爆多气体红外传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种微型防爆多气体红外传感器，它包括红外气体探测器、红外光源、防爆外壳、防爆冶金粉末网、光学腔体、具有信号采集电路的两块电路板、防爆外壳盖和输出管脚；光学腔体内设置有光学通道，光学腔体上设置有通气孔、红外气体探测器安装孔和红外光源安装孔，红外气体探测器的探测端设置在光学通道内的一端，红外光源的发光端设置在光学通道内的另一端；在防爆外壳盖与电路板之间浇注有环氧树脂；输出管脚、红外气体探测器和红外光源的管脚分别连接信号采集电路；红外气体探测器是四通道热电堆探测器。该红外传感器可进行多气体组分分析，其具有体积小巧、精度高、使用方便、应用范围广的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种红外气体传感器，具体地说，涉及一种微型防爆多气体红外传感器。
背景技术
无论是垃圾填埋场、污水处理厂，还是农村沼气工程，都离不开沼气成分分析，沼气成分分析一般需要测量CH4、CO2、O2、H2S四项指标；
目前，我国还没有专业的微型红外传感器对沼气组分进行测量，而沼气组分的常规测量一般采用奥氏气体分析或者气相色谱分析，或者采用单组分的红外线气体传感器进行分析；奥氏气体分析仪作为一种经典的化学式手动分析器，具有价格便宜、操作方便、维修容易等优点，但是该方法是一种手动操作，精度低，速度慢，已经不能适应发展需要；近年来色谱分析仪得到推广，但是色谱分析仪需要对气体进行分离后再检测，很难实现实时在线工作；而目前的气体传感器只能分析单一组分气体。
为此，人们一直在寻求一种适于实用的技术解决方案。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种体积小巧、精度高、性价比高、效率高、使用方便、可进行多组分气体检测的微型防爆多气体红外传感器。
本实用新型所采用的技术方案如下：
一种微型防爆多气体红外传感器，它包括红外气体探测器，红外光源，防爆外壳，设置于防爆外壳一开口端的防爆冶金粉末网，依次设置于防爆外壳内部的光学腔体、具有信号采集电路的两块电路板，设置于防爆外壳另一开口端的防爆外壳盖，以及设置在防爆外壳盖上的输出管脚；其中，所述光学腔体内设置有光学通道，所述光学腔体靠近所述防爆冶金粉末网方向的腔壁上设置有通气孔，所述光学腔体的腔壁上设置有红外气体探测器安装孔和红外光源安装孔，所述红外气体探测器和所述红外光源分别安装在所述红外气体探测器安装孔和所述红外光源安装孔内，所述红外气体探测器的探测端设置在所述光学通道内的一端，所述红外光源的发光端设置在所述光学通道内的另一端；在所述防爆外壳盖与所述电路板之间浇注有环氧树脂；所述红外气体探测器和所述红外光源的管脚分别连接所述信号采集电路，所述输出管脚一端连接所述信号采集电路；所述红外气体探测器是四通道热电堆探测器。
基于上述，所述光学腔体包括安装在一起的光学腔体上盖和光学腔体下盖；所述红外气体探测器安装孔和所述红外光源安装孔分别设置在所述光学腔体上盖上，所述通气孔设置在所述光学腔体下盖上。
基于上述，所述信号采集电路包括基准电压电路、四路高性能运算放大器电路和EEPROM存储芯片，所述基准电压电路分别连接所述高性能运算放大器电路和所述红外气体探测器以提供基准电压；所述红外气体探测器的输出端分别连接四路高性能运算放大器电路的输入端；所述输出管脚一端分别连接所述红外光源的管脚、所述EEPROM存储芯片的输出端和所述高性能运算放大器电路的输出端。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体地说，该红外传感器能在微小空间内实现多种气体组分分析的功能，其利用非色散红外原理对多组分的CH4和CO2或CH4和CO或CO和CO2气体进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，性能稳定，寿命长，且其内置温度传感器，可进行温度补偿，并具有EEPROM存储器；该红外传感器由于采用成熟的红外吸收气体检测技术，配合精良电路设计与微机械加工工艺，使其具有尺寸小、精度高、测量范围宽，寿命长、不中毒的特点，可以应用于一台仪器中实现对沼气成分中CH4、CO2、O2、H2S等气体的实时快速测量；该红外传感器采用的防爆外壳、防爆冶金粉末网和防爆外壳盖构成了一个防爆性能良好的防爆体，且在所述防爆外壳盖与所述电路板之间浇注有环氧树脂，更进一步的增强了传感器的密封性能和防爆性能；由于该传感器体积小巧的特点，也可应用于便携式监测仪，可广泛应用于农村能源站、垃圾填埋场、畜禽养殖场等诸多领域。精度高、稳定性好、寿命长。
附图说明
图1是本实用新型的剖视结构示意图；
图2是本实用新型的拆分结构示意图；
图3是本实用新型所述信号采集电路的电路原理示意图一；
图4是本实用新型所述信号采集电路的电路原理示意图二。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1和图2所示，一种微型防爆多气体红外传感器，该红外传感器包括红外气体探测器5，红外光源6，防爆外壳2，设置于防爆外壳2一开口端的防爆冶金粉末网1，依次设置于防爆外壳2内部的光学腔体、电路板7、电路板8，设置在电路板7和电路板8上的信号采集电路，设置于防爆外壳2另一开口端的防爆外壳盖9，以及设置在防爆外壳盖9上的输出管脚10；
其中，所述光学腔体内设置有光学通道，所述光学腔体靠近所述防爆冶金粉末网1方向的腔壁上设置有通气孔，所述光学腔体的腔壁上设置有红外气体探测器安装孔和红外光源安装孔，所述红外气体探测器5和所述红外光源6分别密封安装在所述红外气体探测器安装孔和所述红外光源安装孔内，所述红外气体探测器5的探测端设置在所述光学通道内的一端，所述红外光源6的发光端设置在所述光学通道内的另一端；基于密封和防爆考虑，在所述防爆外壳盖9与所述电路板8之间浇注有环氧树脂；
所述红外气体探测器5和所述红外光源6的管脚分别连接所述信号采集电路，所述输出管脚10一端连接所述信号采集电路；所述红外气体探测器5是四通道热电堆探测器。
基于上述，为了安装与生产制造方便，所述光学腔体包括密封安装在一起的光学腔体上盖4和光学腔体下盖3，安装在一起的所述光学腔体上盖4和所述光学腔体下盖3的内腔壁构成所述光学通道；所述红外气体探测器安装孔和所述红外光源安装孔分别设置在所述光学腔体上盖4上，所述通气孔设置在所述光学腔体下盖3上。
如图3和图4所示，基于上述，所述信号采集电路包括基准电压电路、四路高性能运算放大器电路和EEPROM存储芯片；所述基准电压电路分别连接四路高性能运算放大器电路和红外气体探测器以提供基准电压；
其中，如图3所示，所述电路板7上包括两路高性能运算放大器电路和提供基准电压的基准电压电路；所述红外气体探测器5和所述红外光源6的管脚分别焊接在所述电路板7上；所述基准电压电路包括基准电压芯片U4、电阻R7和电容C7，基准电压芯片U4采用ZXRE125；该两路高性能运算放大器电路包括具有两路放大的集成运放U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5；其中，集成运放U1采用AD8629芯片，电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6是调整放大倍数的增益电阻，电容C2、电容C5是消除电路自激振荡的超前补偿电容，电阻R1、电阻R4是集成运放U1的输入阻抗匹配电阻，电容C1、电容C4是集成运放U1的正输入端的滤波电容，电容C3是集成运放U1的供电电压滤波电容；
集成运放U1的第3、5脚分别为红外气体探测器5输出的微弱二氧化碳模拟信号、甲烷模拟信号的正输入端；集成运放U1的第1、7脚输出放大后的二氧化碳、甲烷模拟信号；电路板7上的CON9是连接电路板8的9PIN插针。
如图4所示，所述电路板8上包括两路高性能运算放大器电路和EEPROM存储芯片U5；该两路高性能运算放大器电路包括具有两路放大的集成运放U2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C6、电容C8、电容C9、电容C10；其中，集成运放U2采用AD8629芯片，电阻R9、电阻R10是调整放大倍数的增益电阻，电容C6是消除电路自激振荡的超前补偿电容，电阻R8是集成运放U1的输入阻抗匹配电阻，电容C8、电容C10是集成运放U1的正输入端的滤波电容，电容C9是集成运放U2的供电电压滤波电容；所述EEPROM存储芯片U5采用M-24LC08BT-I/OT芯片，EEPROM存储芯片U5内保存了传感器的校准、温度补偿和传感器特征等信息；
所述集成运放U2的第3、5脚连接至由所述红外气体探测器5探测腔体温度输出的温度模拟信号和其自身输出的参考模拟信号；
电路板8上的CON10是该红外传感器的10个管脚，其分别连接10个所述输出管脚10的一端，即，所述输出管脚10一端分别连接所述红外光源的管脚、所述EEPROM存储芯片的输出端和所述高性能运算放大器电路的输出端；电路板8上的CON9是连接电路板7的9PIN插针。
所述红外气体探测器5为四通道热电堆探测器U3，其六只管脚分别为温度输出信号、一氧化碳输出信号、二氧化碳输出信号、甲烷输出信号、参考输出信号和公共端；所述红外光源6根据红外传感器外部应用电路产生一定频率的光波，所述红外气体探测器5根据所述红外光源6所产生的光波和自身温度输出气体浓度和温度模拟信息，即所述红外气体探测器5输出微弱的甲烷模拟信号、二氧化碳模拟信号、温度模拟信号以及参考模拟信号，该模拟信号并经两个集成运算放大器放大后通过红外传感器的输出管脚10输出。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (3)
1.一种微型防爆多气体红外传感器，包括红外气体探测器和红外光源，其特征在于：该红外传感器还包括防爆外壳，设置于防爆外壳一开口端的防爆冶金粉末网，依次设置于防爆外壳内部的光学腔体、具有信号采集电路的两块电路板，设置于防爆外壳另一开口端的防爆外壳盖，以及设置在防爆外壳盖上的输出管脚；其中，所述光学腔体内设置有光学通道，所述光学腔体靠近所述防爆冶金粉末网方向的腔壁上设置有通气孔，所述光学腔体的腔壁上设置有红外气体探测器安装孔和红外光源安装孔，所述红外气体探测器和所述红外光源分别安装在所述红外气体探测器安装孔和所述红外光源安装孔内，所述红外气体探测器的探测端设置在所述光学通道内的一端，所述红外光源的发光端设置在所述光学通道内的另一端；在所述防爆外壳盖与所述电路板之间浇注有环氧树脂；所述红外气体探测器和所述红外光源的管脚分别连接所述信号采集电路，所述输出管脚一端连接所述信号采集电路；所述红外气体探测器是四通道热电堆探测器。
2.根据权利要求1所述的微型防爆多气体红外传感器，其特征在于：所述光学腔体包括安装在一起的光学腔体上盖和光学腔体下盖；所述红外气体探测器安装孔和所述红外光源安装孔分别设置在所述光学腔体上盖上，所述通气孔设置在所述光学腔体下盖上。
3.根据权利要求1所述的微型防爆多气体红外传感器，其特征在于：所述信号采集电路包括基准电压电路、四路高性能运算放大器电路和EEPROM存储芯片，所述基准电压电路分别连接所述高性能运算放大器电路和所述红外气体探测器以提供基准电压；所述红外气体探测器的输出端分别连接四路高性能运算放大器电路的输入端；所述输出管脚一端分别连接所述红外光源的管脚、所述EEPROM存储芯片的输出端和所述高性能运算放大器电路的输出端。
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