CN206235556U - 一种红外复合气体传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外复合气体传感器，包括壳体，所述壳体包括顶壳、底盖和过滤片，所述底盖通过螺丝固定设置在顶壳上，所述过滤片设置在壳体的正上方，所述红外光源、光室、红外探测器、主控板和接口引脚均设置在壳体内，所述主控板与红外光源、红外探测器和接口引脚均连接，所述光室两头分别与红外光源和红外探测器固定连接。该红外复合气体传感器，使用寿命和校准周期长、可同时测量多组分气体、性价比高，且具有强抗交叉干扰和抗中毒能力。

Description

一种红外复合气体传感器

技术领域

本实用新型涉及红外复合气体传感器领域，具体为一种红外复合气体传感器。

背景技术

工业企业的很多工艺都会使用或产生多种有毒有害气体、易燃易爆气体。如果泄漏且不及时处理，就会导致作业场所充斥着多种危险气体，进而可能会导致爆炸或中毒等事故；人类的居住场所同样会由于泄漏导致生活环境中存在多种危险气体，另外人们使用的多数材料还会挥发出有害物质，这些气体对人们的安全和健康构成巨大威胁。为了保障作业人员和家人的安全和健康，需要对环境中的多种气体同时进行检测并预警。常规气体传感器，例如电化学传感器和催化燃烧传感器，大都只能测量单一气体，不能同时测量多组分气体。若要对环境中的多组分气体同时进行检测，则必须要配置多个常规气体传感器，不但提高了成本和体积，而且增加了实施难度和维护量。常规气体传感器，特别是电化学传感器和催化燃烧传感器容易受其他气体的交叉干扰影响，导致测量精度降低，甚至会产生误报警。因此，这类传感器在复杂工况环境下使用，由于交叉干扰影响会导致传感器无法正确测量。常规电化学传感器和催化燃烧传感器还容易出现中毒，造成传感器无法正常工作。在此情况下，如果环境中出现有毒有害气体或易燃易爆气体，这类传感器就无法测量环境中待测气体的浓度，也就无法实现预警，进而可能会造成致命危害。常规电化学传感器的使用寿命约为1年，常规催化燃烧传感器的使用寿命约为2年，用户需要定期更换传感器以保障产品正常工作。无论作为工业用或民用传感器，这都会增加了产品的维护成本和更换成本。常规气体传感器的零点和灵敏度会随着时间漂移，导致测量精度降低。为了保证测量精度，在工业领域，企业会定期对传感器进行校准，浪费人力和物力。但是在民用领域，绝大部分用户都不具备校准条件，因此，家用的很多气体检测仪在使用一段时间后，由于测量精度降低而失去检测意义。复杂的企业工况和生活环境，要求传感器不仅具有超强的抗交叉干扰、抗中毒能力，超长的使用寿命和校准周期，且能够同时测量多组分气体。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种红外复合气体传感器。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种红外复合气体传感器，包括壳体，所述壳体包括顶壳、底盖和过滤片，所述底盖通过螺丝固定设置在顶壳上，所述过滤片设置在壳体的正上方，所述红外光源、光室、红外探测器、主控板和接口引脚均设置在壳体内，所述主控板与红外光源、红外探测器和接口引脚均连接，所述光室两头分别与红外光源和红外探测器固定连接。

优选的，所述光室上设置有一个进气孔和一个出气孔。

优选的，所述红外探测器上设置有二氧化碳测量通道、甲烷测量通道和一个参比通道。

优选的，所述底盖上设置有和接口引脚对称的通孔。

优选的，所述顶壳、底盖和过滤片为耐高温挥发材质。

优选的，所述红外光源设置有多层对气体敏感的材料层。

优选的，所述的红外探测器包括红外热电堆传感器和温度传感器，所述红外热电堆传感器为多通道红外热电堆传感器，包括二氧化碳测量通道、甲烷测量通道和一个参比通道，在二氧化碳测量通道和甲烷测量通道的窗口上设有滤光片，该滤光片为红外窄带滤光片，且该红外窄带滤光片的中心波长与该通道的测量气体的红外特征吸收波长相关。所述的参比通道上也设有滤光片，该滤光片为红外窄带滤光片，且该红外窄带滤光片的中心波长为3.9μm。所述的温度传感器为热电阻传感器。

优选的，所述主控板包括信号处理子模块和微处理器子模块，所述红外光源和红外探测器依次通过信号处理子模块和微处理器子模块连接至接口引脚,且信号处理子模块包括传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路，所述的红外光源和红外探测器依序通过传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路连接至微处理器子模块，微处理器子模块包括微处理器、A/D转换电路和数据存储器，A/D转化电路、数据存储器均连接至微处理器，所述的信号处理子模块依次通过A/D转化电路和微处理器连接至接口引脚，数据存储器为电可擦除可编程只读存储器。

优选的，所述的接口引脚包括两个电源引脚和两个数字信号传输引脚，该红外复合气体传感器通过接口引脚连接外部电路，电源引脚连接外部外部5V直流电源，数字信号传输引脚为TTL串口引脚，连接外部信号采集单元。

优选的，所述过滤片为不锈钢粉末烧结过滤片，所述顶壳和所述的底盖为铝合金结构，所述光室的内表面设有镀金层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该气体传感器基于红外复合测量技术，可以同时测量多种气体，具有很强的抗中毒能力、超长的使用寿命和校准周期，该气体传感器集成了红外窄带滤光片，能够有效地过滤干扰气体，提高了所述气体传感器的抗干扰能力。且红外光源不仅作为气体传感器的红外光源，还作为气体传感器的测量模块，增加了气体测量种类，同时也减少了气体传感器的体积和成本。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型拆分结构示意图。

图中：1-壳体、2-红外光源、3-光室、4-红外探测器、5-主控板、6-接口引脚、11-顶壳、12-底盖、13-过滤片、31-进气孔、32-出气孔、41-二氧化碳测量通道、42-甲烷测量通道、43-参比通道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种红外复合气体传感器，包括壳体1，所述壳体1包括顶壳11、底盖12和过滤片13，所述底盖12通过螺丝固定设置在顶壳11上，所述过滤片13设置在壳体1的正上方，所述红外光源2、光室3、红外探测器4、主控板5和接口引脚6均设置在壳体1内，所述主控板5与红外光源2、红外探测器4和接口引脚6均连接，所述光室3两头分别与红外光源2和红外探测器4固定连接。所述光室3上设置有一个进气孔31和一个出气孔32，环境中的待测气体通过进气孔31进入光室3，然后通过出气孔32排出光室3。所述红外探测器4上设置有二氧化碳测量通道41、甲烷测量通道42和一个参比通道43，为了保证测量精度，红外探测器4上增加了参比通道43，环境中的待测气体，包括一氧化碳、甲醛、二氧化碳和甲烷，都不会吸收波长为3.9μm红外光，波长为3.9μm的红外光透过中心波长为3.9μm的红外窄带滤光片后被红外探测器4转换成模拟电信号，模拟电信号包含所有干扰信息，基于所述参比通道43的模拟电信号，可排除测量通道41的模拟电信号和测量通道42的模拟电信号中的干扰信号，从而提高所述红外探测器4的测量精度。所述底盖12上设置有和接口引脚6对称的通孔，用于固定该气体传感器。所述顶壳11、底盖12和过滤片13为耐高温挥发材质，在高温环境下都不会挥发出气体。所述红外光源2设置有多层对气体敏感的材料层，材料层可测量对应的敏感气体，在特定温度下，输出与气体浓度相关的电信号。所述的红外探测器4包括红外热电堆传感器和温度传感器，所述红外热电堆传感器为多通道红外热电堆传感器，包括二氧化碳测量通道41、甲烷测量通道42和一个参比通道43，在二氧化碳测量通道41和甲烷测量通道42的窗口上设有滤光片，该滤光片为红外窄带滤光片，且该红外窄带滤光片的中心波长与该通道的测量气体的红外特征吸收波长相关。所述的参比通道43上也设有滤光片，该滤光片为红外窄带滤光片，且该红外窄带滤光片的中心波长为3.9μm。所述的温度传感器为热电阻传感器，热电阻传感器输出红外热电堆传感器的环境温度。所述主控板5包括信号处理子模块和微处理器子模块，所述红外光源2和红外探测器4依次通过信号处理子模块和微处理器子模块连接至接口引脚6。所述的信号处理子模块包括传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路，所述的红外光源2和红外探测器4依序通过传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路连接至微处理器子模块。所述的微处理器子模块包括微处理器、A/D转换电路和数据存储器，A/D转化电路、数据存储器均连接至微处理器，所述的信号处理子模块依次通过A/D转化电路和微处理器连接至接口引脚6，数据存储器为电可擦除可编程只读存储器。所述的接口引脚6包括两个电源引脚和两个数字信号传输引脚，该红外复合气体传感器通过接口引脚6连接外部电路，电源引脚连接外部外部5V直流电源，给红外复合气体传感器供电，数字信号传输引脚为TTL串口引脚，连接外部信号采集单元，对外输出所述红外复合气体传感器的浓度测量值。所述过滤片13为不锈钢粉末烧结过滤片，所述顶壳11和底盖12为铝合金结构。光室3的内表面设有镀金层，以防止杂散光干扰及内表面被腐蚀。

工作原理：模拟电信号经通过电源引脚给所述的红外复合气体传感器供5V直流电，红外光源2在所述传感器匹配电路的驱动下对外辐射特定光谱的红外光，作为红外复合气体传感器的红外光源2。另外，红外光源2集成了多个对气体敏感的材料层（例如对一氧化碳敏感的材料层、对甲醛敏感的材料层），材料层可测量对应的敏感气体。待测气体从进气孔进入光室3后与红外光源2接触，红外光源2在传感器匹配电路的驱动下输出模拟电信号，模拟电信号过信号放大电路和信号放大输出电路处理后输出至微处理器电路，模拟电信号与气体浓度相关。微处理器通过A/D转换电路采集所述的模拟电信号，处理获得一氧化碳和甲醛气体的浓度值。数据存储子单元为电可擦除可编程只读存储器，用于存放所述红外复合气体传感器的关键数据。

以上所举实施例为本实用新型的较佳实施方式，仅用来方便说明本实用新型，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内，利用本实用新型所揭示技术内容所作局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本实用新型的技术特征内容，均仍属于本实用新型技术特征的范围内。

Claims (8)

1.一种红外复合气体传感器，包括壳体（1），其特征在于：所述壳体（1）包括顶壳（11）、底盖（12）和过滤片（13），所述底盖（12）通过螺丝固定设置在顶壳（11）上，所述过滤片（13）设置在壳体（1）的正上方，所述红外光源（2）、光室（3）、红外探测器（4）、主控板（5）和接口引脚（6）均设置在壳体（1）内，所述主控板（5）与红外光源（2）、红外探测器（4）和接口引脚（6）均连接，所述光室（3）两头分别与红外光源（2）和红外探测器（4）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种红外复合气体传感器，其特征在于：所述光室（3)上设置有一个进气孔（31)和一个出气孔（32)。

3.根据权利要求1所述的一种红外复合气体传感器，其特征在于：所述红外探测器(4)上设置有二氧化碳测量通道（41）、甲烷测量通道（42）和一个参比通道（43）。

4.根据权利要求1所述的一种红外复合气体传感器，其特征在于：所述底盖（12）上设置有和接口引脚（6）对称的通孔。

5.根据权利要求1所述的一种红外复合气体传感器，其特征在于：所述的红外探测器（4）包括红外热电堆传感器和温度传感器，所述红外热电堆传感器为多通道红外热电堆传感器，包括二氧化碳测量通道（41）、甲烷测量通道（42）和一个参比通道（43），在二氧化碳测量通道（41）和甲烷测量通道（42）的窗口上设有滤光片，该滤光片为红外窄带滤光片，且该红外窄带滤光片的中心波长与该通道的测量气体的红外特征吸收波长相关；

所述的参比通道（43）上也设有滤光片，该滤光片为红外窄带滤光片，且该红外窄带滤光片的中心波长为3.9μm；

所述的温度传感器为热电阻传感器。

6.根据权利要求1所述的一种红外复合气体传感器，其特征在于：所述主控板（5）包括信号处理子模块和微处理器子模块，所述红外光源和红外探测器依次通过信号处理子模块和微处理器子模块连接至接口引脚（6）,且信号处理子模块包括传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路，所述的红外光源和红外探测器依序通过传感器匹配电路、信号放大电路和信号放大输出电路连接至微处理器子模块，微处理器子模块包括微处理器、A/D转换电路和数据存储器，A/D转化电路、数据存储器均连接至微处理器，所述的信号处理子模块依次通过A/D转化电路和微处理器连接至接口引脚（6），数据存储器为电可擦除可编程只读存储器。

7.根据权利要求1所述的一种红外复合气体传感器，其特征在于：所述的接口引脚（6）包括两个电源引脚和两个数字信号传输引脚，该红外复合气体传感器通过接口引脚连接外部电路，电源引脚连接外部外部5V直流电源，数字信号传输引脚为TTL串口引脚，连接外部信号采集单元。

8.根据权利要求1所述的一种红外复合气体传感器，其特征在于：所述过滤片（13）为不锈钢粉末烧结过滤片，所述顶壳（11）和所述的底盖（12）为铝合金结构，所述光室（3）的内表面设有镀金层。