CN209802977U - 一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，包括盒状的气室，气室上部开设有一开口以及进气口和，开口处设置有照向气室内的红外光源，气室内一侧为垂直反射镜，另一侧纵向布置两个热释电传感器，其中，一个热释电传感器上设置有甲烷测量滤光片和参比滤光片，另一个热释电传感器上设置有二氧化碳测量滤光片和参比滤光片。与现有技术相比，本实用新型的一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，红外光在传播过程中，特定波长段被甲烷和二氧化碳气体吸收，使得红外光传播到热释电传感器时，检测出红外光中特定波长强弱，可得知甲烷和二氧化碳气体的浓度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，属于气体检测技术领域。
背景技术
全球气候变暖是当前人类面临的重大问题之一。温室效应是引起全球气候变暖的主要因素。温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。
温室效应对地球有重大影响。它使全球变暖，病虫害增加，导致海平面上升和土地沙漠化。它使农业减产，海洋生态失活，自然灾害增加，如森林大火、火山喷发等。大气中，甲烷和二氧化碳是最主要的温室气体。因此，研制一种能够实时提供甲烷和二氧化碳气体浓度数据的检测装置十分重要。
目前，国内外较为先进的测量CH4、CO2气体的方法是采用红外吸收原理来检测气体浓度。该方法具有检测精度高、抗干扰能力强、响应速度快、应用范围广、选择性好、稳定性高和使用寿命长等优点。因此，采用红外原理研究开发CH4检测仪及检测系统，将对保障工业生产安全和人民生命财产安全有着十分重要的作用，有着广阔的市场前景。
探测器是重要的核心部件，它的精度直接影响测量结果的准确性。传统的探测器在初始阶段可以保持良好的精度、灵敏度和探测效率，但随着时间的增加，精度会衰减，导致气体浓度信号减弱；并且对温度的变化灵敏度不高。本文采用新型红外传感器，可以适应各种温度下的测量。且本文以反射式气室为基础，设计了基于盒状反射式气室的双组分红外气体检测装置。
实用新型内容
本实用新型为了解决传统NDIR探测器的精度随时间变化而降低，且对温度变化的敏感性不高的问题，本文设计了一种基于盒状反射式气室的双组分红外气体检测装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，包括盒状的气室，所述气室上部开设有一开口以及进气口和出气口，所述开口处设置有照向气室内的红外光源，气室内一侧为垂直反射镜，另一侧纵向布置两个热释电传感器，其中，一个热释电传感器上设置有一个甲烷测量滤光片和一个参比滤光片，另一个热释电传感器上设置有一个二氧化碳测量滤光片和一个参比滤光片。
作为进一步的优选方案，所述气室上部还开设有一开口，该开口处设置有温度传感器。
作为进一步的优选方案，所述气室内安装有倾斜反射镜，倾斜反射镜远离垂直反射镜设置。
作为进一步的优选方案所述倾斜反射镜为倾斜45度，倾斜面位于红外光源下方。
作为进一步的优选方案，所述倾斜反射镜位于垂直反射镜的中心高度。
与现有技术相比，本实用新型的一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，利用郎伯-比尔吸收定律，气体分子对特定波长的红外光有吸收作用，红外光在传播过程中，特定波长段被甲烷和二氧化碳气体吸收，使得红外光传播到热释电传感器时，检测出红外光中特定波长强弱，可得知甲烷和二氧化碳气体的浓度。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型基于物联网蜂窝通信数组NB-IoT的解决方案架构图；
其中，1-温度传感器红外光源，2-甲烷测量滤光片，3-二氧化碳测量滤光片，4-参比滤光片，5-热释电传感器，6-进气口，7-出气口，8-温度传感器，9-倾斜反射镜，10-垂直反射镜。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
检测装置由盒状多反射气室、各模块电路及处理器组成，其中气室包括红外光源1、甲烷测量滤光片2、二氧化碳测量滤光片3、参比滤光片4、热释电传感器5、进气口6、出气口7、温度传感器8、倾斜反射镜9、垂直反射镜10；各电路模块包括信号放大模块、滤波去噪模块、模数转换模块、光源驱动模块和NB-IoT蜂窝通信模块。处理器模块包括PC机和微处理器模块；本装置目的在于测量甲烷和二氧化碳混合气体中甲烷的含量和二氧化碳的含量。
如图1 所示，采样气室为一个盒状多反射气室，盒状气室的上端分别放置红外光源1、进气口6、出气口7和温度传感器8，气室的左端放置装载有待测气体滤光片及参比滤光片的热释电探测器5，气室内置一个倾斜反射镜9及垂直反射镜10，使得经过微处理器驱动的光源发出的光打到倾斜反射镜上，在经过垂直反射镜的折射，将光打到热释电探测器上，倾斜反射镜9、垂直反射镜10的组合可以增加红外光的照射距离，从而提高其检测精度。
红外光在球体气室内被待测气体充分吸收，探测器输出两个测量电信号和一个参比电信号，三个电信号输出到电路模块。电信号经过信号放大模块和滤波去噪模块后传输至模数转换模块，模数转换模块将接收到的电信号转化为数字信号并传输至微处理器模块。微处理器再将各组分气体的真实浓度及温度数据传至NB-IoT蜂窝通信模块，工作人员可以通过各种PC或手持终端接收到基于物联网蜂窝通信数组NB-IoT所传递的温度及浓度探测数据。
把甲烷和二氧化碳混合气体从进气口6通入。当气体分子碰到红外光，根据郎伯-比尔吸收定律，气体分子对特定波长的红外光有吸收作用，具体是二氧化碳对波长为4.26μm的红外光有吸收作用，甲烷对 3.4μm的红外光有吸收作用。甲烷测量滤光片2和二氧化碳测量滤光片3的作用就是只让波长为3.4μm和4.26μm的红外光通过。参比滤光片4起对照作用，具体波长可以随意设定，比如3.8μm。实验中，红外光源1持续放出特定波长范围的红外光，如1-10μm，经过混合气体吸收后，波长3.4μm和4.26μm的红外光强度变弱。透过滤光片，3.4μm，3.8μm和4.26μm的红外光打在热释电探测器5上，探测器输出两个测量电信号和一个参比电信号，三个电信号输出到电路模块。两个反射镜的作用是增加光程，就是使气体充分吸收红外光。传统气室没有反射镜，那么气室要做的很长才能达到同样的充分吸收的效果。增加两面反射镜，能让气室体积大大减小。
本实用新型采用物联网蜂窝通信数组NB-IoT，为PC端提供基于物联网的气体浓度数据传输解决方案，实现气体浓度的上报、环境的监控等功能，解决未来各地气体传感器的可靠安全接入和连接管理。
本实用新型采用盒状多反射式结构气室大大减小了体积，采用物联网蜂窝通信数组NB-IoT降低了功耗，便于工作人员随时随地检测气体浓度而不需实地测量。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，其特征在于：包括盒状的气室，所述气室上部开设有一开口以及进气口（6）和出气口（7），所述开口处设置有照向气室内的红外光源（1），气室内一侧为垂直反射镜（10），另一侧纵向布置两个热释电传感器（5），其中，一个热释电传感器（5）上设置有一个甲烷测量滤光片（2）和一个参比滤光片（4），另一个热释电传感器（5）上设置有一个二氧化碳测量滤光片（3）和一个参比滤光片（4）。
2.根据权利要求1所述的一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，其特征在于：所述气室上部还开设有一开口，该开口处设置有温度传感器（8）。
3.根据权利要求1所述的一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，其特征在于：所述气室内安装有倾斜反射镜（9），倾斜反射镜（9）远离垂直反射镜（10）设置。
4.根据权利要求3所述的一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，其特征在于：所述倾斜反射镜（9）为倾斜45度，倾斜面位于红外光源（1）下方。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于盒状反射式气室的多组分红外气体检测装置，其特征在于：所述倾斜反射镜（9）位于垂直反射镜（10）的中心高度。
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