CN209858424U - 基于多反射球体气室的红外气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及了基于多反射球体气室的红外气体检测装置，具体涉及了多反射球气室模型。基于多反射球体气室的红外气体检测装置，包括采样室，在采样室内设有红外光源，采样室内还布热释电传感器；热释电传感器内设有甲烷测量滤光、二氧化碳测量滤光片及参比滤光片，采样室上设有气体接入口；该采样室为球形。本实用新型提供的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，采用双组分甲烷和二氧化碳气体检测装置，由于采用了球体气室，其光程长度可以得到明显增加，从而提高其检测精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及了基于多反射球体气室的红外气体检测装置，具体涉及了多反射球气室模型。
背景技术
近年来，随着人们对自身生活环境的重视，以及大气污染问题层出不穷，如何有效减小有毒、有害气体对人类健康的危害，己经成为当前函待解决的重要问题。以甲烷和二氧化碳为例，作为大气中最主要的温室气体。当空气中甲烷含量超过5%时，极易发生爆炸及火灾等事故；而空气中二氧化碳超过一定的量时会影响呼吸，含量过高时甚至会使人神志不清、呼吸逐渐停止。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，对石油化工、电力系统、环境检测等领域至关重要。
对于这两种气体浓度检测，目前最常用的方法有电化学法、催化燃烧法、气相色谱法等，这些方法普遍存在着测量精度差，检测范围窄，需频繁校准的缺点，且在检测高浓度气体时易受背景气体的干扰。随着红外探测技术的发展，与其他检测技术相比，基于非分光红外原理的气体检测方法具有检测精度高、抗干扰能力强等优点。因此，采用红外吸收原理研究开发甲烷和二氧化碳双组分检测系统，将对保障工业正常生产和人民生命安全有着十分重要的意义，并且有着广阔的市场前景。
气室作为气体传感器系统的重要组成部分，气室结构的特点对传感器系统的浓度检测范围、系统检测灵敏度以及响应时间等都会产生巨大的影响。目前，传统吸收气室主要分为透射式和反射式两大类，其中，透射式气体吸收池结构简单、尺寸较大，不利于系统的小型化，故现在利用率较低；反射式气体吸收池利用了光线在气室中多次反射的原理，使得传感长度能达到投射式气体吸收池的几倍甚至几十倍。
实用新型内容
本实用新型提以多反射式球体气室模型为基础，基于多反射球体气室的红外气体检测装置。
本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，包括采样室，在采样室内设有红外光源，采样室内还布热释电传感器；热释电传感器内设有甲烷测量滤光、二氧化碳测量滤光片及参比滤光片，采样室上设有气体接入口；该采样室为球形。
本实用新型所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，所述球形的采样室与外部处理端相连，采样室通过电路模块向外部处理端输出检测信号。
本实用新型所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，所述的电路模块包括信号放大模块、滤波去噪模块、数据转换模块、LoRa无线通讯模块，微处理端；所述的采样室上的热释电传感器的信号输出端与信号放大模块的信号接收端相连；信号放大模块的信号输出端与滤波去噪模块的信号接收端相连，滤波去噪模块的信号输出端与微处理端的信号接收端相连，微处理端通过LoRa无线通讯模块将信号传递至外部处理端。
本实用新型所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，所述微处理端还与光源驱动模块相连；光源驱动模块用于控制红外光源。
本实用新型所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，所述的外部处理端为PC设备。
本实用新型所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，所述的气体接入口由气口一及气口二组成；气口一与红外光源位于球形的采样室的上部直径的两端处；气口二与热释电传感器位于球形的采样室的下部直径的两端处。
本实用新型所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，所述球形的采样室内表面涂有漫反射涂料聚四氟乙烯涂层。
本实用新型所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，所述的球形的采样室内填充甲烷与二氧化碳气体。
有益效果
本实用新型提供的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，采用双组分甲烷和二氧化碳气体检测装置，由于采用了球体气室，其光程长度可以得到明显增加，从而提高其检测精度。
本实用新型提供的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，进气口与出气口可相互转换，便于不同质量的气体进入，充分接触光线。例如，密度大于空气的气体，将进气口设在上方，当其下沉时可充分接触光线；而密度小于空气的气体，将进气口设在下方，当其上升时可充分接触光线，便于吸收。
本实用新型提供的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，采用无线技术LoRa，使得气体浓度显示端可与测量端相距较远的距离，便于工作人员随时检测气体浓度而不需实地测量。
附图说明
图1是本实用新型的基于多反射球体气室的红外气体检测装置的结构示意图；
图2是本实用新型的基于多反射球体气室的红外气体检测装置的模块连接示意图。
图中1是红外光源，2是甲烷测量滤光片，3是二氧化碳测量滤光片，4是参比滤光片，5是热释电传感器，6是进气口，7是出气口。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
如图1所示：本实用新型的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，包括采样室，在采样室上设有红外光源1，采样室还布置甲烷测量滤光2、二氧化碳测量滤光片3、参比滤光片4及热释电传感器5，采样室上设有进气口6与出气口7；该采样室为球形。出气口7和红外光源1位于球形的采样室直径的两端处；进气口6与热释电传感器5于与出气口7所在直径的垂直方向的两端点。这样设置便于确定光源发出的光能够经过数次反射后被热释电传感器接收。热释电传感器是用于接收光线，并将其转换为电能的装置。
球形的采样室内表面涂有漫反射涂料聚四氟乙烯，便于光线在里面充分折射。采样室内填充甲烷与二氧化碳气体。
当体气体密度小于空气密度时，由球形采样室下部的出气口为进气端，此时进气口为出气端，当体气体密度大于空气密度时，球形采样室下部的出气口为出气端，上部为进气端。
如图2所示：基于多反射球体气室的红外气体检测装置，其电路模块包括信号放大模块、滤波去噪模块、数据转换模块、LoRa无线通讯模块，微处理端；所述的采样室上的热释电传感器的信号输出端与信号放大模块的信号接收端相连；信号放大模块的信号输出端与滤波去噪模块的信号接收端相连，滤波去噪模块的信号输出端与微处理端的信号接收端相连，微处理端通过LoRa无线通讯模块将信号传递至外部处理端。微处理端还与光源驱动模块相连；光源驱动模块用于控制红外光源。外部处理端为PC设备。
本实用新型的测试方法如下：
经过电调制的红外光源发出红外光，红外光在球体气室内被待测气体充分吸收，再经过测量通道滤光片和参比通道滤光片到达热释电传感器，热释电传感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。
光源驱动模块驱动红外光源向三元红外热释电传感器发射红外光，三元红外热释电传感器接收红外光并向信号放大模块输出电信号，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传至LoRa无线通讯模块，通过LoRa的无线技术进行一对多通讯，使得工作人员不用到现场就可以通过手持终端接收到待测地区气体浓度的实时数据。PC机通过LoRa的无线接收微处理器中的数据，对其进行进一步分析处理。
积分球气室的光程长度可表示为如下公式：
式中，R为气室半径，为涂层反射概率，为气体分子的消光系数，表示为积分球开口面积与积分球内表面面积之比。
其中，涂层的反射率越大，积分球的反射次数也越多，其光程也将越长；积分球的开口面积与积分球内表面面积比和消光系数越小时，光程将越长。
通过实验数据模拟，选用聚四氟乙烯涂层，并将开口面积之比设定为小于0.02，即可使得光程长度相较于普通气室获得大幅提升。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.基于多反射球体气室的红外气体检测装置，其特征在于：包括采样室，在采样室内设有红外光源，采样室内还布热释电传感器；热释电传感器内设有甲烷测量滤光、二氧化碳测量滤光片及参比滤光片，采样室上设有气体接入口；该采样室为球形。
2.根据权利要求1所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，其特征在于：所述球形的采样室与外部处理端相连，采样室通过电路模块向外部处理端输出检测信号。
3.根据权利要求2所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，其特征在于：所述的电路模块包括信号放大模块、滤波去噪模块、数据转换模块、LoRa无线通讯模块，微处理端；所述的采样室上的热释电传感器的信号输出端与信号放大模块的信号接收端相连；信号放大模块的信号输出端与滤波去噪模块的信号接收端相连，滤波去噪模块的信号输出端与微处理端的信号接收端相连，微处理端通过LoRa无线通讯模块将信号传递至外部处理端。
4.根据权利要求3所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，其特征在于：所述微处理端还与光源驱动模块相连；光源驱动模块用于控制红外光源。
5.根据权利要求2所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，其特征在于：所述的外部处理端为PC设备。
6.根据权利要求1所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，其特征在于：所述的气体接入口由进气口及出气口组成；进气口与红外光源位于球形的采样室的上部直径的两端处；出气口与热释电传感器位于球形的采样室的下部直径的两端处。
7.根据权利要求1或2或6所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，其特征在于：所述球形的采样室内表面涂有漫反射涂料聚四氟乙烯涂层。
8.根据权利要求1或2或6所述的基于多反射球体气室的红外气体检测装置，其特征在于：所述的球形的采样室内填充甲烷与二氧化碳气体。
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