CN212964616U - 具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器及其传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器，所述的三通道红外探测器具有待测气体检测通道、参比通道以及湿度补偿通道，所述的三通道红外探测器分别通过所述的待测气体检测通道、参比通道以及湿度补偿通道接收来自红外光源的红外光线，所述的湿度补偿通道基于红外吸收原理检测待测气体中的水蒸气浓度，以补偿待测气体检测通道中检测的气体浓度。本实用新型的具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器及其应用，采用的是红外技术(NDIR)检测水蒸气的浓度，抵消湿度对红外气体传感器的影响，实现自动补偿。
Description
技术领域
本实用新型涉及红外气体传感器技术领域，涉及一种具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器及其应用。
背景技术
红外气体传感器是利用非色散红外吸收原理(NDIR，Non-Dispersive Infrared)制备的用于检测目标气体浓度的传感器，具有精度高、稳定性好、寿命长等优点，被广泛应用于航空航天、医疗、工业、农业、民用等领域。随着使用环境越来越复杂，对工业安全的重视度也越来越高，对传感器的性能提出了更高的要求。传感器除了基本性能需满足要求外，对温度、湿度特性也提出了新的标准。
湿度问题一直是NDIR传感器失效的主要原因之一，传统NDIR传感器采用集成湿度芯片来补偿湿度的影响，但随着长时间的使用，该方法无法完全补偿湿度对传感器的影响。
现有技术，专利“红外甲烷传感器及抗水汽的方法”(专利申请公布号“CN103105464A”)，专利“一种NDIR气体传感器系统及温湿度补偿方法”(专利申请公布号“CN110006837A”)，专利“一种红外CO2气体传感器及气标定系统和温湿度补偿算法”(专利申请公布号“CN108982396A”)，均包含了NDIR气体传感器湿度补偿算法，这几种算法都采用了湿度传感器来检测环境中的湿度，从而对气体传感器读数进行补偿，但是采用湿度补偿算法计算过程复杂，效果不佳。
实用新型内容
本实用新型的主要目的就是针对以上存在的NDIR红外气体传感器在长期使用过程中受湿度影响的问题，提供一种具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器及其应用。
为了实现上述目的，本实用新型采用的具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器的技术方案如下：
所述的三通道红外探测器具有待测气体检测通道、参比通道以及湿度补偿通道，所述的三通道红外探测器分别通过所述的待测气体检测通道、参比通道以及湿度补偿通道接收来自红外光源的红外光线，所述的湿度补偿通道基于红外吸收原理检测待测气体中的水蒸气浓度，以补偿待测气体检测通道中检测的气体浓度。
较佳地，所述的湿度补偿通道设置窄带滤光片，所述的窄带滤光片用于透过2.6～2.8微米的红外光。
较佳地，所述的窄带滤光片的中心波长为2.7微米，带宽为200nm。
本实用新型还提供了一种具有湿度自动补偿功能的红外气体传感器，所述的红外气体传感器包括：
红外光源，用于发出红外光线；
所述的三通道红外探测器，设置成与所述的红外光源相距预设间距，用于接收所述的红外光源的红外光线，所述的湿度补偿通道基于红外吸收原理检测待测气体中的水蒸气浓度，以补偿待测气体检测通道中检测的气体浓度。
本实用新型的具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器及其应用，采用的是红外技术(NDIR)检测水蒸气的浓度，抵消湿度对红外气体传感器的影响，实现自动补偿。
附图说明
图1显示在光源衰减前的本实用新型提供的红外气体传感器。
图2显示在光源衰减前湿度补偿效果图。
图3显示传统NDIR湿度补偿结构。
图4显示在光源衰减后传统NDIR湿度补偿效果。
图5显示在光源衰减后的本实用新型提供的红外气体传感器。
图6显示在光源衰减后NDIR红外吸收湿度自动补偿效果。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。
如图1所示，为本实用新型还提供的具有湿度自动补偿功能的红外气体传感器，所述的红外气体传感器包括：红外光源，用于发出红外光线；三通道红外探测器，设置成与所述的红外光源相距预设间距，用于接收所述的红外光源的红外光线，在所述的红外光源和三通道红外探测器之间填充有待测气体，待测气体中具有待测气体分子和水蒸气分子。
如图3所示，为传统NDIR红外气体传感器的结构示意图，其主要由红外光源、双通道红外探测器以及湿度芯片组成，湿度传感器湿度补偿采用在传感器内部集成的湿度芯片检测湿度来进行补偿。
红外气体传感器易受湿度影响，尤其是红外可燃气体传感器。如图2所示，红外气体传感器在出厂时通常会进行湿度标定得到湿度影响曲线，通过对湿度进行补偿来计算出气体的浓度。随着传感器使用时间增长，红外光源光强衰减，在相同湿度的待测气体浓度中，传感器对湿度敏感度降低，从而导致真实湿度影响降低。如图4所示，利用湿度传感器补偿方法无法完全补偿传感器对湿度敏感度降低的特性，利用传统湿度传感器补偿后传感器读数偏低。
如图1所示，本实用新型提供的红外气体传感器中，三通道红外探测器具有湿度自动补偿功能，其中所述的三通道红外探测器具有待测气体检测通道、参比通道以及湿度补偿通道，所述的三通道红外探测器分别通过所述的待测气体检测通道、参比通道以及湿度补偿通道接收来自红外光源的红外光线，所述的湿度补偿通道基于红外吸收原理检测待测气体中的水蒸气浓度，以补偿待测气体检测通道中检测的气体浓度。参比通道用于补偿红外光源衰减。
其中，第三通道为湿度补偿通道，基于红外技术(NDIR)检测湿度，第三通道安装窄带滤光片，只允许2.6～2.8微米的红外光透过，该窄带滤光片的中心波长为2.7微米，带宽200nm 左右，用于检测水蒸气的浓度。
湿度对红外气体传感器的影响，从本质上来说是水蒸气和待测气体的红外吸收峰有重叠，在有水蒸气的情况下，检测通道会误把水蒸气当作待测气体分子，从而使检测浓度不准。随着长时间的使用，红外光源衰减，传感器检测通道对待测气体分子和水蒸气分子灵敏度同比例降低，此时，第三通道对水蒸气分子灵敏度也降低，将两路信号相除，可抵消湿度对传感器的影响，实现自动补偿。
而，现在的技术中在传感器内部集成的湿度芯片检测的是环境中水蒸气的浓度，只与环境中水蒸气浓度有关，不会随着光源的衰减而变化，因此当光源衰减时，无法与湿度对气体传感器影响同步，导致补偿不够准确，浓度偏差大。
本实用新型主要采用红外吸原理对传感器湿度进行自动补偿，根据朗伯-比尔定律:I＝I0e-αCL,其中I0为红外光源发出的红外光强，α为目标气体的红外吸收系数，C为水蒸气的浓度，I 为外探测器接受到的光强大小，L为红外光从光源到探测器所经过的路程，如图5所示，当红外光源发生衰减时，传感器对待测气体分子和水蒸气分子敏感度同比例降低。如图6所示，利用本实用新型提供的三通红外探测器测得的湿度对传感器的影响为真实湿度对传感器的影响，因此，可完全补偿在光源衰减后湿度对传感器的影响，进得到的气体浓度更准确。
因此，本实用新型主要基于与检测气体相同的红外技术去检测湿度，在传感器光源衰减时也能有效的补偿湿度的影响，提高了传感器在高湿情况下读数的准确性，提升了传感器的长期稳定性，不同于现有技术采用的湿敏元件(湿敏电阻或湿敏电容)检测湿度。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (3)
1.一种具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器，其特征在于，所述的三通道红外探测器具有待测气体检测通道、参比通道以及湿度补偿通道，所述的三通道红外探测器分别通过所述的待测气体检测通道、参比通道以及湿度补偿通道接收来自红外光源的红外光线，所述的湿度补偿通道基于红外吸收原理检测待测气体中的水蒸气浓度，以补偿待测气体检测通道中检测的气体浓度，所述的湿度补偿通道设置窄带滤光片，所述的窄带滤光片用于透过2.6～2.8微米的红外光。
2.根据权利要求1所述的具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器，其特征在于，所述的窄带滤光片的中心波长为2.7微米，带宽为200nm。
3.一种具有湿度自动补偿功能的红外气体传感器，其特征在于，所述的红外气体传感器包括：
红外光源，用于发出红外光线；
权利要求1或2所述的三通道红外探测器，设置成与所述的红外光源相距预设间距，用于接收所述的红外光源的红外光线，所述的湿度补偿通道基于红外吸收原理检测待测气体中的水蒸气浓度，以补偿待测气体检测通道中检测的气体浓度。
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| CN202020545480.0U CN212964616U (zh) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | 具有湿度自动补偿功能的三通道红外探测器及其传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN212964616U true CN212964616U (zh) | 2021-04-13 |
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ID=75341360
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Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN212964616U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2615600A (en) * | 2022-02-15 | 2023-08-16 | Gas Sensing Solutions Ltd | Gas sensor reference |
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2020
- 2020-04-14 CN CN202020545480.0U patent/CN212964616U/zh active Active
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