CN221038699U - 一种红外气体传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外气体传感器，涉及气体传感器技术领域，本实用新型包括气体池、气体池内部设有红外光源、斩波器、红外探测器组件以及若干反射镜，红外光源以及红外探测器组件分别位于气体池两端，气体池外部设有电路板；红外探测器组件包括设置在气体池端部的第一热释电红外传感器以及第二热释电红外传感器，第一热释电红外传感器用于接收测量通道内红外光经过气体吸收后的光能，第二热释电红外传感器用于接收参考通道内红外光的光能，第一热释电红外传感器处设有第一滤光片，第二热释电红外传感器处设有第二滤光片，电路板上设有电路模块。本实用新型为一种红外气体传感器，甲烷气体监控效果好。

Description

一种红外气体传感器

技术领域

本实用新型涉及气体传感器技术领域，特别涉及一种红外气体传感器。

背景技术

在煤矿生产过程中，为了保证安全作业，就需要在现场进行甲烷气体监控，因此就需要用到一种红外气体传感器，中国专利CN208420691U公开的一种红外气体传感器，包括红外光源、斩波器、长光程气体吸收池、红外探测器、第一角反射镜、第二角反射镜、大凹面反射镜、第一小凹面反射镜和第二小凹面反射镜；红外光源位于斩波器的下方，斩波器位于长光程气体吸收池右侧的下方，用于将红外光源发出的光进行调制；第一角反射镜和第二角反射镜用于反射调制后的光源；第一小凹面反射镜、第二小凹面反射镜和大凹面反射镜相对布置，用于多次反射调制后的光源；红外探测器用于接收反射出来的光源并进行检测。

然而现有的红外气体传感器在使用时存在一些弊端，比如：最后由红外探测器来接收信号，然后将气体吸收的光能转化为电能，此时信号十分微弱，而且易受到各种因素的干扰，使得气体传感器获取的测量信号误差较大，为此，我们提出一种红外气体传感器。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种红外气体传感器，以解决现有的红外气体传感器测量误差大的问题。

基于上述目的，本实用新型提供了一种红外气体传感器，包括气体池、所述气体池内部设有红外光源、斩波器、红外探测器组件以及若干反射镜，所述红外光源以及所述红外探测器组件分别位于所述气体池两端，所述气体池外部设有电路板；所述红外探测器组件包括设置在所述气体池端部的第一热释电红外传感器以及第二热释电红外传感器，所述第一热释电红外传感器用于接收测量通道内红外光经过气体吸收后的光能，所述第二热释电红外传感器用于接收参考通道内红外光的光能，所述第一热释电红外传感器处设有第一滤光片，所述第二热释电红外传感器处设有第二滤光片，所述电路板上设有电路模块。

进一步地，所述电路模块包括电源、单片机、放大电路以及显示单元，所述电路模块处理第一热释电红外传感器以及第二热释电红外传感器的信号时，首先用窗函数对该信号进行滤波，其次经过放大电路对所测的信号进行放大，再经过模数转换后，将信号传输给所述单片机分析测得待测气体的浓度。

进一步地，所述气体池呈方形管状结构，所述红外光源倾斜设置，所述红外光源与水平面夹角为45°，所述斩波器与所述红外光源平行。

进一步地，所述第一热释电红外传感器以及所述第二热释电红外传感器并列设置，所述第一热释电红外传感器以及所述第二热释电红外传感器水平面夹角为°，所述红外光源发出的红外光经过所述斩波器处理后，在经过若干反射镜反射，最终被所述第一热释电红外传感器以及所述第二热释电红外传感器接收。

进一步地，所述气体池一端上侧贯通连接有进气管，所述气体池另一端下侧贯通连接有出气管。

进一步地，所述气体池一侧不设有壳体，所述气体池另一侧设有安装架，所述壳体套设在所述电路板外侧。

进一步地，所述气体池中部内壁设有温度传感器，所述电路模块还包括设置在所述电路板上的温度测量电路。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型中，当需要对甲烷气体浓度进行检测时，首先用一定频率的电压信号对红外光源进行调制；红外光源由斩波器进行滤波，过滤出不需要的红外光波长，随后红外光辐射通过待测气体，待测甲烷气体吸收能量后，对红外光进行第二次滤波；在所述第一热释电红外传感器的测量通道前安装中心波长为.um的第一滤光片，在所述第二热释电红外传感器的参考通道前安装.um的第二滤光片，最后由热释电接收信号后将气体吸收的光能转化为电能，由于此时信号十分微弱，而且易受到各种因素的干扰，所以先用窗函数对该信号进行滤波，其次经过放大电路对探测器的所测的号进行放大，最后经过模数转换后，将信号传给单片机就分析测得甲烷的浓度，且测量的精度较高，使得甲烷气体监控效果更好。

附图说明

图1为本实用新型一种红外气体传感器的整体结构示意图；

图2为本实用新型一种红外气体传感器的俯视结构示意图；

图3为本实用新型图2中A-A处的剖视结构示意图；

图4本实用新型一种红外气体传感器的内部结构示意图。

图中：1、气体池；2、红外光源；3、红外探测器组件；4、反射镜；5、电路板；6、斩波器；7、电路模块；8、壳体；9、安装架；10、温度传感器；11、进气管；12、出气管；31、第一热释电红外传感器；32、第二热释电红外传感器；33、第一滤光片；34、第二滤光片；71、电源；72、单片机；73、放大电路；74、显示单元；75、温度测量电路。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本实用新型进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

请一并参阅图1-图4，其中，图1为本实用新型一种红外气体传感器的整体结构示意图；图2为本实用新型一种红外气体传感器的俯视结构示意图；图3为本实用新型图2中A-A处的剖视结构示意图；图4本实用新型一种红外气体传感器的内部结构示意图。

一种红外气体传感器，包括气体池1、所述气体池1内部设有红外光源2、斩波器6、红外探测器组件3以及若干反射镜4，其特征在于：所述红外光源2以及所述红外探测器组件3分别位于所述气体池1两端，所述气体池1外部设有电路板5；所述红外探测器组件3包括设置在所述气体池1端部的第一热释电红外传感器31以及第二热释电红外传感器32，所述第一热释电红外传感器31用于接收测量通道内红外光经过气体吸收后的光能，所述第二热释电红外传感器32用于接收参考通道内红外光的光能，所述第一热释电红外传感器31处设有第一滤光片33，所述第二热释电红外传感器32处设有第二滤光片34，所述电路板5上设有电路模块7。

实际使用中，当需要对甲烷气体浓度进行检测时，首先用一定频率的电压信号对红外光源2进行调制；红外光源2由斩波器6进行滤波，过滤出不需要的红外光波长，随后红外光辐射通过待测气体，待测甲烷气体吸收能量后，对红外光进行第二次滤波；在所述第一热释电红外传感器31的测量通道前安装中心波长为3.30um的第一滤光片33，在所述第二热释电红外传感器32的参考通道前安装3.91um的第二滤光片34，最后由热释电接收信号后将气体吸收的光能转化为电能，由于此时信号十分微弱，而且易受到各种因素的干扰，所以先用窗函数对该信号进行滤波，其次经过放大电路73对探测器的所测的号进行放大，最后经过模数转换后，将信号传给单片机72就分析测得甲烷的浓度，且测量的精度较高，使得甲烷气体监控效果更好。

进一步地，所述电路模块7包括电源71、单片机72、放大电路73以及显示单元74，所述电路模块7处理第一热释电红外传感器31以及第二热释电红外传感器32的信号时，首先用窗函数对该信号进行滤波，其次经过放大电路73对所测的信号进行放大，再经过模数转换后，将信号传输给所述单片机72分析测得待测气体的浓度。

实际使用中，所述电源71使用带有隔离的双电源输出，可以隔离单片机72的电源与以热释电为主的红外探测器组件3的电源，所述电源71还连接有光源驱动电路，所述光源驱动电路用于向红外光源2提供工作时需要的稳定的电压为5V，稳定的电流为115ｍＡ。

实际使用中，设计了两路相同的滤波放大电路，一路对所述第一热释电红外传感器31的输出小信号进行处理；另一路是对所述第二热释电红外传感器32的参考信号进行处理分析；由于测量时对输出的电压进行放大时，倍数过大会造成电流和电压的不稳定，影响后续的数模转换和计算，所以信号使用一级的放大，第一级负反馈放大电路通过设计良好的电阻匹配，将信号放大到一定的倍数，通过调节两路通道的数之比，为下一级的滤波做准备，在滤波放大电路中，采用有源无限增益的多反馈带通滤波器，对上一级电路信号的相位进行调节，并且减少失真。

进一步地，所述气体池1呈方形管状结构，所述红外光源2倾斜设置，所述红外光源2与水平面夹角为45°，所述斩波器6与所述红外光源2平行，所述第一热释电红外传感器31以及所述第二热释电红外传感器32并列设置，所述第一热释电红外传感器31以及所述第二热释电红外传感器32水平面夹角为45°，所述红外光源2发出的红外光经过所述斩波器6处理后，再经过若干反射镜4反射，最终被所述第一热释电红外传感器31以及所述第二热释电红外传感器32接收。

进一步地，所述气体池1一端上侧贯通连接有进气管11，所述气体池1另一端下侧贯通连接有出气管12。

实际使用中，从进气管11向气体池1内部通入待测气体，然后待测气体从出气管12中排出。

进一步地，所述气体池1一侧不设有壳体8，所述气体池1另一侧设有安装架9，所述壳体8套设在所述电路板5外侧；壳体8主要用于保护电路板5以及电路模块7，安装架9主要用于将红外气体传感器安装在对应位置。

进一步地，所述气体池1中部内壁设有温度传感器10，所述电路模块7还包括设置在所述电路板5上的温度测量电路75，温度传感器10主要用于测量气体池1内部待测气体的温度，通过温度测量电路75实现将温度传输给单片机72。

综上所述，在实际使用时，首先从进气管11向气体池1内部通入待测气体，然后待测气体从出气管12中排出，需要对甲烷气体浓度进行检测时，首先在电源71驱动电路下用5V/115ｍＡ的电压信号对红外光源2进行调制；红外光源2由斩波器6进行滤波，过滤出不需要的红外光波长，在若干反射镜4的反射过程中，随后红外光辐射通过待测气体，待测甲烷气体吸收能量后，对红外光进行第二次滤波；在所述第一热释电红外传感器31的测量通道前安装中心波长为3.30um的第一滤光片33，在所述第二热释电红外传感器32的参考通道前安装3.91um的第二滤光片34，最后由热释电接收信号后将气体吸收的光能转化为电能，由于此时信号十分微弱，而且易受到各种因素的干扰，所以先用窗函数对该信号进行滤波，其次经过放大电路73对探测器的所测的号进行放大，最后经过模数转换后，将信号传给单片机72就分析测得甲烷的浓度。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本实用新型的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本实用新型旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (7)

1.一种红外气体传感器，包括气体池（1）、所述气体池（1）内部设有红外光源（2）、斩波器（6）、红外探测器组件（3）以及若干反射镜（4），其特征在于：所述红外光源（2）以及所述红外探测器组件（3）分别位于所述气体池（1）两端，所述气体池（1）外部设有电路板（5）；所述红外探测器组件（3）包括设置在所述气体池（1）端部的第一热释电红外传感器（31）以及第二热释电红外传感器（32），所述第一热释电红外传感器（31）用于接收测量通道内红外光经过气体吸收后的光能，所述第二热释电红外传感器（32）用于接收参考通道内红外光的光能，所述第一热释电红外传感器（31）处设有第一滤光片（33），所述第二热释电红外传感器（32）处设有第二滤光片（34），所述电路板（5）上设有电路模块（7）。

2.根据权利要求1所述的一种红外气体传感器，其特征在于：所述电路模块（7）包括电源（71）、单片机（72）、放大电路（73）以及显示单元（74），所述电路模块（7）处理第一热释电红外传感器（31）以及第二热释电红外传感器（32）的信号时，首先用窗函数对该信号进行滤波，其次经过放大电路（73）对所测的信号进行放大，再经过模数转换后，将信号传输给所述单片机（72）分析测得待测气体的浓度。

3.根据权利要求2所述的一种红外气体传感器，其特征在于：所述气体池（1）呈方形管状结构，所述红外光源（2）倾斜设置，所述红外光源（2）与水平面夹角为45°，所述斩波器（6）与所述红外光源（2）平行。

4.根据权利要求3所述的一种红外气体传感器，其特征在于：所述第一热释电红外传感器（31）以及所述第二热释电红外传感器（32）并列设置，所述第一热释电红外传感器（31）以及所述第二热释电红外传感器（32）水平面夹角为45°，所述红外光源（2）发出的红外光经过所述斩波器（6）处理后，再经过若干反射镜（4）反射，最终被所述第一热释电红外传感器（31）以及所述第二热释电红外传感器（32）接收。

5.根据权利要求4所述的一种红外气体传感器，其特征在于：所述气体池（1）一端上侧贯通连接有进气管（11），所述气体池（1）另一端下侧贯通连接有出气管（12）。

6.根据权利要求5所述的一种红外气体传感器，其特征在于：所述气体池（1）一侧不设有壳体（8），所述气体池（1）另一侧设有安装架（9），所述壳体（8）套设在所述电路板（5）外侧。

7.根据权利要求6所述的一种红外气体传感器，其特征在于：所述气体池（1）中部内壁设有温度传感器（10），所述电路模块（7）还包括设置在所述电路板（5）上的温度测量电路（75）。