專利名稱：基于led光源的co氣體檢測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CO氣體檢測(cè)領(lǐng)域，一種基于LED光源的CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
紅外光譜法對(duì)CO氣體進(jìn)行檢測(cè)是近些年開展起來(lái)的一種光學(xué)氣體檢測(cè)方法。其原理是利用CO氣體在紅外波段的特征吸收來(lái)判斷其成分的存在；利用CO氣體分子對(duì)紅外光譜能量吸收的大小來(lái)反演濃度。CO氣體的紅外吸收波段如圖1所示，濃度反演是根據(jù)比爾一朗伯定律，如圖2所示。在6250 - 6410波長(zhǎng)范圍內(nèi)，CO氣體有較強(qiáng)吸收，這個(gè)吸收也稱之為指紋吸收，即一旦在6250 — 6410波長(zhǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)紅外吸收，一定是CO氣體引起。那么它的濃度到底是多少，就需要下面的比爾一朗伯定律來(lái)去計(jì)算。比爾一朗伯定律用于說(shuō)明光傳輸現(xiàn)象。圖2中，Io為入射的單色光強(qiáng)度，I為透過(guò)光強(qiáng)度，1為光程長(zhǎng)度(m)，c為吸光物質(zhì)的濃度(ml/1)，Epsilon為吸光物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)(1/ml-m)，Log Ι/Ιο也稱為吸光率或者透光度。比爾一朗伯定律說(shuō)明，當(dāng)有一束已知強(qiáng)度的紅外光Itl照射，被某一種氣體吸收后， 光強(qiáng)會(huì)變?nèi)?，吸收之后的光I稱之為出射光強(qiáng)。那么入射光強(qiáng)和出射光強(qiáng)之間符合比爾一朗伯定律，這說(shuō)明氣體的吸收不僅僅和濃度有關(guān)，還與吸收系數(shù)、吸收距離有關(guān)。因此，當(dāng)我們已知CO氣體，固定吸收長(zhǎng)度，測(cè)出入射，出射光強(qiáng)，就可以反推出濃度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于LED光源的CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)及方法，利用LDE作為 CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)的光源，來(lái)解決現(xiàn)有CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)光源不夠穩(wěn)定、需要機(jī)械調(diào)制、 需要去除干擾光等問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種基于LED光源的CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括有LED光源，所述LED光源的前方光路上設(shè)有氣體吸收池，所述氣體吸收池的兩端分別設(shè)有入、出光孔，氣體吸收池上分別設(shè)有進(jìn)、出氣口，所述的進(jìn)氣口外接氣源，所述氣體吸收池內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，所述的溫度傳感器依次外接數(shù)據(jù)采集器和單片機(jī)。一種基于LED光源的CO氣體檢測(cè)方法，其特征在于其具體包括以下步驟首先向氣體吸收池中通入待測(cè)CO氣體，LED光源發(fā)出的光由入光孔進(jìn)入氣體吸收池，并穿過(guò)氣體吸收池中的待測(cè)CO氣體，然后從出光孔出射，其中部分光被待測(cè)CO氣體吸收；溫度傳感器探測(cè)到穿過(guò)待測(cè)CO氣體吸收之后的光的光強(qiáng)信號(hào)，并獲得的光強(qiáng)信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后將光強(qiáng)信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理并根據(jù)比爾一朗伯定律計(jì)算出待測(cè)CO 氣體的濃度。所述的基于LED光源的CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述LED光源的中心波長(zhǎng)為4. 45微米。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明解決了現(xiàn)有CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)光源不夠穩(wěn)定、需要機(jī)械調(diào)制、需要去除干擾光等問(wèn)題，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明CO氣體紅外吸收光譜圖。圖2為本發(fā)明比爾一朗伯定律推導(dǎo)示意圖。圖3為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明黑體輻射光譜圖。圖5為本發(fā)明中心波長(zhǎng)為4. 45微米LED發(fā)光光譜圖。圖6為本發(fā)明氣體吸收池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖3，一種基于LED光源的CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括有LED光源，LED光源的前方光路上設(shè)有氣體吸收池，氣體吸收池的兩端分別設(shè)有入、出光孔，氣體吸收池上分別設(shè)有進(jìn)、出氣口，進(jìn)氣口外接氣源，氣體吸收池內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器依次外接數(shù)據(jù)采集器和單片機(jī)。一種基于LED光源的CO氣體檢測(cè)方法，具體包括以下步驟首先向氣體吸收池中通入待測(cè)CO氣體，LED光源發(fā)出的光由入光孔進(jìn)入氣體吸收池，并穿過(guò)氣體吸收池中的待測(cè)CO氣體，然后從出光孔出射，其中部分光被待測(cè)CO氣體吸收；溫度傳感器探測(cè)到穿過(guò)待測(cè)CO氣體吸收之后的光的光強(qiáng)信號(hào)，并獲得的光強(qiáng)信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后將光強(qiáng)信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理并根據(jù)比爾一朗伯定律計(jì)算出待測(cè)CO氣體的濃度。LED光源的中心波長(zhǎng)為4. 45微米。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明
本系統(tǒng)和以往系統(tǒng)的最大區(qū)別在于，采用了 LED作為光源。傳統(tǒng)的非分散紅外吸收光譜檢測(cè)系統(tǒng)，都是利用燈絲作為光源，燈絲近似于黑體，如圖4所示，黑體光源的輻射包含了很寬的范圍，也包含了許多的氣體的吸收波段，而LED光源發(fā)出特定波段的輻射，通過(guò)選擇，選取適合CO氣體吸收波段的LED作為光源有光強(qiáng)強(qiáng)，穩(wěn)定，選擇性好，抗干擾好，可脈沖調(diào)制等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明選擇中心波長(zhǎng)為4. 45微米的LED作為光源，如圖5所示。正好包含了 CO 的特征吸收帶4. 65微米附近區(qū)域。LED可以被調(diào)制成脈沖形式輸出，這樣可以解決機(jī)械調(diào)制所帶來(lái)的不穩(wěn)定性等問(wèn)題。調(diào)制之后的脈沖光入射到懷特池，經(jīng)過(guò)多次反射，被溫度傳感器接收。懷特池的反射鏡是由鍍金的鏡面構(gòu)成，增加了反射效率。氣體吸收池采用懷特池，如圖6所示。溫度傳感器接收后的信號(hào)，經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換之后交給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)根據(jù)已知的光程長(zhǎng)度(即反射次數(shù)和懷特池長(zhǎng)度的乘積)，吸收系數(shù)(CO氣體吸收系數(shù)已知)，入射光強(qiáng)，出射光強(qiáng)(均可由溫度傳感器獲得)就可以計(jì)算出被測(cè)量CO氣體的濃度。
權(quán)利要求
1.一種基于LED光源的CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括有LED光源，所述LED光源的前方光路上設(shè)有氣體吸收池，所述氣體吸收池的兩端分別設(shè)有入、出光孔，氣體吸收池上分別設(shè)有進(jìn)、出氣口，所述的進(jìn)氣口外接氣源，所述氣體吸收池內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，所述的溫度傳感器依次外接數(shù)據(jù)采集器和單片機(jī)。
2.一種基于LED光源的CO氣體檢測(cè)方法，其特征在于其具體包括以下步驟首先向氣體吸收池中通入待測(cè)CO氣體，LED光源發(fā)出的光由入光孔進(jìn)入氣體吸收池，并穿過(guò)氣體吸收池中的待測(cè)CO氣體，然后從出光孔出射，其中部分光被待測(cè)CO氣體吸收；溫度傳感器探測(cè)到穿過(guò)待測(cè)CO氣體吸收之后的光的光強(qiáng)信號(hào)，并獲得的光強(qiáng)信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后將光強(qiáng)信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理并根據(jù)比爾一朗伯定律計(jì)算出待測(cè)CO氣體的濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LED光源的CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述LED光源的中心波長(zhǎng)為4. 45微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于LED光源的CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)及方法，包括有LED光源，所述LED光源的前方光路上設(shè)有氣體吸收池，氣體吸收池上分別設(shè)有入、出光孔以及進(jìn)、出氣口，氣體吸收池內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器依次外接數(shù)據(jù)采集器和單片機(jī)；首先向氣體吸收池中通入待測(cè)CO氣體，LED光源發(fā)出的光由入光孔進(jìn)入氣體吸收池，并穿過(guò)氣體吸收池中的待測(cè)CO氣體，然后從出光孔出射，其中部分光被待測(cè)CO氣體吸收，溫度傳感器探測(cè)到穿過(guò)待測(cè)CO氣體吸收之后的光的光強(qiáng)信號(hào)，并獲得的光強(qiáng)信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理并計(jì)算出待測(cè)CO氣體的濃度。本發(fā)明解決了現(xiàn)有CO氣體檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)光源不夠穩(wěn)定、需要機(jī)械調(diào)制、需要去除干擾光等問(wèn)題，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01J1/42GK102183479SQ20111005947
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月12日
發(fā)明者張德祥, 張晶晶, 朱敏, 李桂華, 胡斗猛, 趙吉文, 閻慶, 陳曉寧 申請(qǐng)人:安徽大學(xué)