一種紅外氣體傳感器及檢測方法
【專利摘要】針對現(xiàn)有礦用紅外氣體傳感器所存在的不足，本發(fā)明提供一種紅外氣體傳感器及檢測方法；傳感器包括外殼、內(nèi)筒體、電路組件、光源、紅外探測器、溫度傳感器、過濾膜、金屬網(wǎng)、通氣板；光源經(jīng)調(diào)制，周期性地輻射光波，經(jīng)待測氣體吸收后，照射在紅外探測器上，經(jīng)濾波、放大，提取具有與光源調(diào)制相同周期的電信號；本產(chǎn)品在測量模式下對待測氣體的濃度進(jìn)行檢測；在標(biāo)定模式下對設(shè)備自身進(jìn)行標(biāo)定；本發(fā)明有益的技術(shù)效果是：本產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定與可靠運(yùn)行，具有防爆性能，其在光源周期性輻射光波的加熱下，形成了呼吸性氣室，氣室與光學(xué)系統(tǒng)為一體，能同時(shí)進(jìn)行多種氣體濃度的檢測，其測量與標(biāo)定方法簡單、可靠。
【專利說明】一種紅外氣體傳感器及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于防爆檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及煤礦井下的氣體檢測技術(shù)，尤其涉及多組分的紅外氣體傳感器及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外氣體傳感器，是利用被測氣體對特定波長的紅外輻射有吸收的原理，根據(jù)各種氣體光譜曲線上某些特定波長處吸收峰的變化來測定氣體的濃度。
[0003]采用紅外技術(shù)的多組分氣體傳感器，彌補(bǔ)煤礦檢測儀器的不足，改善檢測儀器的性能，為煤礦安全提供更為行之有效的檢測手段及裝備，對提高煤礦的安全生產(chǎn)，保障國家財(cái)產(chǎn)和人員生命安全有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是，現(xiàn)有的紅外氣體傳感器不能適合于煤礦井下爆炸性環(huán)境、惡劣環(huán)境下使用，溫度、水汽、粉塵、腐蝕性氣體、易燃易爆氣體對傳感器造成損害，使其性能下降，具體表現(xiàn)總結(jié)為如下幾個(gè)方面:
1、現(xiàn)有的傳感器采用傳統(tǒng)的紅外氣體檢測手段、沒有充分考慮煤礦井下惡劣環(huán)境對傳感器的影響，采用檢測方法和溫度補(bǔ)償方法，不能保證傳感器長期工作的穩(wěn)定性和可靠性；
2、現(xiàn)有的傳感器防爆、防塵、防濕、防腐蝕性、防干擾性能差，影響傳感器在惡劣環(huán)境下的安全使用和測量的準(zhǔn)確性；
3、現(xiàn)有的傳感器氣室結(jié)構(gòu)及光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，因此，制造工藝復(fù)雜、成本高、維護(hù)困難，也很難實(shí)現(xiàn)對多組分氣體的測量；
4、現(xiàn)有的傳感器氣室結(jié)構(gòu)及檢測方法，不利于氣室與環(huán)境充分交換氣體，導(dǎo)致測量響應(yīng)時(shí)間長，對環(huán)境中氣體檢測的不可靠；
5、現(xiàn)有的傳感器一般只檢測一種氣體濃度；
6、現(xiàn)有的傳感器大多只輸出紅外探測器轉(zhuǎn)化的電信號，沒有后續(xù)信號處理；
7、現(xiàn)有的傳感器沒有提供較好的傳感器標(biāo)定與測量方法。
[0004]為此，大量的科研機(jī)構(gòu)與廠礦企業(yè)對紅外氣體傳感器進(jìn)行了廣泛的研究與技術(shù)探索，但仍然有需要進(jìn)一步改進(jìn)、完善的地方。專利“一種非色散紅外氣體傳感器”(CN201477043U)的加工要簡單些，但很難實(shí)現(xiàn)光路的聚焦。專利“雙光源雙敏感元件紅外多氣體檢測傳感器”(CN101105449)提供一種雙光源雙敏感元件紅外氣體檢測傳感器，其光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要反射鏡聚焦，且氣室的制造較為復(fù)雜，實(shí)用性差，該裝置無自檢與傳輸功能，使用的范圍有限。專利“具有通信設(shè)備的紅外氣體傳感器和傳達(dá)來自紅外氣體傳感器的校正信息的方法”(CN1886654A)則是介紹一種傳達(dá)來自紅外氣體傳感器的校正信息的方法，主要是針對傳感器外殼內(nèi)的紅外能量源的紅外能量，沒有對器件整體結(jié)構(gòu)與軟件方法提出一體化的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有紅外氣體傳感器所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種紅外氣體傳感器及檢測方法，其具體的結(jié)構(gòu)與檢測方法分別為:
一種紅外氣體傳感器，包括外殼1、內(nèi)筒體2和電路組件；其中，在內(nèi)筒體2的外部套有外殼1，在內(nèi)筒體2的底部連接有電路組件；此外:所述外殼I為中空圓筒，在外殼I的頂端設(shè)有向內(nèi)伸展的臺階11 ;所述臺階11呈環(huán)形；在臺階11的頂部罩覆有一層過濾膜12 ;在臺階11的底部罩有一層金屬網(wǎng)13，金屬網(wǎng)13的底面與一塊通氣板14相連接；所述通氣板14為薄片金屬盤狀，在通氣板14上均布有一圈貫穿孔15 ;即由過濾膜12、金屬網(wǎng)13和通氣板14將外殼I的頂部開口覆蓋起來；
所述內(nèi)筒體2為頂部封口的中空圓筒，在內(nèi)筒體2的底部設(shè)有向外延伸的環(huán)形邊21，在內(nèi)筒體2的側(cè)壁上設(shè)有一個(gè)進(jìn)光口 22 ;在環(huán)形邊21上設(shè)有一個(gè)準(zhǔn)三棱柱體，所述準(zhǔn)三棱柱體由反射板23、擋光板24和弧形板26圍繞而成，其中，反射板23與擋光板24相連處的棱角邊與進(jìn)光口 22左側(cè)的內(nèi)筒體2側(cè)壁相連接，弧形板26的底邊與環(huán)形邊21的一段邊緣相重合；在靠近擋光板24的環(huán)形邊21上設(shè)有一個(gè)通孔25 ；
內(nèi)筒體2的頂面與通氣板14的底面緊密接觸；內(nèi)筒體2的環(huán)形邊21與外殼I的內(nèi)壁相接；環(huán)形邊21與外殼I的連接處填充有環(huán)氧樹脂密封；外殼I與內(nèi)筒體2所圍成的區(qū)域構(gòu)成本紅外氣體傳感器的氣室9 ;即外界環(huán)境氣體依次穿過過濾膜12、金屬網(wǎng)13和通氣板14的貫穿孔15后擴(kuò)散并進(jìn)入氣室9 ；
所述電路組件包括底板3、光源4、紅外探測器5、溫度傳感器6和信號處理電路7 ;所述底板3為金屬圓板且與環(huán)形邊21的外徑等長；底板3與環(huán)形邊21的底面相連接，即通過底板3將內(nèi)筒體2下方的開口封?。?br> 在底板3頂面的中央設(shè)有紅外探測器5 ;在靠近紅外探測器5的底板3頂面上設(shè)有溫度傳感器6 ;光源4設(shè)置在靠近擋光板24 —側(cè)的氣室9端部，光源4的底部穿過通孔25后與底板3相連接；信號處理電路7安置在底板3上，并通過導(dǎo)線將紅外探測器5、溫度傳感器6和光源4分別與信號處理電路7相連接；
所述信號處理電路7的控制端與光源4相連，向光源4輸送周期性的電壓；信號處理電路7的信號輸入端分別與紅外探測器5以及溫度傳感器6的信號輸出端相連接；
所述光源4在周期性電壓的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生周期性的輻射光波；光源4產(chǎn)生的周期性輻射光波經(jīng)氣室9多次反射并穿過進(jìn)光口 22照射在紅外探測器5上；光源4產(chǎn)生的周期性輻射光波一方面用作檢測用的紅外輻射光波，另一方面對氣室9內(nèi)的氣體進(jìn)行周期性的加熱，促使氣室9內(nèi)的氣體周期性地膨脹收縮，從而實(shí)現(xiàn)氣室9內(nèi)的氣體與外殼I外部的環(huán)境氣體快速地進(jìn)行氣體交換，形成了 “呼吸性氣室”；
紅外探測器5將接收到的周期性輻射光波，轉(zhuǎn)化為與輻射光波相同周期的電信號后傳遞至信號處理電路7 ;溫度傳感器6實(shí)時(shí)檢測紅外探測器5附近的溫度并傳遞至信號處理電路7，供信號處理電路7對紅外探測器5傳回的電信號做溫度補(bǔ)償。
[0006]進(jìn)一步地說，光源4所發(fā)出的輻射光波的光譜范圍為可見光至紅外波段。紅外輻射優(yōu)選的波段范圍是2?5μπι、8?12μπι、2?12μπι和2?20 μ m ;紅外探測器5由2至16個(gè)紅外敏感元件構(gòu)成，其中I個(gè)紅外敏感元件接收波長為3.9μπι的紅外輻射，余下的紅外敏感元件的敏感面上均安裝有窄帶干涉濾光片，接收與窄帶干涉濾光片相對應(yīng)波長的紅外輻射；光源4所發(fā)出的輻射光波經(jīng)氣室9的多次反射后，形成的光斑直接照射在紅外探測器5的整個(gè)敏感面上，整個(gè)光路上不加設(shè)任何匯聚或分光的光學(xué)器件。[0007]進(jìn)一步地說，所述信號處理電路7由窄帶帶通濾波放大電路71、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路72、微處理器73、光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路74和接口 75組成；紅外探測器5的每個(gè)紅外敏感元件的信號輸出端均與一個(gè)窄帶帶通濾波放大電路71相連接；每個(gè)窄帶帶通濾波放大電路71的信號輸出端共同與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路72的多路模擬量輸入端相連接；窄帶帶通濾波放大電路71將紅外探測器5輸出的電信號進(jìn)行濾波、放大后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路72，濾波、放大后的電壓信號與微處理器73的驅(qū)動(dòng)光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路74的信號具有相同的周期；溫度傳感器6的信號輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路72的模擬量輸入端相連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路72的數(shù)字量輸出端與微處理器73的信號輸入端相連接，即模數(shù)轉(zhuǎn)換電路72將接收到的溫度信號和每個(gè)紅外敏感元件的電信號均轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后再輸入給微處理器73進(jìn)行處理；微處理器73依據(jù)接收到的數(shù)字量，進(jìn)行分析處理、溫度補(bǔ)償、計(jì)算出待測氣體的濃度；微處理器73的信號輸出端與光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路74的信號輸入端相連接；微處理器73負(fù)責(zé)產(chǎn)生周期性的控制信號，所述周期性的控制信號為方波；光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路74將接收到的周期性控制信號轉(zhuǎn)換成相同周期的電壓加載在光源4上，令光源4產(chǎn)生周期性的輻射光波，該輻射光波經(jīng)氣室9側(cè)壁反射和氣室9中待測氣體吸收后,照射在紅外探測器5的光敏面上,轉(zhuǎn)換成電信號；微處理器73與接口 75相連接，通過接口 75實(shí)現(xiàn)微處理器73與遠(yuǎn)程上位機(jī)的連接。
[0008]進(jìn)一步地說,紅外探測器5內(nèi)每一個(gè)紅外敏感元件均與一個(gè)窄帶帶通濾波放大電路71相連接；每一個(gè)窄帶帶通濾波放大電路71共同與一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路72多路模擬量輸入端相連接；窄帶帶通濾波放大電路71由第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl、第二電容C2和運(yùn)算放大器OP組成；其中，在運(yùn)算放大器OP的輸出端與負(fù)輸入端之間并聯(lián)有第一電阻Rl和第一電容Cl ;運(yùn)算放大器OP的負(fù)輸入端與第二電阻R2的一端相連接，第二電阻R2的另一端與第二電容C2的一端相連接；第二電容C2的另一端與紅外探測器5的供電電源負(fù)端相連接；運(yùn)算放大器OP的正輸入端與紅外敏感元件的輸出端相連接；運(yùn)算放大器OP的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路72相連接；窄帶帶通濾波放大電路71的傳輸函數(shù)是:
【權(quán)利要求】
1.一種紅外氣體傳感器,包括外殼(I)、內(nèi)筒體(2)和電路組件；其中，在內(nèi)筒體(2)的外部套有外殼(1)，在內(nèi)筒體(2)的底部連接有電路組件；其特征在于:所述外殼(I)為中空圓筒，在外殼(I)的頂端設(shè)有向內(nèi)伸展的臺階(11);所述臺階(11)呈環(huán)形；在臺階(11)的頂部覆蓋有一層過濾膜(12);在臺階(11)的底部罩有一層金屬網(wǎng)(13)，金屬網(wǎng)(13)的底面與通氣板(14)相連接；所述通氣板(14)為薄片金屬盤狀，在通氣板(14)上均布有一圈貫穿孔(15);即由過濾膜(12)、金屬網(wǎng)(13)和通氣板(14)將外殼(I)的頂部開口覆蓋起來；所述內(nèi)筒體(2)為頂部封口的中空圓筒，在內(nèi)筒體(2)的底部設(shè)有向外延伸的環(huán)形邊(21)，在內(nèi)筒體(2)的側(cè)壁上設(shè)有一個(gè)進(jìn)光口(22);在環(huán)形邊(21)上設(shè)有一個(gè)準(zhǔn)三棱柱體，所述準(zhǔn)三棱柱體由反射板(23)、擋光板(24)和弧形板(26)圍繞而成，其中反射板(23)與擋光板(24)相連處的棱角邊與進(jìn)光口(22)左側(cè)的內(nèi)筒體(2)側(cè)壁相連接，弧形板(26)的底邊與環(huán)形邊(21)的一段邊緣相重合；在靠近擋光板(24)的環(huán)形邊(21)上設(shè)有一個(gè)通孔(25)； 內(nèi)筒體(2)的頂面與通氣板(14)的底面緊密接觸；內(nèi)筒體(2)的環(huán)形邊(21)與外殼(I)的內(nèi)壁相接；在環(huán)形邊(21)與外殼(I)的連接處填充有環(huán)氧樹脂密封；外殼(I)與內(nèi)筒體(2)所圍成的區(qū)域構(gòu)成本紅外氣體傳感器的氣室(9);即外界環(huán)境氣體依次穿過過濾膜(12)、金屬網(wǎng)(13)和通氣板(14)的貫穿孔(15)后擴(kuò)散并進(jìn)入氣室(9)； 所述電路組件包括底板(3)、光源(4)、紅外探測器(5)、溫度傳感器(6)和信號處理電路(7);所述底板(3)為金屬圓板且與環(huán)形邊(21)的外徑等長；底板(3)與環(huán)形邊(21)的底面相連接，即通過底板(3)將內(nèi)筒體(2)下方的開口封?。? 在底板(3 )頂面的中央設(shè)有紅外探測器(5 );在靠近紅外探測器(5 )的底板(3 )頂面上設(shè)有溫度傳感器(6);光源(4)設(shè)置在靠近擋光板(24) —側(cè)的氣室(9)端部,光源(4)的底部穿過通孔(25)后與底板(3)相連接；信號處理電路(7)安置在底板(3)上，并通過導(dǎo)線將紅外探測器(5)、溫度傳感器(6)和光源(4)分別與信號處理電路(7)相連接； 所述信號處理 電路(7)的控制端與光源(4)相連，向光源(4)輸送周期性的電壓；信號處理電路(7)的信號輸入端分別與紅外探測器(5)以及溫度傳感器(6)的信號輸出端相連接; 所述光源(4)在周期性電壓的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生周期性的輻射光波；光源(4)產(chǎn)生的周期性輻射光波經(jīng)氣室(9)反射后并穿過進(jìn)光口(22)照射在紅外探測器(5)上；光源(4)產(chǎn)生的周期性輻射光波對氣室(9)內(nèi)的氣體進(jìn)行周期性的加熱，促使氣室(9)內(nèi)的氣體周期性地膨脹收縮，從而實(shí)現(xiàn)氣室(9)內(nèi)的氣體與外殼(I)外部的環(huán)境氣體快速地進(jìn)行氣體交換，形成了“呼吸性氣室”； 紅外探測器(5)將接收到的周期性輻射光波，轉(zhuǎn)化為與輻射光波相同周期的電信號后傳遞至信號處理電路(7); 溫度傳感器(6)實(shí)時(shí)檢測紅外探測器(5)附近的溫度并傳遞至信號處理電路(7)，供信號處理電路(7)對紅外探測器(5)傳回的電信號做溫度補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外氣體傳感器，其特征在于，光源(4)所發(fā)出的福射光波的光譜范圍為可見光至紅外波段；紅外探測器(5)由2至16個(gè)紅外敏感元件構(gòu)成，其中I個(gè)紅外敏感元件接收波長為3.9μπι的紅外輻射，余下的紅外敏感元件的敏感面上均安裝有窄帶干涉濾光片且接收與窄帶干涉濾光片相對應(yīng)波長的紅外輻射；光源(4)所發(fā)出的輻射光波經(jīng)氣室(9)的多次反射后形成的光斑直接照射在紅外探測器(5)的整個(gè)敏感面上，整個(gè)光路上不加設(shè)任何匯聚或分光的光學(xué)器件。
3.如權(quán)利要求1所述的一種紅外氣體傳感器，其特征在于，所述信號處理電路(7)由窄帶帶通濾波放大電路(71)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(72)、微處理器(73)、光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(74)和接口(75)組成； 紅外探測器(5)的每個(gè)紅外敏感元件的信號輸出端均與一個(gè)窄帶帶通濾波放大電路(71)相連接；每個(gè)窄帶帶通濾波放大電路(71)的信號輸出端共同與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(72)的多路模擬量輸入端相連接；窄帶帶通濾波放大電路(71)將紅外探測器(5)輸出的電信號進(jìn)行濾波、放大后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(72)，濾波、放大后的電壓信號與微處理器(73)的驅(qū)動(dòng)光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(74)的信號具有相同的周期； 溫度傳感器(6)的信號輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(72)的模擬量輸入端相連接； 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(72)的數(shù)字量輸出端與微處理器(73)的信號輸入端相連接，即模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(72)將接收到的溫度信號和每個(gè)紅外敏感元件的電信號均轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后再輸入給微處理器(73)進(jìn)行處理；微處理器(73)依據(jù)接收到的數(shù)字量，進(jìn)行分析處理、溫度補(bǔ)償、計(jì)算出待測氣體的濃度； 微處理器(73)的信號輸出端與光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(74)的信號輸入端相連接；微處理器(73)負(fù)責(zé)產(chǎn)生周期性的控制信號，所述周期性的控制信號為方波；光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(74)將接收到的周期性控制信號轉(zhuǎn)換為同周期的驅(qū)動(dòng)電壓加載在光源(4)上，令光源(4)產(chǎn)生周期性的 輻射光波，該輻射光波經(jīng)氣室(9)側(cè)壁反射和氣室(9)中待測氣體吸收后，照射在紅外探測器(5)的光敏面上，轉(zhuǎn)換成電信號； 微處理器(73 )與接口( 75 )相連接，通過接口( 75 )實(shí)現(xiàn)微處理器(73 )與遠(yuǎn)程上位機(jī)的連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外氣體傳感器，其特征在于，紅外探測器(5)內(nèi)每一個(gè)紅外敏感元件均與一個(gè)窄帶帶通濾波放大電路(71)相連接；每一個(gè)窄帶帶通濾波放大電路(71)共同與一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(72)的多路模擬量輸入端相連接； 窄帶帶通濾波放大電路(71)由第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl、第二電容C2和運(yùn)算放大器OP組成；其中，在運(yùn)算放大器OP的輸出端與負(fù)輸入端之間并聯(lián)有第一電阻Rl和第一電容Cl ;運(yùn)算放大器OP的負(fù)輸入端與第二電阻R2的一端相連接，第二電阻R2的另一端與第二電容C2的一端相連接；第二電容C2的另一端與紅外探測器(5)的供電電源負(fù)端相連接；運(yùn)算放大器OP的正輸入端與紅外敏感元件的輸出端相連接；運(yùn)算放大器OP的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(72)相連接；窄帶帶通濾波放大電路(71)的傳輸函數(shù)是:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外氣體傳感器，其特征在于，光源(4)的燈芯為鎢絲或熱電阻薄膜；在通電狀態(tài)下，光源(4)發(fā)熱并產(chǎn)生紅外輻射； 光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(74)由光源(4)、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、三極管VTl和場效應(yīng)管VT2組成；其中，場效應(yīng)管VT2的源極連接電源地，場效應(yīng)管VT2的源極與場效應(yīng)管VT2的漏極通過第六電阻R6相連接，場效應(yīng)管VT2的漏極連接第五電阻R5，場效應(yīng)管VT2的門極分別與第四電阻R4的一端、三極管VTl的發(fā)射極相連接，第四電阻R4的另一端連接電源VCC，三極管VTl集電極與場效應(yīng)管VT2的源極相連接，三極管VTl的基極與第三電阻R3的一端相連接，第三電阻R3的另一端與微處理器(73)相連接；在第四電阻R4的另一端與第五電阻R5的另一端之間串聯(lián)有光源(4);即電源VCC提供的電流依次流經(jīng)光源(4)、第五電阻R5、第六電阻R6和場效應(yīng)管VT2，實(shí)現(xiàn)對光源(4)的供電，微處理器(73)產(chǎn)生的周期性控制信號依次經(jīng)過第三電阻R3、三極管VTl和場效應(yīng)管VT2，驅(qū)動(dòng)光源(4)周期性地發(fā)出輻射光波； 鎢絲通入電流加熱，溫度升高，隨著溫度的升高，鎢絲電阻值增加，沒有電流通過時(shí)的電阻叫做冷阻，當(dāng)有電流通過時(shí)，電阻將升高，叫做熱阻；鎢絲冷阻很小，如果光源(4)從冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮，這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流；光源調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路(74)將加載一定的電流在光源(4)上，避免了光源(4)從冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮； 場效應(yīng)管VT2截止時(shí)，電源VCC經(jīng)光源(4)、電阻R5、R6到達(dá)電源地，通過調(diào)節(jié)電阻R6可設(shè)定通過光源(4)電流值，決定光源(4)調(diào)制深度，也就是在場效應(yīng)管VT2截止時(shí)，光源(4)中通入電流，避免光源(4)冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮?xí)r，對電源VCC的沖擊； 場效應(yīng)管VT2是個(gè)低導(dǎo)通電阻的N溝道MOSFET，導(dǎo)通電阻僅零點(diǎn)幾歐姆；場效應(yīng)管VT2導(dǎo)通時(shí)，電源VCC經(jīng)光源(4)、電阻R5、場效應(yīng)管VT2及并聯(lián)于場效應(yīng)管VT2的漏、源極電阻R6到達(dá)電源地，通過調(diào)節(jié)電阻R5設(shè)定通過光源(4)電流值，決定光源(4)產(chǎn)生的輻射光波的強(qiáng)度； 三極管VTl —是用于保護(hù)場效應(yīng)管VT2，防止場效應(yīng)管VT2損壞，二是將微處理器(73)輸出的控制信號與光源(4)供電電源VCC進(jìn)行隔離，防止相互干擾。
6.根據(jù) 權(quán)利要求2所述的一種紅外氣體傳感器,其特征在于,紅外福射的波長范圍為2~ 5 μ m、8 ~12 μ m、2 ~12 μ m 和 2 ~20 μ m。
7.采用如權(quán)利要求1所述紅外氣體傳感器的檢測方法；其特征在于， 測量步驟一，初始化；微處理器(73)輸出周期性控制信號，所述周期性控制信號為方波，光源(4)就周期性地發(fā)出輻射光波，輻射光波所產(chǎn)生的熱量對氣室內(nèi)氣體進(jìn)行周期性地加熱，促使氣室內(nèi)氣體進(jìn)行“膨脹-收縮”的循環(huán)，與環(huán)境進(jìn)行充分的氣體交換，對氣室(9)進(jìn)行干燥、清潔； 測量步驟二，信號采集；微處理器(73)輸出采樣信號的通道編碼及指令，分別對溫度、各點(diǎn)電壓、紅外探測器(5)輸出信號進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；對紅外探測器(5)的各個(gè)敏感元件輸出經(jīng)放大、濾波后的正弦波，在周期性控制信號使光源(4)中電流由大變小后，進(jìn)行128~1024次采樣； 測量步驟三，計(jì)算；對溫度、各點(diǎn)電壓、紅外探測器(5)輸出，在信號采集空閑時(shí)進(jìn)行計(jì)算，具體的是在周期性控制信號使光源(4)中電流由小變大后進(jìn)行計(jì)算；其中，紅外探測器(5)內(nèi)各個(gè)敏感元件的輸出信號經(jīng)窄帶帶通濾波放大電路(71)處理后為正弦波，在一個(gè)正弦波內(nèi)進(jìn)行采樣，并按如下公式進(jìn)行計(jì)算:
8.采用如權(quán)利要求7所述的紅外氣體傳感器的檢測方法；其特征在于，在檢測之前，對紅外氣體傳感器的零點(diǎn)常數(shù)a和量程常數(shù)b、零點(diǎn)溫度補(bǔ)償系數(shù)1?和量程溫度補(bǔ)償系數(shù)ks進(jìn)行標(biāo)定并存入微處理器(73)存貯器內(nèi)，待測量時(shí)調(diào)取并使用；具體的標(biāo)定的方法按如下步驟進(jìn)行: 標(biāo)定步驟一，零點(diǎn)標(biāo)定； 紅外氣體傳感器在標(biāo)定溫度Ttl條件下，往氣室(9 )中通入氮?dú)?，直至氣?9 )完全充滿氮?dú)?，測量出每個(gè)紅外敏感元件的待測氣體吸收紅外輻射能量后的模擬正弦波測量值Um和待測氣體均不吸收紅外輻射能量后的模擬正弦波參考值W，并按公式 UmJur計(jì)算得到零點(diǎn)常數(shù)a的值，存入微處理器(73)存貯器內(nèi)，溫度傳感器(6)測量到的溫度Ttl值也存入微處理器(73)存貯器內(nèi)； 標(biāo)定步驟二，量程標(biāo)定； 在標(biāo)定步驟一同樣的溫度Ttl時(shí)，往氣室(9)中通入濃度為最大量程值的待測氣體的標(biāo)準(zhǔn)氣樣，直至氣室(9)完全充滿該待測氣體的標(biāo)準(zhǔn)氣樣，測量出每個(gè)紅外敏感元件在該待測氣體的標(biāo)準(zhǔn)氣樣下的吸收紅外輻射能量后的模擬正弦波測量值Um和在該待測氣體的標(biāo)準(zhǔn)氣樣下的不吸收紅外輻射能量后的模擬正弦波參考值的值，按標(biāo)定步驟一的公式計(jì)算得到b的值，存入微處理器(73)存貯器內(nèi)；標(biāo)定步驟三，零點(diǎn)溫度補(bǔ)償系數(shù)標(biāo)定；令溫度傳感器(6 )的環(huán)境溫度上升或下降到Tt，再次往氣室(9 )中通入氮?dú)?，直至氣?9)完全充滿氮?dú)猓瑴y量計(jì)算得出um/X的值，即溫度為Tt時(shí)的零點(diǎn)常數(shù)at值，由測量步驟五中的零點(diǎn)溫度補(bǔ)償公式~=?+知(石-石)，計(jì)算出1?值，存入微處理器(73)存貯器內(nèi)； 標(biāo)定步驟四，量程溫度補(bǔ)償系數(shù)標(biāo)定；繼續(xù)將溫度傳感器(6)的環(huán)境溫度保持在Tt狀態(tài)下，往氣室(9)中通入溫度為Tt、濃度為最大量程值的待測氣體的標(biāo)準(zhǔn)氣樣，測量計(jì)算得出um/X的值，由測量步驟五中的量程溫度補(bǔ)償公式
【文檔編號】G01N21/3504GK103868877SQ201410094249
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】劉永平, 劉丁鑫 申請人:劉永平, 劉丁鑫