三組分紅外集成氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種CO、CO2、SO2三組分紅外集成氣體傳感器，包括外殼、紅外光源、進(jìn)氣口、出氣口、氣室、三組帶不同特定波長濾光片的測量紅外探測器和帶不同特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器、信號放大處理器、溫度傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)、聲光報(bào)警系統(tǒng)。這種氣體傳感器利用CO、CO2、SO2氣體分子對紅外光的選擇性吸收實(shí)現(xiàn)對CO、CO2、SO2三種氣體的同時監(jiān)測和檢測，能在惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定并可靠運(yùn)行，具有較好的抗干擾性，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能同時對三種氣體進(jìn)行檢測并儲存數(shù)據(jù)，在大大降低加工成本的同時進(jìn)一步提高了檢測精度。
【專利說明】
—種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外氣體傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦、石油、化工等行業(yè)的生產(chǎn)過程中存在大量的易燃、易腐蝕、有毒氣體，其中CO、CO2, SO2的安全隱患尤為普遍。其中，CO易燃易爆，且進(jìn)入人體之后會和血液中的血紅蛋白結(jié)合，進(jìn)而使血紅蛋白不能與氧氣結(jié)合，造成CO中毒，從而引起機(jī)體組織出現(xiàn)缺氧，導(dǎo)致人體窒息死亡；co2中毒會引起頭痛、惡心、心跳加速等，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致缺氧，造成永久性腦損傷、昏迷、甚至死亡，CO2含量猛增會導(dǎo)致溫室效應(yīng)、全球氣候變暖、冰川融化、海平面升高等；so2中毒會引起頭痛、頭昏、流淚、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等，嚴(yán)重時可在數(shù)小時內(nèi)發(fā)生肺水腫，吸入極高濃度可引起反射性聲門痙攣而致窒息，同時SO2還是造成酸雨的主要原因之一。當(dāng)CO、CO2, SO2氣體超出一定濃度值時，不僅會對環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，還會對人民的生命、財(cái)產(chǎn)等造成嚴(yán)重的威脅。
[0003]GBZ 2.1《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第I部分:化學(xué)有害因素》中提到CO的時間加權(quán)平均容許濃度(PC-TWA)為20mg/m3，短時間接觸容許濃度(PC-STEL)為30mg/m3 ；CO2 的 PC-TWA 為 9000mg/m3，PC-STEL 為 18000mg/m3 ；S02 的 PC-TWA 為 5mg/m3，PC-STEL 為10mg/m3。因此，為了防止事故的發(fā)生，對易燃、有毒有害氣體進(jìn)行及時、準(zhǔn)確的監(jiān)測則刻不容緩。目前，市面上已有多種從國外進(jìn)口和國產(chǎn)的氣體傳感器，如催化燃燒式、半導(dǎo)體式、電化學(xué)式和光學(xué)式等，包含了單一氣體傳感器和多組分氣體傳感器，其中基于紅外技術(shù)的多組分氣體傳感器由于其應(yīng)用廣泛、使用壽命長、靈敏度高、穩(wěn)定性好、適合氣體多、性價比高、維護(hù)成本低、可在線分析等等一系列優(yōu)點(diǎn)而越來越受到重視并被廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金工業(yè)、工礦開采、大氣污染檢測、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展，為滿足各種復(fù)雜環(huán)境對氣體傳感器的發(fā)展要求，在提高檢測的準(zhǔn)確性和及時性的同時，紅外氣體傳感器正朝著智能化、集成化、微型化、低功耗、低成本的方向發(fā)展。隨著國家對環(huán)境污染監(jiān)測和治理力度的加大，研發(fā)C0、C02、S02三組分紅外集成氣體傳感器是防止事故、保護(hù)環(huán)境、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的主要手段，對于認(rèn)真落實(shí)國務(wù)院頒布的《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》并及時準(zhǔn)確監(jiān)測和檢測生態(tài)環(huán)境、居住環(huán)境、工作場所等環(huán)境質(zhì)量和污染源等具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器，這種傳感器是利用CO、CO2, SO2氣體分子對紅外光的選擇性吸收實(shí)現(xiàn)對CO、CO2, SO2三種氣體的同時監(jiān)測和檢測。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:這種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器，包括外殼、紅外光源、進(jìn)氣口、出氣口、氣室、一組帶通帶中心波長為4.26 μ m濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器、一組帶通帶中心波長為4.67 μ m濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器，一組帶通帶中心波長為7.3μπι濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器，信號放大處理器、溫度傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)、聲光報(bào)警系統(tǒng)。
[0006]這種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器，紅外集成氣體傳感器最外部是外殼，紅外光源位于氣室左側(cè)；進(jìn)氣孔位于氣室上方，出氣口位于氣室下方；三組帶不同特定波長濾光片的測量紅外探測器和帶不同特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器位于氣室5右側(cè)，信號放大處理器和溫度傳感器位于三組集成傳感器右側(cè)，單機(jī)片系統(tǒng)位于信號放大處理器右側(cè)，聲光報(bào)警系統(tǒng)位于單機(jī)片系統(tǒng)右側(cè)。
[0007]這種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器，紅外光源為寬帶脈沖紅外光源，具有發(fā)射率高、體積小、光電轉(zhuǎn)換效率高、耗電省、壽命長、溫度低等優(yōu)點(diǎn)，其封裝窗口材料為氟化鈣，可通過波長范圍為2-9.5 μ m的紅外光，CO、CO2, SO2三種氣體的特征吸收帶都處于此波長范圍內(nèi)，封裝內(nèi)部配有拋物面反射鏡，可使紅外光源發(fā)出平行紅外光，防止反射光、折射光等造成的光強(qiáng)度和光程改變的影響。
[0008]這種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器，紅外探測器和相應(yīng)的濾光片封裝在一起，可避免其他氣體光信號對紅外探測器的干擾。
[0009]這種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器，測量紅外探測器和參比紅外探測器與相應(yīng)的濾光片是集成在一起的集成元件。
[0010]這種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器，單機(jī)片系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理和存儲功倉泛。
[0011]這種CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器，聲光報(bào)警系統(tǒng)的配置，能對檢測氣體濃度超出限值時指示燈變亮且發(fā)出報(bào)警聲從而做出及時準(zhǔn)確的報(bào)警。
[0012]本發(fā)明的氣體傳感器配置有氣體進(jìn)出的氣口，進(jìn)氣口和出氣口配置有防塵防潮過濾膜。紅外探測器都帶有相應(yīng)的濾光片，并且封裝在一起，濾光片為窄帶濾光片，窄帶濾光片的通帶中心波長與被檢測氣體的吸收波長相同，窄帶濾光片的通帶中心波長被設(shè)定于與被檢測氣體吸收波長相近但不會被常見氣體吸收的波長位置處。帶有特定波長濾光片的參比紅外探測器和測量紅外探測器是集成在一起的。
[0013]所述溫度傳感器，氣體傳感器配置有聲光報(bào)警系統(tǒng)，能對檢測氣體濃度超出限值時做出及時準(zhǔn)確的報(bào)警，以便工作人員采取相應(yīng)的預(yù)防措施，防止發(fā)生嚴(yán)重事故，其數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后，能扣除環(huán)境中溫度對氣體傳感器的影響，使本產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下仍能正常工作。
[0014]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、紅外光源為寬帶脈沖紅外光源，具有發(fā)射率高、體積小、光電轉(zhuǎn)換效率高、耗電省、壽命長、溫度低等優(yōu)點(diǎn)，其封裝窗口材料為氟化鈣，可通過波長范圍為2-9.5μπι的紅外光，C0、C02、S02H種氣體的特征吸收帶都處于此波長范圍內(nèi)，封裝內(nèi)部配有拋物面反射鏡，可使紅外光源發(fā)出平行紅外光，防止反射光、折射光等造成的光強(qiáng)度和光程改變的影響；
2、氣體進(jìn)出的氣口內(nèi)具有微孔防塵結(jié)構(gòu)并含有疏水型防塵防潮膜，具有較好的防潮防塵特性，能提高傳感器的抗干擾性和延長產(chǎn)品使用壽命；
3、紅外探測器和相應(yīng)的濾光片封裝在一起，可避免其他氣體光信號對紅外探測器的干擾； 4、測量紅外探測器和參比紅外探測器與相應(yīng)的濾光片所構(gòu)成的集成元件有利于傳感器的小型化和穩(wěn)定性的提聞;
5、參比紅外探測器和相應(yīng)濾光片的配置，能消除氣室光學(xué)元器件、其他干擾氣體等因素的影響，并且產(chǎn)生一個只與待測氣體相關(guān)的信號，提高了抗干擾能力和測量精度；
6、溫度傳感器的配置能扣除環(huán)境中溫度對氣體傳感器的影響，使本產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下仍能正常工作；
7、聲光報(bào)警系統(tǒng)的配置，能對檢測氣體濃度超出限值時做出及時準(zhǔn)確的報(bào)警，以便工作人員采取相應(yīng)的預(yù)防措施，防止發(fā)生嚴(yán)重事故。
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的CO、CO2, SO2三組分紅外集成氣體傳感器的工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1是本發(fā)明一種C0、C02、S02三組分紅外集成氣體傳感器的基本結(jié)構(gòu)示意圖，包括外殼1、紅外光源2、進(jìn)氣口 3、出氣口 4、氣室5、一組帶通帶中心波長為4.26 μ m濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器6、一組帶通帶中心波長為4.67 μ m濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器7，一組帶通帶中心波長為7.3 μ m濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器8，信號放大處理器9、溫度傳感器10、單片機(jī)系統(tǒng)11、聲光報(bào)警系統(tǒng)12。其中，紅外光源2位于氣室5左側(cè)；進(jìn)氣孔3位于氣室5上方，出氣口 4位于氣室5下方；三組帶不同特定波長濾光片的測量紅外探測器和帶不同特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器6、7、8位于氣室5右側(cè)；帶通帶中心波長為
4.26 μ m濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器6用于檢測(?氣體；帶通帶中心波長為4.67 μ m濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器7用于檢測CO氣體；帶通帶中心波長為7.3 μ m濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器8用于檢測SO2氣體；信號放大處理器9和溫度傳感器10位于集成傳感器6、7、8右側(cè)；單機(jī)片系統(tǒng)11位于信號放大處理器9右側(cè)；聲光報(bào)警系統(tǒng)12位于單機(jī)片系統(tǒng)11右側(cè)。
[0019]圖2本發(fā)明的這種C0、C02、S02三組分紅外集成氣體傳感器的工作流程圖，氣體經(jīng)進(jìn)氣口 3進(jìn)入氣室5，紅外光源2發(fā)出平行脈沖波，經(jīng)由氣室5后平行照射到集成探測器6、7、8上，經(jīng)濾光后，波長為4.26 μ m的紅外光照射到集成探測器6中的測量紅外探測器和參比紅外探測器上，波長為4.67 μ m的紅外光照射到集成探測器7中的測量紅外探測器和參比紅外探測器上，波長為7.3 μ m的紅外光照射到集成探測器8中的測量紅外探測器和參比紅外探測器上，以上三組信號和溫度傳感器10的數(shù)據(jù)被傳至信號放大處理器9處理后傳至單片機(jī)系統(tǒng)11，單片機(jī)系統(tǒng)11對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和儲存并在顯示屏上顯示，經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)經(jīng)由聲光報(bào)警系統(tǒng)12后，若氣體測量濃度超過一定限值則指示燈變亮且發(fā)出報(bào)警聲。
[0020]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和修飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其它等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【權(quán)利要求】
1.一種CO、C02、SO2三組分紅外集成氣體傳感器，其特征在于:包括外殼(I)、紅外光源(2)、進(jìn)氣口(3)、出氣口(4)、氣室(5)、一組帶通帶中心波長為4.26μπι濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器(6)、一組帶通帶中心波長為4.67 μ m濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器(7)，一組帶通帶中心波長為7.3μπι濾光片的測量紅外探測器和帶相應(yīng)特定波長濾光片的參比紅外探測器的集成探測器(8)，信號放大處理器(9)、溫度傳感器(10)、單片機(jī)系統(tǒng)(11)、聲光報(bào)警系統(tǒng)(12)。
2.根椐權(quán)利要求1所述的CO、CO2,SO2三組分紅外集成氣體傳感器，其特征在于:紅外集成氣體傳感器最外部是外殼(I)，紅外光源(2)位于氣室(5)左側(cè)；進(jìn)氣孔(3)位于氣室(5)上方，出氣口(4)位于氣室(5)下方；三組集成探測器(6)、(7)、(8)位于氣室(5)右側(cè)，信號放大處理器(9)和溫度傳感器(10)位于集成傳感器(6)、(7)、(8)右側(cè)，單機(jī)片系統(tǒng)(11)位于信號放大處理器(9)右側(cè),聲光報(bào)警系統(tǒng)(12)位于單機(jī)片系統(tǒng)(11)右側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的CO、CO2,SO2三組分紅外集成氣體傳感器，其特征在于:可通過波長范圍為2-9.5μπι的紅外光的紅外光源(2)為寬帶脈沖紅外光源，其封裝窗口材料為氟化鈣，封裝內(nèi)部配有拋物面反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的CO、CO2,SO2三組分紅外集成氣體傳感器，其特征在于:進(jìn)氣口(3)和出氣口(4)上的防塵防潮膜為疏水型過濾膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的CO、CO2,SO2三組分紅外集成氣體傳感器，其特征在于:紅外探測器和相應(yīng)的濾光片封裝在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的CO、CO2,SO2三組分紅外集成氣體傳感器，其特征在于:測量紅外探測器和參比紅外探測器與相應(yīng)的濾光片是集成在一起的集成元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的CO、CO2,SO2三組分紅外集成氣體傳感器，其特征在于:單機(jī)片系統(tǒng)(11)具有數(shù)據(jù)處理和存儲功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的CO、CO2,SO2三組分紅外集成氣體傳感器，其特征在于:聲光報(bào)警系統(tǒng)(12)的配置，能對檢測氣體濃度超出限值時指示燈變亮且發(fā)出報(bào)警聲從而做出及時準(zhǔn)確的報(bào)警。
【文檔編號】G01N21/3504GK104359852SQ201410690357
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】張建紅, 任興平, 馬黎, 郭春艷, 周清, 秦梅, 楊紅飛, 鐘韜 申請人:云南無線電有限公司