一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及氣體檢測(cè)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 甲燒氣體的精確和低成本測(cè)量在環(huán)境監(jiān)測(cè)、煤礦安全生產(chǎn)、煤層氣開發(fā)利用等方 面都具有重要意義。當(dāng)前氣體監(jiān)測(cè)手段主要分為化學(xué)和光譜學(xué)方法。相比于化學(xué)檢測(cè)手 段，光譜技術(shù)具有非接觸、遠(yuǎn)距離、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，可W在同一波段作多 組分檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)非接觸測(cè)量，尤其針對(duì)不易接近、難W取樣的危險(xiǎn)或敵對(duì)環(huán)境。當(dāng)前光 譜學(xué)氣體監(jiān)測(cè)方法中尤其W吸收光譜技術(shù)為主流，其中在小范圍氣體監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較為廣泛 的主要有差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)值OA巧、可調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLA巧技術(shù)。DOAS 廣泛用于紫外和可見波段范圍，種類僅限于對(duì)該波段的窄吸收光譜線的氣體成分，可同時(shí) 監(jiān)測(cè)多種成分，但受水汽和氣溶膠影響較大。TDLAS的缺點(diǎn)是對(duì)光源單模輸出要求高，波長(zhǎng) 對(duì)溫度敏感，需要嚴(yán)格控溫，難W在復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)，靈敏度高，響應(yīng) 速度快，穩(wěn)定性好，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0005] 一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)，包括二極管激光器、溫度控制器、電流控制器、 矩形管狀氣室、反射鏡、步進(jìn)電機(jī)、凸輪、進(jìn)氣口、出氣口、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)；二極 管激光器與溫度控制器和電流控制器連接，矩形管狀氣室設(shè)置在二極管激光器的右側(cè)，反 射鏡、凸輪設(shè)置在矩形管狀氣室的內(nèi)部，反射鏡的一端固定，另一端支撐在凸輪上，步進(jìn)電 機(jī)與凸輪連接，且步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在矩形管狀氣室的下部，進(jìn)氣口設(shè)置在矩形管狀氣室左側(cè) 上部，出氣口設(shè)置在矩形管狀氣室的右側(cè)下部，探測(cè)器設(shè)置在矩形管狀氣室右側(cè)上部，數(shù)據(jù) 采集卡與探測(cè)器連接，計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡連接。
[0006] 優(yōu)選的，所述的矩形管狀氣室的上表面和下表面為水銀鏡面。
[0007] 優(yōu)選的，所述的矩形管狀氣室一端設(shè)置有石英紅外窗口。
[0008] 優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述步進(jìn)電機(jī)相連。
[0009] 優(yōu)選的，還包括備用電源，用于為上述用電設(shè)備供電。
[0010] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0011] 實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下對(duì)甲燒氣體濃度的精確檢測(cè)，在具備一般光譜技術(shù)高選 擇、快速響應(yīng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的凸輪實(shí)現(xiàn)了吸收光程的較大程度的改變， 大大增加了吸收光程，為信噪比與測(cè)量精度的提高提供了條件，降低了測(cè)量裝置的復(fù)雜度， 實(shí)現(xiàn)了氣體濃度的高精度測(cè)量，提高了測(cè)量的信噪比，具有靈敏度高，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性 好，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0013] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)中矩形管狀氣室的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0014] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)中光線反射角度的結(jié)構(gòu)示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0016] 如圖1-2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)，包括二極 管激光器1、溫度控制器2、電流控制器3、矩形管狀氣室4、反射鏡5、步進(jìn)電機(jī)6、凸輪7、進(jìn) 氣口 8、出氣口 9、探測(cè)器10、數(shù)據(jù)采集卡11、計(jì)算機(jī)12 ;二極管激光器1與溫度控制器2和 電流控制器3連接，矩形管狀氣室4設(shè)置在二極管激光器1的右側(cè)，反射鏡5、凸輪7設(shè)置在 矩形管狀氣室4的內(nèi)部，反射鏡5的一端固定，另一端支撐在凸輪7上，步進(jìn)電機(jī)6與凸輪 7連接，且步進(jìn)電機(jī)6設(shè)置在矩形管狀氣室4的下部，進(jìn)氣口 8設(shè)置在矩形管狀氣室4左側(cè) 上部，出氣口 9設(shè)置在矩形管狀氣室4的右側(cè)下部，探測(cè)器10設(shè)置在矩形管狀氣室4右側(cè) 上部，數(shù)據(jù)采集卡11與探測(cè)器10連接，計(jì)算機(jī)12與數(shù)據(jù)采集卡11連接。
[0017] 所述的矩形管狀氣室4的上表面和下表面為水銀鏡面。
[0018] 所述的矩形管狀氣室4 一端設(shè)置有石英紅外窗口 13。
[0019] 所述數(shù)據(jù)采集卡11與所述步進(jìn)電機(jī)6相連。
[0020] 還包括備用電源，用于為上述用電設(shè)備供電
[0021] 本具體實(shí)施的監(jiān)測(cè)方法為；二極管激光器1受電流控制器3與溫度控制器2的調(diào) 審IJ，使其工作在穩(wěn)定狀態(tài)，輸出穩(wěn)定波長(zhǎng)的光，輸出光經(jīng)由密封的石英紅外窗口 12進(jìn)入矩 形管狀氣室4,矩形管狀氣室4的上下表面均為水銀鏡面，可保證對(duì)光的高效反射，降低材 料對(duì)光吸收造成的光強(qiáng)損失，其兩側(cè)有進(jìn)氣口 8、出氣口 9。進(jìn)入矩形管狀的光經(jīng)由步進(jìn)電 機(jī)6控制的反射鏡5反射，步進(jìn)電機(jī)6通過(guò)帶動(dòng)不等距的凸輪7轉(zhuǎn)動(dòng)，反射鏡5的一側(cè)固定， 另一側(cè)由轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪7支撐，通過(guò)凸輪7半徑的變化可改變光源在反射鏡上的入射角，從而 改變反射角，經(jīng)過(guò)反射鏡的反射光入射到矩形管狀氣室4的上表面，并在氣室中多次反射， 最后由探測(cè)器10檢測(cè)輸出光強(qiáng)，探測(cè)器10將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，輸出的電壓信 號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集卡11連接至計(jì)算機(jī)12,計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)后續(xù)的信號(hào)處理與結(jié)果的輸出
[0022] 如圖3所示，本【具體實(shí)施方式】的檢測(cè)原理為；氣體的紅外吸收遵循朗伯-比爾定 律：
[002引 I = I0exp (-曰（入）CL)
[0024] 其中，I為輸出光強(qiáng)，I。為輸入光強(qiáng)，a (A)為氣體在波長(zhǎng)A處的吸收系數(shù)，C為 吸收系數(shù)，L為吸收光程。
[00巧]光程為L(zhǎng)i處的光強(qiáng)表達(dá)式為I 1 = I 〇exp (- a ( A )化1);
[0026] 光程為1^2處的光強(qiáng)表達(dá)式為I 2= I 〇exp (- a ( A )化2);
[0027]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，包括二極管激光器、溫度控制器、電 流控制器、矩形管狀氣室、反射鏡、步進(jìn)電機(jī)、凸輪、進(jìn)氣口、出氣□、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì) 算機(jī)；二極管激光器與溫度控制器和電流控制器連接，矩形管狀氣室設(shè)置在二極管激光器 的右側(cè)，反射鏡、凸輪設(shè)置在矩形管狀氣室的內(nèi)部，反射鏡的一端固定，另一端支撐在凸輪 上，步進(jìn)電機(jī)與凸輪連接，且步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在矩形管狀氣室的下部，進(jìn)氣口設(shè)置在矩形管狀 氣室左側(cè)上部，出氣口設(shè)置在矩形管狀氣室的右側(cè)下部，探測(cè)器設(shè)置在矩形管狀氣室右側(cè) 上部，數(shù)據(jù)采集卡與探測(cè)器連接，計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述的矩形 管狀氣室的上表面和下表面為水銀鏡面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述的矩形 管狀氣室一端設(shè)置有石英紅外窗口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采 集卡與所述步進(jìn)電機(jī)相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，還包括備用 電源，用于為上述用電設(shè)備供電。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于探測(cè)氣體的傳感器系統(tǒng)，包括二極管激光器、溫度控制器、電流控制器、矩形管狀氣室、反射鏡、步進(jìn)電機(jī)、凸輪、進(jìn)氣口、出氣口、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)；二極管激光器與溫度控制器和電流控制器連接，矩形管狀氣室設(shè)置在二極管激光器的右側(cè)，反射鏡、凸輪設(shè)置在矩形管狀氣室的內(nèi)部，反射鏡的一端固定，另一端支撐在凸輪上，步進(jìn)電機(jī)與凸輪連接，且步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在矩形管狀氣室的下部，進(jìn)氣口設(shè)置在矩形管狀氣室左側(cè)上部，出氣口設(shè)置在矩形管狀氣室的右側(cè)下部，探測(cè)器設(shè)置在矩形管狀氣室右側(cè)上部，數(shù)據(jù)采集卡與探測(cè)器連接，計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡連接。本發(fā)明具有靈敏度高，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01N21-3504
【公開號(hào)】CN104596971
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410848985
【發(fā)明人】李嘉賢, 李燁
【申請(qǐng)人】遼東學(xué)院
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月27日