[發明專利]一種微型遠紅外氣體濃度監測方法及裝置

有效

• 申請號: 201310718566.3
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103698295A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 趙建華;陳迎春
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/3581
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;孟卜娟

1.一種微型遠紅外氣體濃度監測裝置，其特征在于：由防水透氣膜（1），外殼（2），過濾網（3），氣室壁Ⅰ（4），氣室壁Ⅱ（5），氣室壁Ⅲ（6），內襯（7），電路板Ⅰ（8），電路板Ⅱ（9），6個電路引腳（10），遠紅外光源（11），雙通道紅外探測器（12）組成一個整體，其構造是：防水透氣膜（1）緊貼在外殼（2）上，過濾網（3），氣室壁Ⅰ（4），氣室壁Ⅱ（5），氣室壁Ⅲ（6），內襯（7），電路板Ⅰ（8），電路板Ⅱ（9），依次裝入外殼之內并粘接牢固，6個電路引腳（10）焊接在電路板Ⅱ（9）上，并伸出以便于與外部的電連接，遠紅外光源（11）和雙通道紅外探測器（12）裝在電路板Ⅰ（8）上，電路板Ⅰ（8）和電路板Ⅱ（9）之間的空隙灌注密封膠形成密封層（14），底部使用蓋板（15）封住；

遠紅外光源（11）其上設置有光闌（16）和窗口片（17），通過粘接進行固定和密封，紅外光通過窗口片（17）從光闌（16）上的開孔中通過射入氣室；

遠紅外光源（11）和雙通道紅外探測器（12）通過內襯（7）隔離，并通過氣室壁Ⅲ（6）上的參比透光孔（20）、測量透光孔（21）和光源孔（22）發出或接收紅外光，雙通道紅外探測器（12）前面設置有參比濾光片（18）和測量濾光片（19），所述的參比濾光片（18）和測量濾光片（19）均為窄帶干涉濾光片，可通過選擇不同波長的濾光片對不同的氣體進行測量；

氣室壁Ⅰ（4）、氣室壁Ⅱ（5）和氣室壁Ⅲ（6）形成一個無焦點多次反射氣室（24），氣室壁Ⅰ（4）形成氣室的頂面，其上有進氣孔（23）允許氣體進入氣室，氣室壁Ⅱ（5）形成氣室的側壁并提供氣室空間，氣室壁Ⅲ（6）形成氣室的底面和提供紅外光進入和射出氣室的孔，氣室內壁面全部鍍金反射膜以增加反射率，遠紅外光源（11）發出的遠紅外光通過氣室壁Ⅲ（6）上的光源孔（22）進入無焦點多次反射氣室（24）內，雙通道紅外探測器（12）的參比濾光片（18）和測量濾光片（19）的前面分別有參比透光孔（20）和測量透光孔（21）形成參比通道和測量通道；

電路板Ⅰ（8）和電路板Ⅱ（9）上包括信號放大濾波、A/D轉換、數據處理、光源驅動等功能電路，電路板Ⅰ（8）還包含一個溫度探測器，兩塊電路板之間通過電子連接件（13）相互聯系，裝置配備6個電路引腳（10）焊接在電路板Ⅱ（9）并伸出，分別為Vd、GND、TX、RX、OC1、OC2，Vd、GND是提供電源接入的引腳，TX、RX為發送和接收數字信號的引腳，能夠對外輸出被測氣體濃度的數值和寫入溫度補償和零點修正等參數，OC1、OC2為開路集電極輸出的引腳，分別提供氣體濃度的預報警和報警信號，預報警值和報警值可以在連接TX、RX引腳后根據實際使用需求寫入。

2.一種微型遠紅外氣體濃度監測方法，其特征在于，被監測的氣體，經自然擴散進入本裝置，經過防水透氣膜（1）除去水分，再經過過濾網（3）過濾，從進氣孔（23）進入無焦點多次反射氣室（24），無焦點多次反射氣室（24）由三部分構成，氣室壁Ⅰ（4），氣室壁Ⅱ（5），氣室壁Ⅲ（6）構成一個微型空間，無焦點多次反射氣室（24）內表面全部鍍金以增加紅外光的反射率，遠紅外光源（11）發出紅外光通過窗口片（17）的選擇后，經由光闌（16）的開孔和氣室壁Ⅲ（6）的光源孔（22）進入氣室，在無焦點多次反射氣室（24）的鍍金內表面上經過多次反射被被測氣體吸收后到達雙通道紅外探測器（12）上，雙通道紅外探測器（12）的參比濾光片（16）和測量濾光片（17）分別選擇對應波長的光，輸出與光強有光的電壓信號，電路板Ⅰ（8）和電路板Ⅱ（9）上的功能電路通過分析電壓信號的強弱變化，得到一個反映氣體濃度的吸收變量D，就可以得到氣體濃度信息并對外輸出數字信號；

為了避免溫度所帶來的測量誤差，建立溫度補償模型，對電壓信號隨溫度的變化關系進行補償，以消除這種誤差，所建立的溫度補償模型通過采集不同溫度下，參比電壓和測量電壓隨溫度的變化情況，得到吸收變量D隨溫度變化的關系，采用多項式擬合得到溫度補償模型，根據所建立的溫度補償模型，結合溫度探測器測得的實時溫度修正吸收變量D后，通過選擇幾個標準濃度測量點作為標定點，建立吸收變量D與濃度的對應關系，采用查表法得到具體的氣體濃度值，根據實際監測的需要，設定預報警值和報警值，在被測氣體濃度超過設定值時，通過兩個開路集電極輸出OC1和OC2輸出預報警或報警信號。