[發明專利]一種微型中紅外氣體濃度監測方法及裝置

有效

• 申請號: 201310718568.2
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103674883A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 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: G01N21/3518
• 分類號: G01N21/3518
• 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

技術領域

本發明屬于氣體濃度監測領域，具體涉及一種微型中紅外氣體濃度監測方法及裝置，采用微型結構、雙波長紅外監測原理、自帶數字信號處理和溫度補償的適用于中紅外波段的氣體濃度監測方法及裝置。

背景技術

雙波長紅外氣體濃度監測是目前研究的熱點之一，具備如下優點：能測量多種氣體、測量范圍寬、靈敏度高、精度高、穩定性好、具有良好的選擇性、可靠性高、壽命長。

在很多領域對氣體濃度監測裝置的外形尺寸要求較為嚴格，本發明裝置在安裝和應用的諸多場所具有明顯優勢，是開發者追求的目標。在裝置的氣室結構設計方面，以往多采用有焦點的反射氣室來獲得紅外光在氣室內的多次反射，使得紅外探測器能夠得到足以反映被測氣體濃度變化的信號強度。但是構造一個有焦點的反射氣室，需要進行嚴格的計算并通過精密加工才能獲得，這就增加了氣室的開發成本。通常，要在微小的裝置上集成較復雜的數字信號處理電路，因為空間的限制是比較困難的，人們只得采用復雜的外部電路開發來反映被測氣體的濃度，這種做法增加了裝置二次開發的成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微型中紅外氣體濃度監測方法及裝置，該裝置采用雙波長紅外監測原理，輔以合理的微型結構設計形成一個無焦點的多次反射氣室，自帶數字信號處理、溫度補償，并具有數字信號輸出和OC報警輸出功能，具有監測精度高、穩定可靠等優點，滿足中紅外吸收區氣體的濃度監測的需要。

本發明采用的技術方案為：一種微型中紅外氣體濃度監測裝置，由防水透氣膜1，外殼2，過濾網3，氣室壁Ⅰ4，氣室壁Ⅱ5，氣室壁Ⅲ6，內襯7，電路板Ⅰ8，電路板Ⅱ9，6個電路引腳10，中紅外光源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Ⅰ4，氣室壁Ⅱ5，氣室壁Ⅲ6，內襯7，電路板Ⅰ8，電路板Ⅱ9，依次裝入外殼之內并粘接牢固，中紅外光源11和雙通道紅外探測器12裝在電路板Ⅰ8上，6個電路引腳10焊接在電路板Ⅱ9上，并伸出裝置以便于與外部的電連接，電路板Ⅰ8和電路板Ⅱ9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。焊接在電路板Ⅰ8上的中紅外光源11和雙通道紅外探測器12通過內襯7隔離，并通過氣室壁Ⅲ6上的孔發出或接收紅外光，雙通道紅外探測器12前面設置有參比濾光片16和測量濾光片17，分別通過氣室壁Ⅲ6上的透光孔19、20接收紅外光強信號，所述的參比濾光片16和測量濾光片17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Ⅰ4、氣室壁Ⅱ5和氣室壁Ⅲ6形成一個無焦點多次反射氣室22，氣室壁Ⅰ4形成氣室的頂面，其上有進氣孔21允許氣體進入氣室，氣室壁Ⅱ5形成氣室的側壁并提供氣室空間，氣室壁Ⅲ6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，中紅外光源11通過氣室壁Ⅲ6上的光源孔18伸入無焦點多次反射氣室22內，雙通道紅外探測器12的參比濾光片16和測量濾光片17的前面分別有參比透光孔19和測量透光孔20形成參比通道和測量通道。無焦點多次反射氣室22所占空間較小，使得裝置下部空出的空間可以內置較復雜的信號處理電路。

電路板Ⅰ8和電路板Ⅱ9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Ⅰ8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。配備6個電路引腳10焊接在電路板Ⅱ9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。

不同的氣體具有不同的特征吸收波長，氣體濃度與特征波長處的紅外吸收服從Lamber-beer定律，是紅外氣體濃度監測的理論基礎。實際應用中，為了避免光源老化等環境因素變化的影響，常采用雙波長監測原理，即選擇一個被測氣體特征吸收波長作為測量波長，另一個不被氣體吸收的波長作為參比波長，來進行氣體濃度監測。