[實用新型]一種甲烷和二氧化碳雙組份氣體紅外遠程檢測裝置

有效

• 申請號: 201720478518.5
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN206709975U
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 常建華;沈婉;徐曦;陳遠鳴;薛宇
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01J5/34
• 分類號: G01J5/34;G01K13/02
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙)32238
• 代理人: 張立榮,裴詠萍

技術領域

本實用新型涉及了一種雙組分氣體遠程檢測裝置，具體涉及了一種基于非分光紅外原理的Zigbee無線通訊式甲烷和二氧化碳氣體傳感器。

背景技術

氣候變暖是當今全球面臨的重大挑戰。近百年來，人類社會生產生活引起的溫室氣體排放是造成溫室效應的主要原因。溫室效應能夠使冰雪融化，海平面上升，是一種危及生命支持系統的效應。甲烷和二氧化碳是大氣中最主要的溫室氣體。當空氣中甲烷含量超過5%時，極易發生爆炸及火災等事故；而空氣中二氧化碳超過一定的量時會影響呼吸，含量過高時甚至會使人神志不清、呼吸逐漸停止。因此，研制一種能夠實時提供甲烷和二氧化碳氣體濃度數據的檢測裝置，對石油化工、電力系統、環境檢測等領域至關重要。

對于這兩種氣體濃度檢測，目前最常用的方法有電化學法、催化燃燒法、氣相色譜法等，這些方法普遍存在著測量精度差，檢測范圍窄，需頻繁校準的缺點，且在檢測高濃度氣體時易受背景氣體的干擾。隨著紅外探測技術的發展，與其他檢測技術相比，基于非分光紅外原理的氣體檢測方法具有檢測精度高、抗干擾能力強等優點。因此，采用紅外吸收原理研究開發甲烷和二氧化碳雙組分檢測系統，將對保障工業正常生產和人民生命安全有著十分重要的意義，并且有著廣闊的市場前景。

我國在該領域起步較晚，近年來得到了廣泛的發展，應用于甲烷和二氧化碳檢測的技術和裝置尚存在諸多不足。例如現有方案中，氣室長度的設定有一定的隨意性。根據朗伯比爾定律可知，氣室長度對傳感器測量精度有較大影響。氣室過長會影響傳感器體積，不利益儀器小型化；氣室過短則會影響氣體測量精度。其次，檢測甲烷和二氧化碳各組分濃度時，工作人員需要在現場近距離操作和觀察檢測裝置所顯示的各組分濃度值，而不能遠程檢測，這樣可能會給工作人員帶來危害。再者，為了減小因溫濕度影響而造成的誤差，一般會在硬件電路中加入熱敏電阻和濕敏電阻。盡管這種方法的原理及電路簡單，但實際中很難找到熱、濕敏電阻的系數與氣體傳感器的溫濕度系數相同或相反，從而影響了氣體的測量精度。

發明內容

本實用新型的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，提供一種能對甲烷和二氧化碳氣體進行遠程檢測的裝置。

為了達到上述目的，本實用新型提供了一種甲烷和二氧化碳雙組份氣體紅外遠程檢測裝置，包括檢測端、處理端；檢測端包括紅外光源、熱釋電探測器、氣室、信號放大模塊、濾波去噪模塊、數模轉換模塊、微處理器、ZigBee無線通訊模塊；處理端采用PC機；紅外光源和熱釋電探測器分別位于氣室的左右兩端；氣室左側上端設有進氣口，右側上端設有出氣口；熱釋電探測器依次通過信號放大模塊、濾波去噪模塊、數模轉換模塊和微處理器相連；微處理器分別與紅外光源和ZigBee無線通訊模塊相連；PC機通過所述ZigBee無線通訊模塊與檢測端通信相連。

其中，檢測端還包括檢測端殼體、電路板；信號放大模塊、濾波去噪模塊、數模轉換模塊、微處理器、ZigBee無線通訊模塊均設于電路板上；電路板和氣室設于檢測端殼體內部；氣室包括外殼和內室；紅外光源和熱釋電探測器分別位于所述內室的左右兩端；檢測端殼體上端開口；氣室的外殼為長方體，固定在電路板上，且外殼的上端面固定在檢測端殼體的上端開口處；氣室的內室為圓柱體，內壁光滑，進氣口和出氣口設于氣室的內室上；氣室的外殼對應進氣口和出氣口處設有通孔；進氣口和出氣口伸出對應的通孔處；進氣口和出氣口上均設有防水透氣膜。

檢測端還包括溫度傳感器；溫度傳感器設于氣室的內室；溫度傳感器與微處理器相連。

其中，熱釋電探測器為三元紅外探測器，其三個通道前端分別設有甲烷濾光片、二氧化碳濾光片和參比濾光片；甲烷濾光片、二氧化碳濾光片和參比濾光片的中心波長分別為3.4μm、4.26μm和4.00μm。

微處理器通過光源驅動模塊與紅外光源相連。

檢測裝置還包括多個手持終端；手持終端與檢測端的ZigBee無線通訊模塊通信相連。

微處理器采用FPGA可編程邏輯器；紅外光源采用EMIRS200型電調制紅外光源；ZigBee無線通訊模塊采用CC2530型ZigBee無線通訊模塊。

紅外光源發出的紅外光波段為2~16μm；氣室的內室采用ABS樹脂材質；氣室內室的長度為7~10cm，直徑為2cm。

手持終端可采用手機。

本實用新型相比現有技術具有以下優點：

1、本實用新型利用Zigbee無線通訊模塊，功耗低，體積小，距離遠，可進行一對多通訊，工作人員不用到現場就可以通過手持終端接收到待測地區氣體濃度的實時數據。