[發(fā)明專利]紅外氣體傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010098930.0
• 申請(qǐng)日: 2020-02-18
• 公開（公告）號(hào): CN111208083A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞驍;郭安波;王新國;劉瑋;吉澤歡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州諾聯(lián)芯電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/3504
• 分類號(hào): G01N21/3504;G01N21/01
• 代理公司: 蘇州威世朋知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32235
• 代理人: 韓曉園

本發(fā)明提供了一種紅外氣體傳感器，包括光源模塊、光路模塊、信號(hào)探測(cè)模塊、與光源模塊和信號(hào)探測(cè)模塊均通訊連接的電路模塊，所述紅外氣體傳感器還包括依次設(shè)置在所述光源模塊和光路模塊之間的濾光模塊和透反模塊、連接于所述透反模塊上且與電路模塊連接的參考探測(cè)模塊，所述濾光模塊內(nèi)部密封儲(chǔ)存有能過濾掉光源模塊發(fā)出的紅外光中對(duì)目標(biāo)氣體存在干擾的部分紅外光的干擾氣體；所述透反模塊能將經(jīng)過濾光模塊過濾后的紅外光分別反射給參考探測(cè)模塊和透射給信號(hào)探測(cè)模塊。本發(fā)明紅外氣體傳感器的測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)且用于改善現(xiàn)有技術(shù)中NDIR傳感器探測(cè)信號(hào)零點(diǎn)漂移問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外氣體檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種分辨率高且對(duì)外界環(huán)境變化的抗干擾能力強(qiáng)的紅外氣體傳感器。

背景技術(shù)

非色散紅外氣體傳感(NDIR)技術(shù)是一種精度高、穩(wěn)定性好、壽命長的氣體傳感技術(shù)，其原理是利用特定波長的紅外光經(jīng)過待測(cè)氣體時(shí)被吸收發(fā)生衰減，根據(jù)衰減前后的光強(qiáng)對(duì)比計(jì)算出氣體的濃度，及比爾-朗伯定律：I＝I₀·exp(-μCL)。其中，I為有氣體吸收時(shí)到達(dá)探測(cè)器的紅外光強(qiáng)，I₀為沒有氣體吸收時(shí)的光強(qiáng)，C為腔室內(nèi)氣體濃度，L為腔室長度或紅外光光程，μ為氣體的吸收系數(shù)。因此，NDIR傳感器至少包含用于產(chǎn)生紅外光的紅外光源、過濾紅外光源的紅外光以出射特定波長的紅外光濾光片、紅外光在腔室內(nèi)被氣體吸收的氣體腔室、用于探測(cè)紅外光強(qiáng)度的紅外探測(cè)器、以及電學(xué)電路等部件。

傳統(tǒng)的NDIR模塊采用單光路結(jié)構(gòu)，即紅外光經(jīng)光路到達(dá)信號(hào)探測(cè)器和參考探測(cè)器所經(jīng)過的光程相同(L相同)，信號(hào)探測(cè)器前裝備透射波長為待測(cè)氣體吸收波長的濾光鏡，而參考探測(cè)器前裝備透射波長為非待測(cè)氣體吸收波長的濾光鏡。其氣體濃度為其中，μ_ref為腔室中氣體對(duì)信號(hào)波段紅外光的吸收系數(shù)，C_ref為腔室中氣體對(duì)參考波段紅外光的吸收系數(shù)，μ_ref*C_ref≈0，故，待測(cè)氣體濃度可簡化為其中，I_ref為參考探測(cè)器測(cè)量的光強(qiáng)，I_signal為信號(hào)探測(cè)器測(cè)量的光強(qiáng)，μ_signal為待測(cè)氣體的吸收系數(shù)。然而，由于外界環(huán)境變化，主要是溫度波動(dòng)導(dǎo)致光源輻射溫度發(fā)生變化，對(duì)參考探測(cè)器和信號(hào)探測(cè)器接收到的光強(qiáng)的影響為非線性的，從而導(dǎo)致傳感器零點(diǎn)漂移，測(cè)量精度下降，穩(wěn)定性變差等。

為了降低外部環(huán)境變化導(dǎo)致的傳感器信號(hào)漂移問題，采用光程不同的雙光路被認(rèn)為是一種切實(shí)可行的方法。例如，目前公開的專利US20110042570以及專利CN103822892B提供了兩種采用雙光路的紅外氣體傳感器，直管雙光路和彎管雙光路，兩種傳感器的信號(hào)探測(cè)器和參考探測(cè)器均探測(cè)待測(cè)氣體吸收波段的紅外光，這樣待測(cè)氣體的濃度為外界環(huán)境變化對(duì)I_ref和I_signal的影響為線性的，可以通過除法實(shí)現(xiàn)過濾掉這些影響因素，起到過濾的作用，提高了傳感器的性能。然而，雙通道不可避免提升了光路的復(fù)雜程度，就直通光路而言，在信號(hào)通道長度不變的條件下，L_signal-L_refL，一定程度上降低了傳感器的精度；彎管雙光路雖可以解決光路體積問題，但是彎管依賴光路內(nèi)壁對(duì)光的反射，當(dāng)待測(cè)氣體內(nèi)部雜質(zhì)較多時(shí)，光路內(nèi)壁會(huì)較快失去光澤，反射效率降低，因而光路需要頻繁清洗。

有鑒于此，有必要對(duì)現(xiàn)有的紅外氣體傳感器予以改進(jìn)，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)且用于改善現(xiàn)有技術(shù)中NDIR傳感器探測(cè)信號(hào)零點(diǎn)漂移的紅外氣體傳感器。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：