[發明專利]基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置及檢測方法

在審

• 申請號: 202110347412.2
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113075154A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 曹玲燕;楊志勇;李志軍;邵菲藝;孫歡平;田興
• 申請（專利權）人: 江蘇國電南自海吉科技有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/27;G01J1/44;G01N21/03
• 代理公司: 南京燦爛知識產權代理有限公司 32356
• 代理人: 趙麗

1.一種基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置，包括光源發射器(1)、光流通池(2)、濾波片(3)、鉑電阻檢測單元(4)、儀表放大電路(5)、選頻放大器(6)以及同步采集模塊(7)；所述光源發射器(1)發射的光線依次貫穿光流通池(2)、濾波片(3)、鉑電阻檢測單元(4)，檢測信號經過儀表放大電路(5)進行放大，再經過選頻放大器(6)進行放大，最后放大后的數據傳輸到所述同步采集模塊(7)；所述光流通池(2)上設有進氣閥(8)和出氣閥(9)，其特征在于：

所述儀表放大電路(5)包括濾波電阻R1、濾波電阻R7、濾波電阻R8、濾波電阻R9、濾波電阻R10、運算放大器U4、基礎比例放大支路、第一基礎選頻運放支路和第二基礎選頻運放支路；所述基礎比例放大支路由濾波電阻R2、濾波電阻R3、電容C1和運算放大器U1并聯而成；所述第一基礎選頻運放支路由電容C2和運算放大器U2并聯而成,并串聯有濾波電阻R4；所述第二基礎選頻運放支路由濾波電阻R6和運算放大器U3并聯而成,并串聯濾波電阻R5；所述第一基礎選頻運放支路和所述第二基礎選頻運放支路用于實現信號的選頻隔離；

所述基礎比例放大支路與濾波電阻R1、濾波電阻R8相串聯，第一基礎選頻運放支路、第二基礎選頻運放支路與濾波電阻R7相串聯，兩個串聯后的電路與和所述濾波電阻R9相并聯，之后再串聯由濾波電阻R10、運算放大器U4組成的并聯電路。

2.根據權利要求1所述的一種基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置，其特征在于：所述濾波片(3)中心波長為待測氣體吸收波峰的波長，所述濾波片(3)用于濾除非波峰波長的光。

3.根據權利要求1所述的一種基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置，其特征在于：所述鉑電阻檢測單元(4)通過ADR425標準信號源(10)進行供電。

4.根據權利要求1所述的一種基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置，其特征在于：所述光流通池(2)用于存放待檢測氣體，檢測時，所述進氣閥(8)和所述出氣閥(9)保持常閉狀態。

5.根據權利要求1所述的一種基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置，其特征在于：所述光源發射器(1)為電調制光源發射器。

6.根據權利要求5所述的一種基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置，其特征在于：所述光源發射器(1)發射光源為電調制方波紅外光源，電調制方波紅外光源利用MCU的頻率分頻，以獲得與所述同步采集模塊(7)進行數據處理時完全相同的頻帶。

7.根據權利要求1所述的一種基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置，其特征在于：所述鉑電阻檢測單元(4)包括藍寶石晶體(4-1)以及4個pt1000鉑電阻，分別為第一pt1000鉑電阻(4-2)、第二pt1000鉑電阻(4-3)、第三pt1000鉑電阻(4-4)、第四pt1000鉑電阻(4-5)，4個pt1000鉑電阻通過惠斯通電橋方式排列。

8.根據權利要求7所述的一種基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置，其特征在于：所述鉑電阻檢測單元(4)中，第一pt1000鉑電阻(4-2)、第二pt1000鉑電阻(4-3)用于進行物理遮光；第三pt1000鉑電阻(4-4)、第四pt1000鉑電阻(4-5)用于進行通光，惠斯通電橋式鉑電阻阻值的變化，反映檢測氣體濃度的變化。

9.根據權利要求1所述的一種基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置，其特征在于：所述光流通池(2)的內壁鍍金膜用于增強聲音信號反射。

10.一種根據權利要求1-9任意一項所述基于鉑電阻的非分光紅外氣體濃度檢測裝置的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：打開光流通池(2)上進氣閥(8)，關閉出氣閥(9)，光流通池(2)內通入氮氣10s，打開出氣閥(9)，重復3次以上動作，進行光流通池(2)的清洗；打開進氣閥(8)，關閉出氣閥(9)，通入待檢測氣體10s時間進樣；

S2：所述光源發射器(1)發射紅外光，通過濾波片(3)濾除非待測氣體中心波長的光；

S3：所述鉑電阻檢測單元(4)中第三pt1000鉑電阻(4-4)、第四pt1000鉑電阻(4-5)兩個pt1000鉑電阻接收到特定光強的照射后，產生熱量的變化，進而阻值發生變化，而第一pt1000鉑電阻(4-2)、第二pt1000鉑電阻(4-3)兩個pt1000鉑電阻進行了物理遮光，不產生阻值變化，通過第一pt1000鉑電阻(4-2)、第二pt1000鉑電阻(4-3)以及第三pt1000鉑電阻(4-4)、第四pt1000鉑電阻(4-5)兩組鉑電阻之間的阻值差，產生光檢測信號；

S4：所述鉑電阻檢測單元(4)中惠斯通電橋式鉑電阻的信號差值X，通過儀表放大電路(5)進行放大，再經過選頻放大器(6)進行放大；

S5：同步采集模塊(7)同步收集到放大后的差值檢測信號，進行光強校正、數據參比分析，以及數字鎖相選頻處理；

S6：通過線性變換計算待測氣濃度，其中，通過步驟S5得到惠斯通電橋式鉑電阻增強后的信號差值X，其與待測氣體濃度Y滿足線性關系：Y＝dX+e，其中d、e為常數。