本发明专利技术公开了红外传感器技术领域中的一种兼顾量程与分辨率的气体传感器及其实现方法，该气体传感器中，光路系统包括气室骨架及位于气室骨架内的光源组件、分光件及至少两个探测器，光源组件发出的光束经由分光件分光，分光后的光束分别入射至不同的探测器，形成不同光程长度的光路，每个探测器分别接收对应光程光路的光信号，电路控制处理系统用于采集每个探测器的光电转化结果，通过测量光功率的变化量，分别计算不同长度光程的光路对应的气体浓度测量结果。本发明专利技术通过长光程光路对应的探测器实现了气体浓度高灵敏度的检测，通过短光程光路对应的探测器实现了气体浓度的大量程检测，进而实现了气体传感器兼顾了大量程与高灵敏度的检测需求。灵敏度的检测需求。灵敏度的检测需求。
【技术实现步骤摘要】
一种兼顾量程与分辨率的气体传感器及实现方法
[0001]本专利技术涉及红外传感器
，具体的说，是涉及一种兼顾量程与分辨率的气体传感器及实现方法。
技术介绍
[0002]红外气体传感器具有响应速度快、测量精度高、抗干扰能力强、使用寿命长等优点，且其不会出现有害气体中毒、老化等现象，在气体传感器领域具有重要市场应用前景。红外气体传感器的工作原理是利用气体分子固有的振动、转动频率而对特定波长的红外光信号具有吸收作用，且光吸收强度与气体分子浓度的关系满足朗伯
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比尔定律。因此，通过探测与气体分子相互作用后特定波长光吸收强度的变化，即可实现对特定气体浓度的精确检测。
[0003]气体浓度测量量程和测量灵敏度是红外器气体传感器的两个重要特征参量指标。根据朗伯比尔定律，光吸收强度与气体分子的浓度和光吸收光程长度相关。在固定光程长度条件下，随着气体分子浓度的增大，光吸收强度逐渐增大。然而，当气体浓度达增大到一定限度后，光吸收强度逐渐不再随浓度变化，达到光吸收饱和状态，从而极大的限制了气体浓度的测量量程。通过缩短光程长度，可降低光与气体的作用距离，即降低相同气体浓度的光吸收强度，可提高光吸收饱和浓度，从而提高了气体浓度测量量程。但是，缩短光程将同时降低单位气体浓度的光吸收强度，即导致传感器的测量灵敏度降低。
[0004]综上所述，红外气体传感器的测量量程和测量灵敏度与传感器的光程长度密切相关，且测量量程与测量灵敏度是一对相反的特征参量。大量程传感器将导致低灵敏度，而高灵敏度往往仅适应于小量程传感器。因此，需要开发一种能够同时兼顾大量程和高灵敏度的红外气体传感器。
技术实现思路
[0005]为了克服现有的技术的不足，本专利技术提供一种兼顾量程与分辨率的气体传感器及实现方法，可以解决现有红外气体传感器面临的无法兼顾大量程与高分辨率的缺陷，提高了红外气体传感器的性能。
[0006]本专利技术技术方案如下所述：一方面，一种兼顾量程与分辨率的气体传感器，包括光路系统、电路控制处理系统，其特征在于，所述光路系统包括气室骨架及位于所述气室骨架内的光源组件、分光件及至少两个探测器，所述光源组件发出的光束经由所述分光件分光，分光后的光束分别入射至不同的探测器，形成不同光程长度的光路；所述电路控制处理系统用于采集每个所述探测器的光电转化结果，通过测量光功率的变化量，分别计算不同长度光程的光路对应的气体浓度测量结果。
[0007]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述分光件位于所述气室骨架的侧壁上，通
过调整所述分光件的位置调节不同光路的光程的光程长度。
[0008]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述气室骨架的侧壁设有气孔，待测气体由所述气孔进入所述气室骨架的气室内。
[0009]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述光源组件包括光源和位于所述光源外侧的聚光杯，所述光源发出的光束由所述聚光杯准直后射出。
[0010]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述探测器包括第一探测器和第二探测器，所述光源组件发出的光束经由所述分光件分光，一部分光束经反射壁反射至所述第一探测器处，并构成长光程光路，另一部分光束直接入射至所述第二探测器处，并构成短光程光路。
[0011]进一步的，所述反射壁为曲面反射镜，入射至所述曲面反射镜的光束反射并聚焦至所述第一探测器处。
[0012]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述分光件分光后的各束光的光功率使得每个所述探测器接收的光电转化信号强度相等。
[0013]另一方面，一种兼顾量程与分辨率的气体传感器的实现方法，其特征在于，每个探测器分别接收对应光程光路的光信号，待测气体的分子进入气室后同时与不同光路的光束相互作用；电路控制处理系统采集每个所述探测器的光电转化结果，通过测量光功率的变化量，分别计算不同光程长度的光路对应的气体浓度测量结果。
[0014]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，分别比较不同光程长度的光路的气体灵敏度，设定相邻光程长度的光路测量气体浓度的临界浓度，将气体传感器的气体浓度探测总区间分为不同的浓度区间。
[0015]进一步的，在气体传感器输出最终测量浓度值的过程中：按照光程长度递减的顺序，先计算第一光程长度的光路得到的测量气体浓度值，当其测量值小于或等于第一光程长度光路与第二光程长度光路之间的临界浓度时，输出当前测量浓度值，当其测量值大于第一光程长度光路与第二光程长度光路之间的临界浓度时，计算第二光程长度的光路得到的测量气体浓度值，若其测量值小于或等于第二光程长度光路与第三光程长度光路之间的临界浓度时，输出当前测量浓度值，若其测量值大于第二光程长度光路与第三光程长度光路之间的临界浓度时，计算第三光程长度的光路得到的测量气体浓度值，以此类推，直至输出最终的测量浓度值；或，按照光程长度递增的顺序，先计算第n光程长度的光路得到的测量气体浓度值，当其测量值大于或等于第n光程长度光路与第n
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1光程长度光路之间的临界浓度时，输出当前测量浓度值，当其测量值小于第n光程长度光路与第n
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1光程长度光路之间的临界浓度时，计算第n
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1光程长度的光路得到的测量气体浓度值，若其测量值大于或等于第n
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1光程长度光路与第n
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2光程长度光路之间的临界浓度时，输出当前测量浓度值，若其测量值小于第n
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1光程长度光路与第n
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2光程长度光路之间的临界浓度时，计算第n
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2光程长度的光路得到的测量气体浓度值，以此类推，直至输出最终的测量浓度值。
[0016]根据上述方案的本专利技术，其有益效果在于，本专利技术提出了复合光程气室结构的传
感器，通过气室的不同的光程长度满足了大量程、高分辨率气体浓度的检测要求，即通过长光程光路对应的探测器实现了气体浓度高灵敏度的检测，通过短光程光路对应的探测器实现了气体浓度的大量程检测，进而实现了气体传感器兼顾了大量程与高灵敏度的检测需求；另外，本专利技术将长光程和短光程集成于一个气室骨架内，构成复合腔长气室结构，使得整个气体传感器集成度更高，避免多个传感器的应用，节省了产品的对应成本，同时降低了产品占用的空间，在具有大量程高分辨率要求的高精度气体分析仪领域具有广泛应用前景。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的结构原理图；图2为本专利技术实施例一的结构示意图；图3为本专利技术实施例一的光路图；图4为本专利技术实施例二的结构示意图；图5为本专利技术实施例二的光路图；图6为本专利技术一具体实施例中气体浓度相应曲线图；图7为本专利技术一具体实施例中气体浓度灵敏度曲线图。
[0018]在图中，各个附图标号为：10
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光源组件；11
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光源；12
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聚光杯；20
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分光件；30
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反射壁；41
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第一探测器；42
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第二探测器；50
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种兼顾量程与分辨率的气体传感器，包括光路系统、电路控制处理系统，其特征在于，所述光路系统包括气室骨架及位于所述气室骨架内的光源组件、分光件及至少两个探测器，所述光源组件发出的光束经由所述分光件分光，分光后的光束分别入射至不同的探测器，形成不同光程长度的光路；所述电路控制处理系统用于采集每个所述探测器的光电转化结果，通过测量光功率的变化量，分别计算不同长度光程的光路对应的气体浓度测量结果。2.根据权利要求1所述的兼顾量程与分辨率的气体传感器，其特征在于，所述分光件位于所述气室骨架的侧壁上，通过调整所述分光件的位置调节不同光路的光程的光程长度。3.根据权利要求1所述的兼顾量程与分辨率的气体传感器，其特征在于，所述气室骨架的侧壁设有气孔，待测气体由所述气孔进入所述气室骨架的气室内。4.根据权利要求1所述的兼顾量程与分辨率的气体传感器，其特征在于，所述光源组件包括光源和位于所述光源外侧的聚光杯，所述光源发出的光束由所述聚光杯准直后射出。5.根据权利要求1所述的兼顾量程与分辨率的气体传感器，其特征在于，所述探测器包括第一探测器和第二探测器，所述光源组件发出的光束经由所述分光件分光，一部分光束经反射壁反射至所述第一探测器处，并构成长光程光路，另一部分光束直接入射至所述第二探测器处，并构成短光程光路。6.根据权利要求5所述的兼顾量程与分辨率的气体传感器，其特征在于，所述反射壁为曲面反射镜，入射至所述曲面反射镜的光束反射并聚焦至所述第一探测器处。7.根据权利要求1所述的兼顾量程与分辨率的气体传感器，其特征在于，所述分光件分光后的各束光的光功率使得每个所述探测器接收的光电转化信号强度相等。8.一种兼顾量程与分辨率的气体传感器的实现方法，其特征在于，每个探测器分别接收对应光程光路的光信号，待测气体的分子进入气室后同时与不同光路的光束相互作用；电路控制处理系统采集每个所述探测器的光电转化结果，通过测量光功率的变化量，分别计算不同光程长度的光路对应...
【专利技术属性】
技术研发人员：卿笃安，卿添，罗诗文，高帅兵，
申请(专利权)人：深圳市诺安环境安全股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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