一种四花瓣腔体的多气体非分光红外气体传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种四花瓣腔体的多气体非分光红外气体传感器，包括光路部分和电路部分，其中光路部分包括红外光源、四花瓣光学气室、热释电红外探测器；电路部分包括滤波放大电路、A/D转换器、STM32单片机、通讯模块、温度传感器、半导体式加热制冷膜和驱动模块。四花瓣光学气室顶部设有球冠状反射面，底部设有空心圆台，使得红外光线能汇聚在底部探测器处，能大幅增加探测器面的红外辐射照度，增强传感器的探测和识别能力，提高传感器的灵敏度。光学气室进气口和出气口处设有滤网，外壁有温度传感器，同时外壁包裹半导体式加热制冷膜，能够对气体进行恒温降湿处理；避免了水分、微小颗粒和温度等因素对探测过程的影响，确保了探测结果的准确性。了探测结果的准确性。了探测结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种四花瓣腔体的多气体非分光红外气体传感器


[0001]本技术涉及一种四花瓣腔体的多气体非分光红外气体传感器，属于红外气体传感器设计


技术介绍

[0002]在中国经济飞速发展的大环境下，我国的化工业也得到了很好的发展，而化工业的生产离不开石油和煤炭等能源。在石油化工和煤化工等行业的生产过程中会产生多种有毒有害气体。这些气体一旦发生泄露并积聚在周围环境中，不仅严重污染大气环境，而且会引发火灾、爆炸及人身中毒等恶性事故，造成极大的生命财产损失。因此，做好有毒有害气体的实时检测及报警，防患于未然，是十分必要的。
[0003]目前，化工业常用的测量气体浓度的方法主要有催化燃烧法、电化学法和红外吸收法。催化燃烧法只能检测可燃性气体，对非可燃性气体却无能为力，有很大的局限性。电化学法气体传感器具有体积小、稳定性好及选择性好的优点，但该装置易老化、寿命较短且易受外界环境因素干扰，性价比较低。而红外吸收法是采用不同气体对红外光有不同吸收光谱的原理实现的，且红外光的吸收强度与气体浓度直接相关。红外吸收法具有选择性好、精度高、使用寿命长、检测速度快和适于在线测量等优点，被广泛用于测量各类气体浓度。传统的红外气体传感器一般只能测量单一气体浓度，不能满足日益增长的多气体浓度同时测量的需求。当采用多个单气体传感器时，可实现对多种气体的检测，然而，这种检测方式将大大增加成本的投入，且使用多个传感器会降低装置的便携性。此外，红外气体传感器受环境温湿度影响较大，当装置安装地点的温湿度发生明显变化时，会影响到检测装置的测量精度。r/>[0004]因此，需要设计一种能够同时测量多种气体浓度的高精度红外气体传感器。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的技术问题是：提供一种四花瓣腔体的多气体非分光红外气体传感器，解决了目前红外气体传感器测量气体种类局限，系统灵敏度低的问题，有效消除了温度和湿度对于装置检测的影响，能够适应复杂化工厂环境的现场使用，实时监测当地环境中的污染气体浓度，给环境治理提供准确实时的信息。
[0006]本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007]一种四花瓣腔体的多气体非分光红外气体传感器，所述红外气体传感器包括带有顶部和底部的四花瓣光学气室，所述红外气体传感器还包括球冠状反射面、空心圆台、红外光源、热释电红外探测器、滤波放大电路、A/D转换器、单片机、进气口和出气口；
[0008]所述四花瓣光学气室为反射式光学结构，所述球冠状反射面安装于所述四花瓣光学气室顶部下表面，所述红外光源安装于所述四花瓣光学气室底部上表面中心；所述空心圆台垂直放置于所述四花瓣光学气室底部上表面，且所述空心圆台的中心与所述四花瓣光学气室底部上表面中心重合；所述热释电红外探测器共有四个，呈中心对称设置于所述四
花瓣光学气室底部上表面四周；所述热释电红外探测器的输出端连接所述滤波放大电路的输入端，所述滤波放大电路的输出端连接所述A/D转换器的输入端，所述A/D转换器的输出端连接所述单片机的输入端；
[0009]所述四花瓣光学气室内壁、球冠状反射面以及空心圆台的内外壁均涂覆有反光镀层；所述进气口设置于所述四花瓣光学气室外壁靠近顶部的位置，所述出气口设置于所述四花瓣光学气室外壁靠近底部的位置。
[0010]作为本技术的一种优选方案，所述红外气体传感器还包括滤网，所述滤网安装于所述进气口和所述出气口。
[0011]作为本技术的一种优选方案，所述红外气体传感器还包括温度传感器、驱动模块以及半导体式加热制冷膜，所述温度传感器设置于所述四花瓣光学气室外壁上，所述半导体式加热制冷膜包裹于所述四花瓣光学气室外壁，所述温度传感器、驱动模块分别与所述单片机连接，所述半导体式加热制冷膜连接所述驱动模块；
[0012]所述温度传感器将实时监测到的气室温度传输给所述单片机；所述单片机根据气室温度控制所述驱动模块输送给所述半导体式加热制冷膜的功率大小。
[0013]作为本技术的一种优选方案，所述红外气体传感器还包括通讯模块，所述通讯模块与所述单片机连接。
[0014]作为本技术的一种优选方案，所述红外光源的型号为高频红外光源EMIRS200，出射红外光波长为2
‑
14μm。
[0015]作为本技术的一种优选方案，所述热释电红外探测器为双通道热释电红外探测器，包括参考通道和探测通道。
[0016]本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0017]1、本技术采用了反射式光学气室，能够有效缩减腔体长度，增加光程，具有小型化特点。
[0018]2、本技术使用了四花瓣光学气室，顶部设有球冠状反射面，底部设有空心圆台，使得红外光线能汇聚在底部探测器处，能大幅增加探测器面的红外辐射照度，增强传感器的探测和识别能力，提高传感器的灵敏度。
[0019]3、本技术光学气室进气口和出气口处设有滤网，外壁有温度传感器，同时外壁包裹半导体式加热制冷膜，能够对气体进行恒温降湿处理；避免了水分、微小颗粒和温度等因素对探测过程的影响，确保了探测结果的准确性。
[0020]4、本技术传感器光路部分采用了单光路八通道设计，共设置了四个双通道热释电探测器，每个探测器包含一个探测通道和一个参考通道，能够同时测量CO、NH3、SO2和H2S四种气体。降低检测成本的同时还能消除器件漂移，光源波动等因素的影响。
附图说明
[0021]图1是本技术四花瓣腔体气室结构的三维示意图；
[0022]图2是本技术四花瓣腔体剖面图；
[0023]图3是本技术四花瓣腔体气室顶部及球冠状反射面示意图；
[0024]图4是本技术四花瓣腔体气室底座俯视图；
[0025]图5是不同腔内结构时探测面红外辐射照度正视分布图；其中，(a)是气室内部无
球冠状反射面和空心圆台；(b)是气室内部设有球冠状反射面，无空心圆台；(c)是气室内部设有球冠状反射面和空心圆台；
[0026]图6是本技术提供的多气体非分光红外气体传感器流程简图。
[0027]附图标记如下：1为四花瓣光学气室顶部，2为球冠状反射面，3为四花瓣光学气室，4为空心圆台，5为出气口，6为热释电红外探测器，7为红外光源，8为进气口，9为滤网，10为温度传感器，11为半导体式加热制冷膜，12为四花瓣光学气室底部。
具体实施方式
[0028]下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
[0029]如图1和图2所示，本技术公开了一种四花瓣腔体的多气体非分光红外气体传感器，该红外气体传感器包括光路部分和电路部分。其中，光路部分包括红外光源7、四花瓣光学气室3和热释电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四花瓣腔体的多气体非分光红外气体传感器，其特征在于，所述红外气体传感器包括带有顶部和底部的四花瓣光学气室，所述红外气体传感器还包括球冠状反射面、空心圆台、红外光源、热释电红外探测器、滤波放大电路、A/D转换器、单片机、进气口和出气口；所述四花瓣光学气室为反射式光学结构，所述球冠状反射面安装于所述四花瓣光学气室顶部下表面，所述红外光源安装于所述四花瓣光学气室底部上表面中心；所述空心圆台垂直放置于所述四花瓣光学气室底部上表面，且所述空心圆台的中心与所述四花瓣光学气室底部上表面中心重合；所述热释电红外探测器共有四个，呈中心对称设置于所述四花瓣光学气室底部上表面四周；所述热释电红外探测器的输出端连接所述滤波放大电路的输入端，所述滤波放大电路的输出端连接所述A/D转换器的输入端，所述A/D转换器的输出端连接所述单片机的输入端；所述四花瓣光学气室内壁、球冠状反射面以及空心圆台的内外壁均涂覆有反光镀层；所述进气口设置于所述四花瓣光学气室外壁靠近顶部的位置，所述出气口设置于所述四花瓣光学气室外壁靠近底部的位置。2.根据权利要求1所述的四花瓣腔体的多气体非分光红外气体传感器，其特征在于，所述红外气...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏浩宇，顾芳，葛书豪，杨文慧，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：