【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳检测。具体地说是基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统。
技术介绍
1、精确检测锅炉烟气co2浓度是一项重要工作，其中锅炉烟气成分复杂、温度高、湿度大、co2浓度较高，因此需要采取更加有效的检测手段，红外吸收法因其检测烟气co2浓度具有诸多优势，得到了国内外越来越多的专家学者的关注与研究。
2、国内主要采用傅里叶变换红外光谱仪作为烟气co2抽样检测设备。傅里叶变换红外光谱仪使用近红外光源，光学系统中用到光源控制模块、分光模块及多次反射式吸收模块等部件，内部结构复杂。由于co2的近红外吸收受到较多因素的影响，使用这种设备检测烟气co2浓度时，需要进行样气处理、特征峰提取等处理过程。这些因素造成设备体积庞大，对现场抽样检测应用造成了很大的影响。为解决上述抽样检测过程中设备体积过大且不便携带的问题，本文基于红外吸收法设计一种便携式的烟气co2检测设备，以满足目前的实际需求。
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，包括光学系统和电路系统；光学系统包括红外光源、分光镜、检测气室、参考气室、滤光片和光电探测器；电路系统包括光源驱动电路、电源电路；信号调理电路、stm32模块电路；
4、光源驱动电路驱动红外光源，红外光源发出的红外光经过分光镜分为两路，一路红
5、将光学系统和电路系统集成为一体化，通过夹持器固定或者焊接在金属盒内，形成便携式烟气co2检测仪。
6、上述基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，红外光源为中红外激光led光源lms43led，中心波长在4.1～4.3μm；光电探测器为中红外光电二极管lms43pd，最大灵敏度范围在3.8～4.2μm；滤光片为红外窄带滤光片，波长为4.26μm；分光镜为中红外分光镜，反射率和透射率均为50％。
7、上述基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，在两个光电探测器前放置聚光透镜，聚光透镜为氟化钙材质的平凸透镜。
8、上述基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，在电源电路中，选择5v可充电锂电池为系统供电，包括5v转-5v电路、5v转12v电路和5v转3.3v电路；分别为信号调理电路的有源运放、光源驱动电路和stm32模块电路供电；
9、在5v转-5v电路中：选择icl7660s作为电压转换芯片，icl7660s电压转换芯片的管脚2和管脚4之间连接有电容c29，icl7660s电压转换芯片的管脚3接地；icl7660s电压转换芯片的管脚8连接+5v电压；icl7660s电压转换芯片的管脚5一端通过电容c30接地，另一端输出-5v电压并与接口p1的管脚1连接，接口p1的管脚2接地；
10、在5v转12v电路中：选择mc34063升压模块，+5v电压一端与mc34063升压模块的管脚6连接，+5v电压另一端通过并联的电容c35和电容c26后，一端接地，另一端通过电阻r37与mc34063升压模块的管脚5连接；+5v电压还通过电阻r36与mc34063升压模块的管脚7连接；mc34063升压模块的管脚8通过串联的电阻r35和电感i5与mc34063升压模块的管脚1连接，mc34063升压模块的管脚1连接稳压二极管d2输入端；稳压二极管d2输出端输出+12v电压；mc34063升压模块的管脚2、管脚3和管脚4并联后一端接地，另一端通过电容c37接地，再分别通过电容c38和电容c39后输出+12v电压；mc34063升压模块的管脚5通过电阻r38后与稳压二极管d2输出端连接；
11、在5v转3.3v电路中：选择lm1117正稳压芯片，+5v电压与lm1117正稳压芯片的管脚3连接，同时+5v电压通过并联的电容c1和电容c2后接地，管脚1接地；lm1117正稳压芯片的管脚2输出+3.3v电压，同时lm1117正稳压芯片的管脚2通过并联的电容c2和电容c4接地。
12、上述基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，光源驱动电路选择俄罗斯ledmicrosensornt公司生产的d51i型电路，选用频率为2khz，脉冲持续时间为20μs的脉冲信号调制红外光源。
13、上述基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，信号调理电路包括前置放大电路、锁相放大电路和低通滤波电路；用于检测检测气室的光电探测器输出的待测信号通过前置放大电路、锁相放大电路和低通滤波电路输出，用于检测参考气室的光电探测器的基准信号与锁相放大电路的输入端连接；
14、前置放大电路：采用二级放大结构，选择opa227芯片，光电探测器的信号输出端与第一个opa227芯片的管脚2连接，第一个opa227芯片的管脚6为输出端，通过电阻r26与第二个opa227芯片的管脚2连接，第二个opa227芯片的管脚6运放最终的输出电压信号；第一个opa227芯片的管脚3接地，并通过电容c33与第一个opa227芯片的管脚4连接，同时第一个opa227芯片的管脚4接-5v电压；第一个opa227芯片的管脚2通过电阻r25与第一个opa227芯片的管脚6连接，第一个opa227芯片的管脚7接+5v电压，并通过电容c34接地；
15、第二个opa227芯片的管脚3接地，并通过电容c35与第二个opa227芯片的管脚4连接，同时第二个opa227芯片的管脚3接-5v电压；第二个opa227芯片的管脚2通过电阻r27与第二个opa227芯片的管脚6连接，第二个opa227芯片的管脚7接+5v电压，并通过电容c36接地；
16、锁相放大电路：选择ad630精密信号处理芯片，ad630精密信号处理芯片的管脚1与前置放大电路的输出的待测信号端连接，ad630精密信号处理芯片的管脚9与从检测的参考气室的光电探测器的输出的基准信号连接；ad630精密信号处理芯片的管脚8接-5v电压，同时通过电容c37接地；ad630精密信号处理芯片的管脚11接+5v电压，同时通过电容c38接地；ad630精密信号处理芯片的管脚10、管脚17、管脚14接地；ad630精密信号处理芯片的管脚15、管脚19和管脚20相连接；ad630精密信号处理芯片的管脚13为输出端；
17、低通滤波电路：选择opa227运算放大器芯片，锁相放大电路的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，包括光学系统和电路系统；光学系统包括红外光源(1)、分光镜(2)、检测气室(3)、参考气室(4)、滤光片(5)和光电探测器(6)；电路系统包括光源驱动电路(7)、电源电路；信号调理电路(8)、STM32模块电路(9)；
2.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，红外光源(1)为中红外激光LED光源LMS43LED，中心波长在4.1～4.3μm；光电探测器(6)为中红外光电二极管LMS43PD，最大灵敏度范围在3.8～4.2μm；滤光片(5)为红外窄带滤光片，波长为4.26μm；分光镜(2)为中红外分光镜，反射率和透射率均为50％。
3.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，在两个光电探测器(6)前放置聚光透镜(10)，聚光透镜为氟化钙材质的平凸透镜。
4.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，在电源电路中，选择5V可充电锂电池为系统供电，包括5V转-5V电路、5V转12V电路和5V
5.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，光源驱动电路(7)选择俄罗斯LED MicrosensorNT公司生产的D51i型电路，选用频率为2kHz，脉冲持续时间为20μs的脉冲信号调制红外光源。
6.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，信号调理电路(8)包括前置放大电路、锁相放大电路和低通滤波电路；用于检测检测气室(3)的光电探测器(6)输出的待测信号通过前置放大电路、锁相放大电路和低通滤波电路输出，用于检测参考气室(4)的光电探测器(6)的基准信号与锁相放大电路的输入端连接；
7.根据权利要求6所述的基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，STM32模块电路(9)包括STM32芯片、温湿度检测电路、通信电路和LCD显示电路；STM32芯片选择STM32F103ZET6型号；STM32芯片从信号调理电路(8)完成A/D采样，通过温湿度检测电路采集温湿度信息，然后通过通信电路进行数据传输，并通过LCD显示电路在LCD显示屏上显示CO2浓度和温湿度数据。
8.根据权利要求7所述的基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，低通滤波电路的信号输出端与STM32芯片的管脚34PA0端连接，STM32芯片获取CO2浓度数据；
9.根据权利要求7所述的基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，LCD显示电路为TFT液晶显示模组，TFT液晶显示模组的管脚1-管脚21分别与STM32芯片的管脚127、管脚56、管脚117、管脚118、管脚25、管脚85、管脚86、管脚114、管脚115、管脚58、管脚59、管脚60、管脚63、管脚64、管脚65、管脚66、管脚67、管脚68、管脚77、管脚78、管脚79连接；TFT液晶显示模组的管脚22接3.3V电压、TFT液晶显示模组的管脚24与管脚22连接后通过电容C31接地，TFT液晶显示模组的管脚26和管脚27接地；TFT液晶显示模组的管脚28接5V电压同时通过电容C32后接地；TFT液晶显示模组的管脚29、管脚30、管脚31、管脚33和管脚34分别与STM32芯片的管脚20、管脚21、管脚22、管脚49、管脚47连接；
10.根据权利要求6所述的基于红外吸收法的便携式烟气CO2检测系统，其特征在于，STM32芯片采样过程采用改进的中值平均滤波算法；改进的中值平均滤波算法：将T个数据分为一组，并对一组中的数据按大小排序，对中间的K个数据计算算数平均值即为有效值，K的个数根据一组数据的个数T和扰动信号的出现频率而定，K为一组数据的个数T的30％±5％；
...【技术特征摘要】
1.基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，其特征在于，包括光学系统和电路系统；光学系统包括红外光源(1)、分光镜(2)、检测气室(3)、参考气室(4)、滤光片(5)和光电探测器(6)；电路系统包括光源驱动电路(7)、电源电路；信号调理电路(8)、stm32模块电路(9)；
2.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，其特征在于，红外光源(1)为中红外激光led光源lms43led，中心波长在4.1～4.3μm；光电探测器(6)为中红外光电二极管lms43pd，最大灵敏度范围在3.8～4.2μm；滤光片(5)为红外窄带滤光片，波长为4.26μm；分光镜(2)为中红外分光镜，反射率和透射率均为50％。
3.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，其特征在于，在两个光电探测器(6)前放置聚光透镜(10)，聚光透镜为氟化钙材质的平凸透镜。
4.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，其特征在于，在电源电路中，选择5v可充电锂电池为系统供电，包括5v转-5v电路、5v转12v电路和5v转3.3v电路；分别为信号调理电路(8)的有源运放、光源驱动电路(7)和stm32模块电路(9)供电；
5.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，其特征在于，光源驱动电路(7)选择俄罗斯led microsensornt公司生产的d51i型电路，选用频率为2khz，脉冲持续时间为20μs的脉冲信号调制红外光源。
6.根据权利要求1所述的基于红外吸收法的便携式烟气co2检测系统，其特征在于，信号调理电路(8)包括前置放大电路、锁相放大电路和低通滤波电路；用于检测检测气室(3)的光电探测器(6)输出的待测信号通过前置放大电路、锁相放大电路和低通滤波电路输出，用于检测参考气室(4)的光电探测器(6)的基准信号与锁相放大电路的输入端连接；
7....
【专利技术属性】
技术研发人员：王金明，张飞，庞赟佶，包容，董赋一，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：
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