[发明专利]一种微型中红外气体浓度监测方法及装置

权利要求书

1.一种微型中红外气体浓度监测装置，其特征在于：由防水透气膜（1），外壳（2），过滤网（3），气室壁Ⅰ（4），气室壁Ⅱ（5），气室壁Ⅲ（6），内衬（7），电路板Ⅰ（8），电路板Ⅱ（9），6个电路引脚（10），中红外光源（11），双通道红外探测器（12）组成一个整体，其构造是：防水透气膜（1）紧贴在外壳（2）上，过滤网（3），气室壁Ⅰ（4），气室壁Ⅱ（5），气室壁Ⅲ（6），内衬（7），电路板Ⅰ（8），电路板Ⅱ（9），依次装入外壳之内并粘接牢固，中红外光源（11）和双通道红外探测器（12）焊接在电路板Ⅰ（8）上，并通过内衬（7）隔离和通过气室壁Ⅲ（6）上的孔发出或接收红外光，6个电路引脚（10）焊接在电路板Ⅱ（9）上，并伸出以便于装置与外部的电连接，电路板Ⅰ（8）和电路板Ⅱ（9）之间的空隙灌注密封胶形成密封层（14），底部用盖板（15）封住；

双通道红外探测器（12）前面设置有参比滤光片（16）和测量滤光片（17），分别通过气室壁Ⅲ（6）上的参比透光孔（19）、测量透光孔（20）接收红外光强信号，所述的参比滤光片（16）和测量滤光片（17）均为窄带干涉滤光片，可通过选择不同波长的滤光片对不同的气体进行测量；

气室壁Ⅰ（4）、气室壁Ⅱ（5）和气室壁Ⅲ（6）形成一个无焦点多次反射气室（22），气室壁Ⅰ（4）形成气室的顶面，其上有进气孔（21）允许气体进入气室，气室壁Ⅱ（5）形成气室的侧壁并提供气室空间，气室壁Ⅲ（6）形成气室的底面和提供红外光进入和射出气室的孔，气室内壁面全部镀金反射膜以增加反射率，中红外光源（11）通过气室壁Ⅲ（6）上的光源孔（18）伸入无焦点多次反射气室（22）内，双通道红外探测器（12）的参比滤光片（16）和测量滤光片（17）的前面分别有参比透光孔（19）和测量透光孔（20）形成参比通道和测量通道；

电路板Ⅰ（8）和电路板Ⅱ（9）上包括信号放大滤波、A/D转换、数据处理、光源驱动等功能电路，电路板Ⅰ（8）还包含一个温度探测器，两块电路板之间通过电子连接件（13）相互联系，电路板Ⅱ（9）上配备6个电路引脚，分别为Vd、GND、TX、RX、OC1、OC2，Vd、GND是提供电源接入的引脚，TX、RX为发送和接收数字信号的引脚，能够对外输出被测气体浓度的数值和写入温度补偿和零点修正等参数，OC1、OC2为开路集电极输出的引脚，分别提供气体浓度的预报警和报警信号，预报警值和报警值可以在连接TX、RX引脚后根据实际使用需求写入。

2.一种微型中红外气体浓度监测方法，其特征在于：被监测的气体，经自然扩散进入权利要求1所述的装置，经过防水透气膜（1）除去水分，再经过过滤网（3）过滤，进入无焦点多次反射气室（22），无焦点多次反射气室（22）由三部分构成，气室壁Ⅰ（4），气室壁Ⅱ（5），气室壁Ⅲ（6）构成一个微型空间，中红外光源（11）发出红外光通过气室壁Ⅲ（6）的光源孔1（8）进入气室，在无焦点多次反射气室（22）的镀金反射膜的内表面上经过多次反射后，被被测气体吸收后到达双通道红外探测器（12）上，双通道红外探测器（12）的参比滤光片（16）和测量滤光片（17）分别选择对应波长的光，输出与光强有光的电压信号，电路板Ⅰ（8）和电路板Ⅱ（9）上的信号处理电路通过分析电压信号的强弱变化，得到一个反映气体浓度的吸收变量D，就可以得到气体浓度信息并对外输出数字信号；

为了避免温度所带来的测量误差，建立温度补偿模型，对电压信号随温度的变化关系进行补偿，以消除这种误差，所建立的温度补偿模型通过采集不同温度下，参比电压和测量电压随温度的变化情况，得到吸收变量D随温度变化的关系，采用多项式拟合得到温度补偿模型，根据所建立的温度补偿模型，结合温度探测器测得的实时温度修正吸收变量D后，通过选择几个标准浓度测量点作为标定点，建立吸收变量D与浓度的对应关系，采用查表法得到具体的气体浓度值，根据实际监测的需要，设定预报警值和报警值，在被测气体浓度超过设定值时，通过两个开路集电极输出OC1和OC2输出预报警或报警信号。