[发明专利]一种双光程多气体红外气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外气体传感器，更确切地说本发明涉及一种双光程多气体红外气体传感器。属于红外气体传感器领域。

背景技术

近年来随着经济的发展、政府低碳环保等政策的推行以及人们安全意识的提高，气体传感器市场需求量逐年增加，红外传感器以其精度高、选择性好、寿命长、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰小等优点得到了广泛的研究。

CN 2507011Y公布了一种由光锥阵列、光锥套、滤光片阵列等组成的阵列式气体传感器，可同时测定多种气体组分。CN200947084Y公布了一种由供电电源接口、气体传感器光学平台、仪器测控系统以及外围接口组成的电调制非分光红外气体传感器，适合于多种气体的测量。CN 102279167A公布了一种由气室以及由窄带光源、红外敏感部分、窄带光学滤光片、气体干燥装置等部件组成的微型红外气体传感器。CN 102608064A公布了一种以三通道探测器为基础设计的CO气体高精度检测的三通道红外气体传感器，可同时实现CO气体和CO₂气体的测量。CN 102507494A公布了一种长光程及光强可调型红外甲烷气体传感器，解决了现有非色散红外甲烷传感器只能测量较高浓度(>100ppm)的甲烷气体的问题。CN 102721662A公布了一种不依靠反射来延长光程，消除了传感器因反射面被污染后很快失效的问题。

以上公开的资料表明尽管它们设计精巧，在腔体内部设计了精巧的光路，但是其光程唯一。由于不同气体对红外线的吸收强弱是不同的，在单一光程下同时对多种气体进行检测，在光程设计时照顾了红外线吸收强的气体，势必会影响红外线吸收弱的气体的检测精度，反之亦然；同时某些气体的红外吸收主峰比较接近，存在交叠区域，检测时很难判别为何种气体，此时便需要吸收较弱的次吸收峰作为气体识别的补充依据，但是主次吸收峰的强弱不同，单一光程下势必顾此失彼。为此单一光程不利于不同红外吸收率气体的同时检测及气体筛选的精确度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双光程多气体红外气体传感器，针对多种气体的检测，对应待测气体中红外吸收弱气体的检测单元设置在长光程区，对应红外吸收强气体的检测单元设置在短光程区，这便可以满足红外吸收率不同气体同时检测的需求及检测精度；针对气体的识别和检测，对应待测气体的红外吸收主峰的检测单元设置在短光程区，对应待测气体的红外吸收次峰的检测单元设置在长光程区，可以满足气体识别及测量；针对同种气体不同检测精度，设置在短光程区的检测单元可以满足大量程低精度的需求，设置在长光程区的检测单元可以满足小量程高精度的需求。

所述传感器包括：

①呈环形的多种气体检测腔为光路主通道，环形腔的侧壁设置有安放红外光源的光源安装槽，抛物反射面，安放多元探测器的探测器安装槽以及内部设置平面反射镜；

②所述的平面反射镜为方形结构，置于探测器安装槽轴线与光源安装槽的轴线交点处，且探测器安装槽的轴线与光源安装槽的轴线夹角的平分线垂直；抛物反射面用于红外光源发出的红外光反射进入环形腔；

③所述多元探测器为四元红外探测器，敏感单元分上、下两排排列，上、下两排分别贴装参考窄带滤光和待测气体对应的窄带滤光片，用于识别和检测多种待测气体；

④多元探测器通过探测器板与仪器电路板相连，构建探测器信号的传输通道；红外光源通过光源板与仪器电路板相连，构建红外光源控制信号传输的通道。

所述的传感器其特征在于：

(a)所述的探测器安装槽的轴线与光源安装槽的轴线相交于环形腔的内部，否则将不能对入射光线进行有效的反射；

(b)所述的探测器安装槽轴线与光源安装槽轴线不经过环形腔的中心，否则光线将不能传播到探测器接收端。

(c)所述的仪器电路板依次包括信号放大模块、模数转换模块、信号处理模块、通讯显示模块，其中信号放大模块将多元探测器的信号放大，模数转换模块将放大后的模拟信号转化为数字信号，信号处理模块将转化后的数字信号进行运算处理转换为对应的输出信号，通讯显示模块将输出信号显示出来。

(d)探测器安装槽与光源安装槽轴线夹角为120°。

(e)所述的多元探测器有4个焊接孔，与仪器电路板连接焊盘4个；红外光源有2个焊接孔，与仪器电路板连接焊盘2个。

(f)所述多种气体检测腔的盖板为光路辅助部分，盖板上设有通气孔和定位槽，通气孔用的待测气体扩散进入并充满多种气体检测腔；定位槽卡住固定探测器安装槽，使盖板固定在多种气体检测腔上。