[发明专利]一种基于STM32的多组分气体浓度检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于STM32的多组分气体浓度检测系统，其特征在于，包括采样气室(1)、红外光学系统、恒温模块、核心电路模块(15)、热释电探测器模块(13)；红外光学系统和恒温模块均安装在采样气室(1)内；

所述采样气室(1)上设有进气口(8)和出气口(9)，所述进气口(8)和出气口(9)处安装防水膜(6)，防水膜(6)位于采样气室(1)内壁上；

所述核心电路模块(15)调节红外光学系统发出对应强度的红外光线至探测交互区(7)，所述探测交互区(7)位于采样气室(1)上；

所述核心电路模块(15)调节热释电探测器模块(13)对应采集发射到探测交互区(7)上的红外光信号，热释电探测器模块(13)将采集的红外光信号传输给核心电路模块(15)处理；

所述恒温模块采集采样气室(1)内的温度数据并传输给核心电路模块(15)，核心电路模块(15)将处理后的数据传输给恒温模块进行温度调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的多组分气体浓度检测系统，其特征在于，所述核心电路模块(15)包括单片机、电源电路模块(19)、A/D模块、温度反馈电路、滤波电路、WIFI模块、光源驱动电路、步进电机驱动器(20)、步进电机(21)；

所述单片机分别电性连接电源电路模块(19)、A/D模块、温度反馈电路、WIFI模块、光源驱动电路、步进电机驱动器(20)；

所述A/D模块电性连接滤波电路；

所述步进电机驱动器(20)电性连接步进电机(21)，步进电机(21)上设有转轴支柱(18)。

3.根据权利要求2所述的一种基于STM32的多组分气体浓度检测系统，其特征在于，所述恒温模块包括温度传感器(10)、温度反馈调节器(11)；温度传感器(10)和温度反馈调节器(11)均安装在采样气室(1)内壁上；

所述温度传感器(10)电性连接A/D模块；

所述温度反馈调节器(11)电性连接温度反馈电路。

4.根据权利要求2所述的一种基于STM32的多组分气体浓度检测系统，其特征在于，所述红外光学系统包括红外光源(2)、光学内壁、聚光片(4)、灯座(3)、曲面反射镜(5)；所述灯座(3)安装在采样气室(1)内壁上，灯座(3)上固定连接红外光源(2)，且红外光源(2)设置于光学内壁内，所述光学内壁尾部安装在灯座(3)上，光学内壁前端部固定连接聚光片(4)；所述曲面反射镜(5)安装在采样气室(1)内壁上，所述光源驱动电路电性连接红外光源(2)，红外光源(2)发出的红外光线通过曲面反射镜(5)反射至探测交互区(7)上。

5.根据权利要求4所述的一种基于STM32的多组分气体浓度检测系统，其特征在于，

所述采样气室(1)整体呈圆柱形；

所述探测交互区(7)外围设有圆环状凹陷(12)；

所述防水膜(6)的孔径呈均匀的网状立体结构；

所述曲面反射镜(5)由二氧化硅制作而成。

6.根据权利要求5所述的一种基于STM32的多组分气体浓度检测系统，其特征在于，所述热释电探测器模块(13)包括圆环形辅助盘，圆环形辅助盘中心通过多个均匀分布的支柱(14)固定在转轴支柱(18)的端部，圆环形辅助盘上均匀分布多个通道，通道上安装有滤光片，滤光片上设有热释电探测器，热释电探测器采集经过滤光片处理后的红外光信号并传输给滤波电路。

7.根据权利要求6所述的一种基于STM32的多组分气体浓度检测系统，其特征在于，

所述通道和滤光片均为圆形，且通道外围设有圆环状凸起，圆环状凸起适配于圆环状凹陷(12)；

所述通道、滤光片、热释电探测器的数目均为6个，且每个热释电探测器检测的气体各不相同，检测的气体分别为：甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氨气、二氧化硫、硫化氢；

任意一个所述滤光片的圆心到圆环形辅助盘中心的连线与其相邻滤光片的圆心到圆环形辅助盘中心的连线的夹角为60°。

8.基于如权利要求1-7任一所述系统的多组分气体浓度计算方法，其特征在于，

定义红外光吸收度A：

式中，I表示待测气体吸收过后的红外光光强，I₀表示红外光源(2)的辐射光强，S表示非吸收波段占检测通道入射光范围的比例系数；

计算通道内滤光片红外光吸收度A_i：

式中，I_i表示第i个通道红外光被待测气体吸收过后的红外光光强，表示第i个通道红外光源(2)的辐射光强，β_ij表示第j个通道所测量的气体在第i个通道的响应系数；

计算第i个通道所要检测的气体的浓度C_i：

式中，β_i表示第i个通道所要检测的气体的吸光系数；L表示红外光光程。