[发明专利]红外气体传感器及红外气体传感器的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外气体检测领域，尤其涉及一种低温漂非色散红外气体传感器(NDIR)的设计，以及能够屏蔽红外光源的温度漂移对测量结果的影响的红外气体传感器的测量方法。

背景技术

非色散红外气体传感(NDIR)技术是一种精度高、稳定性好、寿命长的气体传感技术，其原理是利用特定波长的红外光经过待测气体时被吸收发生衰减，根据衰减前后的光强对比计算出气体的浓度，及比尔-朗伯定律：I＝I₀·exp(-μCL)。其中，I为有气体吸收时到达探测器的红外光强，I₀为没有气体吸收时的光强，C为腔室内气体浓度，L为腔室长度或红外光光程，μ为气体的吸收系数。因此，NDIR传感器至少包含用于产生红外光的红外光源、过滤红外光源的红外光以出射特定波长的红外光滤光片、红外光在腔室内被气体吸收的气体腔室、用于探测红外光强度的红外探测器、以及电学电路等部件。

NDIR传感器中红外探测器无论采用热敏电阻、热释电、还是热电堆技术，都是利用将红外光吸收后转化为热能改变其阻值实现红外探测的，因此，NDIR传感器的探测输出信号很容易受到环境温度的影响，即温漂。针对该问题，目前主要解决方案一是通过参比通道，将信号进行除法运算，降低温度的影响；二是在红外探测器端增加温度传感器R_T，将温度信号转换为电信号，对输出信号进行补偿。然而，由于红外光源基本都是利用热辐射产生的红外光，其光谱分布、发光强度都取决于辐射温度，因此，光源端散热环境的变化、输入功率的波动都会导致光源输出的红外光发生变化，而光源和探 测器间往往有一定的距离，光源端的温度变化和探测器端的温度变化很难实现同步，从而造成输出结果的零点发生漂移。一般而言，光源部分的温漂对输出结果的影响远大于探测器端的温漂，对于高分辨率的NDIR传感器，这种现象尤为致命

有鉴于此，有必要对现有的红外气体传感器及红外气体传感器的测量方法予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温漂非色散红外气体传感器，用于改善现有技术中NDIR传感器探测信号零点漂移的问题，同时提供一种能够屏蔽红外光源的温度漂移对测量结果的影响的红外气体传感器的测量方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种红外气体传感器，包括气体腔室、位于所述气体腔室一端的光源端、与所述光源端相对地位于所述气体腔室另一端的探测端、位于所述光源端的红外光源、位于所述探测端的滤光片和红外探测器、与所述红外光源与所述红外探测器均电性连接的电路系统；所述滤光片位于所述红外光源与所述红外探测器中间；所述红外气体传感器还包括设置于所述光源端的温度传感器，所述温度传感器与所述电路系统电性连接。

作为本发明的进一步改进，所述电路系统包括控制器、与所述控制器电性连接以给所述红外光源供电的供电电路、与所述控制器电性连接的温度补偿电路。

作为本发明的进一步改进，所述温度传感器为与所述温度补偿电路电性连接的热敏电阻。

作为本发明的进一步改进，所述温度补偿电路包括与所述温度传感器连接以实时输出所述温度传感器的阻值变化的电阻测量电路、与所述电阻测量电路的输出端连接的滤波器、与所述滤波器输出端连接的运算放大器、与所述运算放大器输出端连接的多通道模数转换器、与所述模数转换器输出端连接的信号 处理器，所述信号处理器的输出端与所述红外探测器电性连接。

作为本发明的进一步改进，所述电阻测量电路采用分压电路，用一个固定偏压V_c和一个固定电阻R_L测量温度传感器R_T上的分压V_T，R_T＝R_L/(1-V_c/V_T)，所述电阻测量电路的输出信号为电压信号V_T。

作为本发明的进一步改进，所述红外气体传感器还包括用以封装所述红外光源的封装壳、固定安装所述红外光源的基板。

作为本发明的进一步改进，所述温度传感器设置于所述封装壳内或所述温度传感器设置于所述基板上或所述温度传感器集成于所述红外光源上。