[发明专利]一种基于双光室高低量程切换的气体传感器

说明书

本发明公开了一种基于双光室高低量程切换的气体传感器，包括光室、设置于光室一端的光源、滤光片及探测器，通过将光室设置成双光室，具体包括相应端相互配合且光程不一的光室一、光室二，光源发射有依次穿过光室一、隔断玻璃、光室二、滤光片、探测器的测量光束。测量时根据需要CO₂测量的高低浓度的实际情况，选择相应光程不一的光室一或光室二之一作为测量气室，通过将测量气体充入要作为测量气室的一光室，通过将零气充入另一光室，以实现可切换光束穿过不同光程的测量气室。双光室切换不同的光室或光源，以改变光程长短，以实现高低浓度的切换和测量，该技术简单可靠，能同时兼具高低浓度的测量，量程可达50%，分辨率0.1ppm。

技术领域

本发明涉及一种基于双光室高低量程切换的气体传感器。

背景技术

国外发达国家对吸收式气体传感器技术的研究起步比较早。最早用光谱吸收式光纤传感技术进行气体浓度测量研究的是日本Tohoku大学的H.inaba和K．Chan等人，在光纤透射窗口波段范围内，作了一些气体传感的基本研究。1979年，他们提出利用长距离光纤进行大气污染检测，1983年，他们将LED作为宽带光源，配合窄带干涉滤光片，对甲烷在1331.2nm附近的光谱进行检测，在这一系统中的气室长度为0.5m，传输光纤为10km长的多模光纤，接收器件采用冰和甲醇混合制冷的锗探测器，系统最小探测灵敏度为25％LEL(气体爆炸下限)。其后，1985年，H.Inaba和K.Chan及H.Ito等人又用InGaAs材料LED作为光源去对准甲烷在1665.4nm处的谐波吸收峰，系统最小探测灵敏度提高了一倍。如今，许多发达国家现在已经研制出基于光干涉原理、热催化原理、热导原理的CO₂传感器。他们都在CO₂测量过程中起到推动作用，并且，在国外已经有许多成熟的CO₂气体检测产品和人员救护设备出售，尤其是美国、德国、日本、英国等国家。

国内红外吸收型CO₂气体传感器的研究起步较晚，目前，国内生产和使用的传感器主要是固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等，这些传感器存在很多不足之处：对气体选择性差、容易出现误报，并且系统需要频繁校准，使用寿命短等缺点。国内红外CO₂气体传感器技术尚不成熟，根据《传感器世界》的报道，我国非分光红外(NDIR)气体传感器技术的研究在2005年才取得了新进展，但是，其关键元件仍然需要进口。我国用于连续污染物监测系统CEMS的关键分析部件国产率也很低，用于麻醉无创监护的呼气CO₂气体传感器，以及用于安全监测领域的红外瓦斯传感器和红外可燃气体变送器在国内的技术研究还不是很成熟。红外气体测量技术在我国无论是在用新技术改造传统产业，还是在替代进口各方面都有明显的优势，应用范围广泛，具有明显的经济和社会效益。

当前主流红外CO₂检测技术主要采用非分光红外技术，该技术对二氧化碳的气体具有很高的精度以及选择性的检测，主要测试范围在(0-5000)ppm，分辨率为1ppm。

而塑料中的含碳比非常高，基本达30%以上，所以需要兼顾高达50%量程的CO₂传感器，在生物降解微生物研究与培养分析及生物降解过程TOC分析的过程中，不仅需要对低量程(0-5000)ppm进行检测，而且还需要对(0ppm-50%)范围内的CO₂进行检测，当前市场上尚无高低兼顾且保持高灵敏度的传感器，如配置双传感器，成本则会大大增多，系统兼容性和可靠性也会相对较差。

发明内容

本发明为解决现有技术在使用中存在的问题，提供一种可兼容CO₂传感器高低浓度、兼具不同量程的灵敏度、且成本相对低廉的基于双光室高低量程切换的气体传感器。