[发明专利]一种用于多地区及多气体测量的非分光式红外气体传感器

说明书

本发明公开了一种用于多地区及多气体测量的非分光式红外气体传感器，包括敏感探头、信号调理电路和控制电路；敏感探头包括检测气室、红外光源、聚光片、M个滤光片阵列、红外探测器阵列和旋转盘；检测气室包括框架和安装在框架内壁面的反射镜，支架的中心设有支柱，支柱的顶端与旋转盘相连接；信号调理电路包括信号放大器、与信号放大器输出端相连接的信号滤波器和信号滤波器输出端相连接的功率放大器，信号放大器的输入端与红外探测器的输出端相连接；控制电路包括与功率放大器输出端相连接的AD转换器、与AD转换器输出端相连接的信号隔离器和单片机。本发明体积小、功耗低、性能好、集成化高，可以用于测量多个地区和多种红外气体。

技术领域

本发明涉及一种用于多地区及多气体测量的非分光式红外气体传感器，属于气体传感器技术领域。

背景技术

气体检测技术在生活及生产的应用范围越来越广泛，具体集中在矿井勘测、大气污染监测、化工产业监测、废水处理装置等方面。矿井勘测包括勘探到石油和煤气、运输、储存和精炼，都会产生大量易燃和有毒气体，所以气体检测常应用在勘探钻井、生产平台、煤气末站等场合；如今空气污染严重，气体检测技术能够及时准确地监测人类生存环境的空气质量指数，并提供城市空气污染情况预报；化工厂是气体探测设备最大的用户之一，在其生产过程中，会产生各式各样的易燃性和毒性气体，所以气体检测技术常被应用在工艺区、实验室等；废水处理装置在很多城市和乡镇都很常见，污水里含有甲烷和硫化氢，硫化氢气体能够通过气体检测技术被控制。因此，人们对气体传感器的发展越来越重视。

目前，气体传感器根据气敏材料及作用效应可分为半导体气体传感器、电化学气体传感器、固体电解质气体传感器、催化燃烧式气体传感器、光学气体传感器等。半导体气体传感器具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点，但是其必须在高温下工作，稳定性差、功率高；电化学气体传感器分为不需供电的原电池式和需要供电的可控电位电解式，可以检测许多有毒气体和氧气，主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性，不足之处是有寿命短(一般为两年)。固态电解质气体传感器是介于半导体和电化学之间的一种气体传感器，其选择性和灵敏度都高于半导体，并且寿命较长，因此能够应用到很多方面，它的缺点是响应时间过长。催化燃烧式传感器属于高温气体传感器，优点是结构简单、生产制造成本低，传感器输出不受水蒸气的影响，对环境的温湿度影响不敏感，其缺点是寿命比较低，工作温度较高(内部可达700℃～800℃)，在缺氧环境下检测指示值误差较大。光学式气体传感器主要以红外吸收型为主，由于不同气体对红外波吸收程度不同，通常都是通过测量红外吸收波长来检测气体，目前因为它的结构关系一般造价颇高。

然而，常用的红外吸收型气体传感器在气体探测过程中，往往只能对单一气体浓度进行探测，而对于多种气体的测量，需要利用傅里叶分析仪和多个不同波长的半导体激光器，或者切换多个滤波器，才能够完成，其探测系统不仅结构复杂，而且体积庞大。另外，现有的红外吸收型气体传感器无法做到对不同地方进行测量，此外这些传感器难以集成化、成本十分高，导致无法完全市场化。所以市场更加需要技术成熟，成本低廉，更加实用的气体传感器，有鉴于此，有必要对现有的红外气体传感器予以改进以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种体积小功耗低、性能好、集成化高的用于多地区及多气体测量的非分光式红外气体传感器，该传感器采用旋转盘的形式，控制旋转盘以达到切换滤光片阵列来检测不同地区的多气体浓度，通过分析特定波长下红外光强度的变化来测定不同气体的浓度，精度高，温漂小。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：