一種紅外光學三組分汽車尾氣濃度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種紅外光學三組分汽車尾氣濃度傳感器，主要包括電路板和氣室結構，其中電路部分包括光源驅動電路、信號調理電路、A/D轉換電路以及單片機電路，氣室結構部分主要包括雙光源、紅外探測器、反光鏡、雙光源聚光杯、探測器聚光杯、濾光片和氣室。雙光源散發出紅外光，經過雙光源聚光杯的反射和濾光片的過濾，濾掉多余的紅外光，使其平行射出。射出的平行光束經過反光鏡的反射和探測器聚光杯的聚光作用，最終使得從兩個光源散出的紅外光以平行光束射入紅外探測器。本實用新型采用雙光源發射提高了光強，通過合理的氣室結構增加了光程，并且通過對環境因素的補償，減少了環境干擾，保證了傳感器的檢測穩定性和檢測精度。
【專利說明】一種紅外光學三組分汽車尾氣濃度傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種紅外光學氣體傳感器，具體涉及一種基于不分光紅外法(NDIR)三組分汽車尾氣濃度傳感器。
【背景技術】
[0002]隨著機動車保有量的快速增長，機動車排放的尾氣已成為大氣污染的主要來源，已成為影響城市大氣環境質量的最主要因素之一。對于機動車排放的污染控制，最好的辦法就是對尾氣排放進行檢測和控制，限制排放不達標的車輛。因此，對現有尾氣檢測儀器的精度和性能也提出了更高要求。對于該氣體濃度監測，目前國內外最常用的檢測方法主要有:紅外線氣體傳感器、電化學氣體傳感器、半導體氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導式氣體傳感器等。與其它方法相比，利用不分光紅外法(NDIR)原理的紅外式氣體傳感器具有很多優點，精度和靈敏度高，選擇性、穩定性和可靠性好，反應速度快，不容易中毒，壽命長，量程寬，抗干擾能力強等等。
[0003]NDIR法紅外氣體檢測是根據單原子和同核分子組成的氣體不吸收紅外線能量，而異原子組成的氣體(如尾氣中的CO、He、CO2等)能吸收特定波長的紅外光能量原理建立的。其吸收強度用吸收系數反映。當一束平行的紅外光穿過待測氣體時，由于氣體對紅外波段中特征波長的紅外光能量進行吸收，在其相應譜線處會發生紅外光能量的衰減。衰減量與該待測氣體濃度、氣體的厚度以及該氣體吸收系數有關，關系服從朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律。
[0004]雖然國內經過多年的研究和探索也取得了較大的進展，但我國紅外氣體檢測技術水平與國外還存在很大差距。具體表現為:與國外相比，我國紅外氣體分析理論的基礎研究尚不完善、不夠深入、也不系統；國內研制的產品受環境影響比較嚴重、可靠性很差，且自動化水平低等。
[0005]本實用新型研制一種基于NDIR技術的尾氣濃度傳感器，它能夠同時測量尾氣排放中co2、co、hc的濃度，專門適用于測量汽車尾氣排放中污染物氣體的濃度。
【發明內容】
[0006]本實用新型針對現有氣體傳感器存在的缺點，研制一種基于不分光紅外法(NDIR)三組分汽車尾氣濃度傳感器，具有穩定性好、精度高、體積小等優點。
[0007]—種紅外光學三組分汽車尾氣濃度傳感器,主要包括電路板和氣室結構，其中電路部分包括光源驅動電路、信號調理電路、A/D轉換電路、單片機電路以及通信接口電路，氣室結構部分主要包括雙光源、紅外探測器、反光鏡、雙光源聚光杯、探測器聚光杯、濾光片和氣室，其特征在于:所述的雙光源和紅外探測器均穿過氣室結構內壁分別與光源驅動電路和信號調理電路連接；所述的雙光源散出的紅外光線和紅外探測器接收到的紅外光源均是平行光線；所述氣室結構呈圓形，雙光源、兩個反光鏡和雙光源聚光杯的中心分別處在圓的五等分點上。
[0008]所述雙光源分別放置在雙光源聚光杯中。
[0009]所述雙光源處放置有濾光片。
[0010]所述紅外探測器具有四個通道，一個為參考通道，另外三個分別為C02、C0、HC探測通道。
[0011]所述紅外探測器與探測器聚光杯的中心連線恰好為圓的一條直徑。
[0012]所述反光鏡上入射光線和出射光線的夾角為36度。
[0013]所述氣室內壁采用黃銅鍍金。
[0014]與現有技術相比，本實用新型的優點在于:雙光源的使用增加了紅外光強度，從而提高了檢測精度；新型合理的光路結構，不僅巧妙地增加了光程，而且保證光強發射均勻，消除可能對系統產生誤差的干擾因素。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為傳感器氣室結構不意圖。
[0016]圖2為傳感器硬件電路框圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖實施例對發明作進一步詳細描述。
[0018]如圖1和圖2所示，尾氣濃度傳感器主要由硬件電路和氣室結構組成。其中電路部分包括光源驅動電路、信號調理電路、A/D轉換電路、單片機電路、電源電路以及通信接口電路，主要用來為光源提供穩定恒壓、放大濾波微弱信號并采樣處理和完成其他一些輔助，例如控制串口平顯示、實現與上位機通信等。氣室結構部分主要包括雙光源1、紅外探測器
7、反光鏡6、雙光源聚光杯3、探測器聚光杯5、濾光片2和氣室4。由MCU產生一定頻率的脈沖信號來控制雙光源I的亮滅。雙光源I通過雙光源聚光杯3發出具有連續光譜的平行紅外光，經過濾光片2進行濾波，去除不需要的紅外波段。為了增加光程而又能保證傳感器體積小，將濾波過后的光線通過反光鏡進一步反射，并在探測器聚光杯5的作用下，最終平行射入紅外探測器7。紅外探測器7將被氣體吸收后的光能量轉換為電信號在經過高精密的兩級放大濾波電路放大后，得到穩定的電壓信號。該電壓信號通過數模轉化電路，采樣后的數據由MCU進行運算、處理，并通過RS-232串口方式發送給上位機以及IXD串口顯示屏。
[0019]所述的雙光源I和紅外探測器7均穿過氣室結構內壁與外部電路連接。
[0020]所述的雙光源1、兩個反光鏡6和雙光源聚光杯3的中心分別處在圓的五等分點上。
[0021]所述的雙光源I分別放置在雙光源聚光杯3中，使散發出的光線以平行光束射出。
[0022]所述的雙光源I處放置有濾光片2，用于過濾不需要的紅外光。
[0023]所述的紅外探測器7接收到的紅外光是經過探測器聚光杯5聚光過后的平行光束。
[0024]所述的紅外探測器7具有四個通道，一個為參考通道，另外三個分別為C02、CO、HC
探測通道，并自帶窄帶濾光片。
[0025]所述的紅外探測器7與探測器聚光杯5的中心連線恰好為圓的一條直徑。
[0026]所述的反光鏡6上入射光線和出射光線的夾角為36度。
[0027]所述的氣室4內壁要求內壁光潔，不易吸附氣體，通常采用黃銅鍍金。
【權利要求】
1.一種紅外光學三組分汽車尾氣濃度傳感器，主要包括電路板和氣室結構，其中電路部分包括光源驅動電路、信號調理電路、A/D轉換電路、單片機電路以及通信接口電路，氣室結構部分主要包括雙光源(I)、紅外探測器(7)、反光鏡(6)、雙光源聚光杯(3)、探測器聚光杯(5)、濾光片(2)和氣室(4)，其特征在于:所述的雙光源⑴和紅外探測器(7)均穿過氣室結構內壁分別與光源驅動電路和信號調理電路連接；所述的雙光源(I)散出的紅外光線和紅外探測器(7)接收到的紅外光源均是平行光線；所述氣室結構呈圓形，雙光源(I)、兩個反光鏡(6)和雙光源聚光杯(3)的中心分別處在圓的五等分點上。
2.根據權利要求1所述的汽車尾氣濃度傳感器，其特征在于:所述雙光源(I)分別放置在雙光源聚光杯(3)中。
3.根據權利要求1所述的汽車尾氣濃度傳感器，其特征在于:所述雙光源(I)處放置有濾光片⑵。
4.根據權利要求1所述的汽車尾氣濃度傳感器，其特征在于:所述紅外探測器(7)具有四個通道，一個為參考通道，另外三個分別為C02、CO、HC探測通道。
5.根據權利要求1所述的汽車尾氣濃度傳感器，其特征在于:所述紅外探測器(7)與探測器聚光杯(5)的中心連線恰好為圓的一條直徑。
6.根據權利要求1所述的汽車尾氣濃度傳感器，其特征在于:所述反光鏡(6)上入射光線和出射光線的夾角為36度。
7.根據權利要求1所述的汽車尾氣濃度傳感器，其特征在于:所述氣室(4)內壁采用黃銅鍍金。
【文檔編號】G01N21/3504GK204008445SQ201420167032
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】陳紅巖, 應亞宏 申請人:杭州雙量科技有限公司