一種量程可調型氣體傳感器、傳感系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種量程可調型氣體傳感器、傳感系統，特別是涉及一種基于非 分光紅外（NDIR)原理、單氣室雙波長結構類型以及光程自動調節的氣體傳感器，屬于紅外 氣體傳感器領域。
【背景技術】
[0002] 氣體傳感器已廣泛應用于化工、煤炭、冶金、電力、環境監測等眾多場所，是確保正 常生產、保障人員安全的重要工具。目前，國內外氣體傳感器最常用的類型主要包括：紅外 氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、半導體氣體傳感器、電化學氣體傳感器等，相比而言， 基于NDIR原理的氣體傳感器具有選擇性好、可靠穩定、反應迅速、不易中毒、使用壽命長等 諸多優點。
[0003] NDIR型氣體傳感器的原理是基于紅外線是一種電磁波，當一定頻率的紅外線照射 分子時，如果分子中某個基團的振動頻率和紅外線的輻射頻率一致，這個基團就會吸收該 頻率的紅外線，產生振動躍迀或者轉動躍迀。即當紅外線通過待測氣體時，這些待測氣體分 子對特定波長的紅外線有吸收作用，其吸收關系服從朗伯-比爾吸收定律，分析可知待測 氣體的濃度檢測與接收光強度、入射光強度、光程以及摩爾吸光系數有關。
[0004] NDIR型氣體傳感器的結構類型包括單氣室單波長、雙氣室單波長以及單氣室雙波 長等，相比而言，單氣室雙波長結構類型加工簡單，可以有效消除一些問題所帶來的干擾， 提高測量精度，因為利用單氣室雙波長得到待測氣體的濃度表達式與氣室中非氣體吸收的 衰減系數無關，這樣能夠有效的消除氣室問題所帶來的干擾。此外表達式中測量波長的入 射光強度和參考波長的入射光強度是比值的形式，這樣能夠一定程度上消除紅外光源波動 問題所帶來的干擾。
[0005] 目前，基于NDIR原理的氣體傳感器產品眾多，但受限于檢測量程的固定，降低了 單個氣體傳感器的利用率，其次，在進行氣體濃度檢測時無法保證透射比（即接收光強度 與入射光強度的比值）在最優的理論范圍內，從而增加了檢測濃度偏差，降低了氣體傳感 器的檢測精度。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種量程可調型氣體傳感器、傳感系統， 不僅使氣體傳感器可適用于不同濃度的檢測環境，提高單個氣體傳感器的利用率，而且基 于透射比的最優值，減少檢測濃度偏差，提高氣體傳感器的檢測精度。
[0007] 本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案：
[0008] -種量程可調型氣體傳感器，包括由內筒和外筒組合成的封閉氣室，氣室上開有 待測氣體進氣口和待測氣體出氣口，氣室內一側設有電調制寬帶紅外光源、窄帶濾波片、雙 通道紅外探測器，另一側設有直角棱鏡，所述電調制寬帶紅外光源、窄帶濾波片、雙通道紅 外探測器以及直角棱鏡的中心位置均在同一基準面上，且直角棱鏡的反射偏移量與電調制 寬帶紅外光源和雙通道紅外探測器之間的間距相同，外筒可沿氣室的軸線方向相對內筒移 動；所述電調制寬帶紅外光源發出的紅外線由直角棱鏡反射后，射向窄帶濾波片，由窄帶濾 波片濾波后被雙通道紅外探測器接收。
[0009] 優選的，所述氣室的內壁為鍍金反射膜。
[0010] 一種傳感系統，包括如上所述量程可調型氣體傳感器，還包括連接滑塊、滑動軌 道、舵機、微控制單元、光源驅動單元、信號處理單元、A/D轉換單元以及輸出單元，所述連接 滑塊一端固定于外筒外壁，另一端置于滑動軌道上，連接滑塊還與舵機連接，舵機旋轉帶動 連接滑塊在滑動軌道上滑動，舵機與微控制單元連接，微控制單元分別與光源驅動單元、A/ D轉換單元以及輸出單元連接，光源驅動單元與電調制寬帶紅外光源連接，A/D轉換單元與 信號處理單元連接，信號處理單元與雙通道紅外探測器連接。
[0011] 優選的，所述微控制單元的型號為MSP430F149。
[0012] 優選的，所述A/D轉換單元的型號為ADC0809。
[0013] 本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：
[0014] 1、本實用新型量程可調型氣體傳感器，克服氣體傳感器檢測量程的單一性，設置 多個檢測量程檔位，可用于不同的檢測環境，提高單個氣體傳感器的利用率。
[0015] 2、本實用新型量程可調型氣體傳感系統，根據待測氣體的實際濃度自動調整至最 佳的檢測量程，確保檢測時透射比在最優范圍內，減少了檢測濃度偏差，提高了檢測精度。
【附圖說明】
[0016] 圖1是濃度偏差^隨透射比T變化的關系曲線圖。 C
[0017] 圖2是本實用新型量程可調型氣體傳感系統的整體架構圖。
[0018] 圖3是本實用新型傳感系統中氣體傳感器的結構示意圖。
[0019] 圖4是本實用新型傳感系統中氣體傳感器的正視圖。
[0020] 圖5是本實用新型傳感系統中氣體傳感器剖面A-A示意圖。
[0021] 圖6是本實用新型傳感系統的工作流程圖。
[0022] 其中：1為內筒，II為外筒，1為待測氣體出氣口，2為待測氣體進氣口，3為窄帶濾 波片（包含參比濾波片和測量濾波片），4為雙通道紅外探測器（包含參比通道和測量通 道），5為電調制寬帶紅外光源，6為密封圈，7為鍍金反射膜，8為直角棱鏡，9為A/D轉換單 元，10為信號處理單元，11為光源驅動單元，12為微控制單元，13為輸出單元，14為滑動軌 道，15為連接滑塊，16為舵機。
【具體實施方式】
[0023] 下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中 自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通 過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用 新型的限制。
[0024] 如圖2所示，為本實用新型量程可調型氣體傳感系統的整體架構圖，包括氣體傳 感器、檢測量程調節模塊以及外圍電路模塊，如圖3、圖4、圖5所示，為氣體傳感器的結構示 意圖，氣體傳感器由內筒I和外筒II組合形成一個氣室，之間用密封圈6連接以保證氣室 的封閉性。氣室內壁為鍍金反射膜7,氣室上設有待測氣體出氣口 1和待測氣體進氣口 2,利 用氣泵吸入待測氣體，從待測氣體進氣口 2進入氣室，經過整個氣室后從待測氣體出氣口 1 排出。氣室左側設有電調制寬帶紅外光源5、窄帶濾波片3以及雙通道紅外探測器4,并且 其中心位置在同一基準面上。雙通道紅外探測器4分別接收經過參比窄帶濾波片和測量窄 帶濾波片濾波后的紅外線，輸出的兩個通道分別包含紅外光源與檢測環境信息的參比通道 以及包含待測氣體濃度信息的測量通道。氣室右側設有直角棱鏡8,其中心位置與電調制寬 帶紅外光源5、窄帶濾波片3以及雙通道紅外探測器4在同一基準面上，且直角棱鏡8的反 射偏移量與電調制寬帶紅外光源5和雙通道紅外探測器4之間的間距相同，從而使電調制 寬帶紅外光源5發出的紅外線經過直角棱鏡8反射后能夠被雙通道紅外探測器4接收。