一种量程可调型气体传感器、传感系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种量程可调型气体传感器、传感系统，特别是涉及一种基于非 分光红外（NDIR)原理、单气室双波长结构类型以及光程自动调节的气体传感器，属于红外 气体传感器领域。
【背景技术】
[0002] 气体传感器已广泛应用于化工、煤炭、冶金、电力、环境监测等众多场所，是确保正 常生产、保障人员安全的重要工具。目前，国内外气体传感器最常用的类型主要包括：红外 气体传感器、催化燃烧式气体传感器、半导体气体传感器、电化学气体传感器等，相比而言， 基于NDIR原理的气体传感器具有选择性好、可靠稳定、反应迅速、不易中毒、使用寿命长等 诸多优点。
[0003] NDIR型气体传感器的原理是基于红外线是一种电磁波，当一定频率的红外线照射 分子时，如果分子中某个基团的振动频率和红外线的辐射频率一致，这个基团就会吸收该 频率的红外线，产生振动跃迀或者转动跃迀。即当红外线通过待测气体时，这些待测气体分 子对特定波长的红外线有吸收作用，其吸收关系服从朗伯-比尔吸收定律，分析可知待测 气体的浓度检测与接收光强度、入射光强度、光程以及摩尔吸光系数有关。
[0004] NDIR型气体传感器的结构类型包括单气室单波长、双气室单波长以及单气室双波 长等，相比而言，单气室双波长结构类型加工简单，可以有效消除一些问题所带来的干扰， 提高测量精度，因为利用单气室双波长得到待测气体的浓度表达式与气室中非气体吸收的 衰减系数无关，这样能够有效的消除气室问题所带来的干扰。此外表达式中测量波长的入 射光强度和参考波长的入射光强度是比值的形式，这样能够一定程度上消除红外光源波动 问题所带来的干扰。
[0005] 目前，基于NDIR原理的气体传感器产品众多，但受限于检测量程的固定，降低了 单个气体传感器的利用率，其次，在进行气体浓度检测时无法保证透射比（即接收光强度 与入射光强度的比值）在最优的理论范围内，从而增加了检测浓度偏差，降低了气体传感 器的检测精度。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种量程可调型气体传感器、传感系统， 不仅使气体传感器可适用于不同浓度的检测环境，提高单个气体传感器的利用率，而且基 于透射比的最优值，减少检测浓度偏差，提高气体传感器的检测精度。
[0007] 本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0008] -种量程可调型气体传感器，包括由内筒和外筒组合成的封闭气室，气室上开有 待测气体进气口和待测气体出气口，气室内一侧设有电调制宽带红外光源、窄带滤波片、双 通道红外探测器，另一侧设有直角棱镜，所述电调制宽带红外光源、窄带滤波片、双通道红 外探测器以及直角棱镜的中心位置均在同一基准面上，且直角棱镜的反射偏移量与电调制 宽带红外光源和双通道红外探测器之间的间距相同，外筒可沿气室的轴线方向相对内筒移 动；所述电调制宽带红外光源发出的红外线由直角棱镜反射后，射向窄带滤波片，由窄带滤 波片滤波后被双通道红外探测器接收。
[0009] 优选的，所述气室的内壁为镀金反射膜。
[0010] 一种传感系统，包括如上所述量程可调型气体传感器，还包括连接滑块、滑动轨 道、舵机、微控制单元、光源驱动单元、信号处理单元、A/D转换单元以及输出单元，所述连接 滑块一端固定于外筒外壁，另一端置于滑动轨道上，连接滑块还与舵机连接，舵机旋转带动 连接滑块在滑动轨道上滑动，舵机与微控制单元连接，微控制单元分别与光源驱动单元、A/ D转换单元以及输出单元连接，光源驱动单元与电调制宽带红外光源连接，A/D转换单元与 信号处理单元连接，信号处理单元与双通道红外探测器连接。
[0011] 优选的，所述微控制单元的型号为MSP430F149。
[0012] 优选的，所述A/D转换单元的型号为ADC0809。
[0013] 本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0014] 1、本实用新型量程可调型气体传感器，克服气体传感器检测量程的单一性，设置 多个检测量程档位，可用于不同的检测环境，提高单个气体传感器的利用率。
[0015] 2、本实用新型量程可调型气体传感系统，根据待测气体的实际浓度自动调整至最 佳的检测量程，确保检测时透射比在最优范围内，减少了检测浓度偏差，提高了检测精度。
【附图说明】
[0016] 图1是浓度偏差^随透射比T变化的关系曲线图。 C
[0017] 图2是本实用新型量程可调型气体传感系统的整体架构图。
[0018] 图3是本实用新型传感系统中气体传感器的结构示意图。
[0019] 图4是本实用新型传感系统中气体传感器的正视图。
[0020] 图5是本实用新型传感系统中气体传感器剖面A-A示意图。
[0021] 图6是本实用新型传感系统的工作流程图。
[0022] 其中：1为内筒，II为外筒，1为待测气体出气口，2为待测气体进气口，3为窄带滤 波片（包含参比滤波片和测量滤波片），4为双通道红外探测器（包含参比通道和测量通 道），5为电调制宽带红外光源，6为密封圈，7为镀金反射膜，8为直角棱镜，9为A/D转换单 元，10为信号处理单元，11为光源驱动单元，12为微控制单元，13为输出单元，14为滑动轨 道，15为连接滑块，16为舵机。
【具体实施方式】
[0023] 下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中 自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通 过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用 新型的限制。
[0024] 如图2所示，为本实用新型量程可调型气体传感系统的整体架构图，包括气体传 感器、检测量程调节模块以及外围电路模块，如图3、图4、图5所示，为气体传感器的结构示 意图，气体传感器由内筒I和外筒II组合形成一个气室，之间用密封圈6连接以保证气室 的封闭性。气室内壁为镀金反射膜7,气室上设有待测气体出气口 1和待测气体进气口 2,利 用气泵吸入待测气体，从待测气体进气口 2进入气室，经过整个气室后从待测气体出气口 1 排出。气室左侧设有电调制宽带红外光源5、窄带滤波片3以及双通道红外探测器4,并且 其中心位置在同一基准面上。双通道红外探测器4分别接收经过参比窄带滤波片和测量窄 带滤波片滤波后的红外线，输出的两个通道分别包含红外光源与检测环境信息的参比通道 以及包含待测气体浓度信息的测量通道。气室右侧设有直角棱镜8,其中心位置与电调制宽 带红外光源5、窄带滤波片3以及双通道红外探测器4在同一基准面上，且直角棱镜8的反 射偏移量与电调制宽带红外光源5和双通道红外探测器4之间的间距相同，从而使电调制 宽带红外光源5发出的红外线经过直角棱镜8反射后能够被双通道红外探测器4接收。