专利名称：红外智能气体传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于气体检测的智能传感器，具体的说，涉及了一 种以红外吸收原理制作的高精度、无干扰的红外智能气体传感器。
背景技术：
目前，公知的红外气体传感器都只是对红外吸收原理的一种简单应用，具 有部分红外原理特征，但是还缺少一些完备的功能，例如抗水气干扰、数字输 出、温度补偿、空气校准等功能，还无法适应恶劣环境，无法满足高精度、高 要求的应用领域。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种模块化设计、 高效率、高稳定性、能适应恶劣环境的红外智能气体传感器，该气体传感 器不仅能很好的防止水气影响，而且还具有温度补偿和数字输出功能，可适应 超高温或超低温条件运行，具有独有的空气校准功能。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种红外智能气体传感器，包括红 外气体探测器和红外光源，所述传感器还包括外壳，设置于所述外壳一端 的冶金粉末网，设置于所述外壳内部的光学腔体、具有光学腔体电路的光 学腔体电路板、具有主板电路的主电路板和具有电源电路的电源电路板，
设置于所述外壳另一端的外壳盖；其中，所述光学腔体内设置有光学通道， 所述光学通道上靠近所述冶金粉末网方向设置有通气孔，所述红外气体探 测器和所述红外光源焊接在所述光学腔体电路板上，所述红外气体探测器 和所述红外光源局部设置在所述光学通道内，所述电源电路为所述光学腔
体电路和所述主板电路提供稳定电压，所述光学腔体电路的红外光源受所 述主板电路控制产生光波，所述光学腔体电路的红外气体探测器根据红外 光源所产生的光波和自身温度采集浓度和温度模拟信息，所述浓度和温度
模拟信息经所述主板电路AD转换及内设程序运算处理后输出被测气体数 字智能信息。
所述光学腔体包括安装在一起的光学腔体上盖和光学腔体下盖，安装 在一起的所述光学腔体上盖和所述光学腔体下盖构成光学通道。
所述光学通道呈不封口的"e，，形，所述红外气体探测器和所述红外光源 分别局部设置于所述光学通道的两端。
所述光学腔体外侧设置有一层保温材料。
所述光学腔体电路包括受所述主板电路控制的三极管，三极管控制开关 的红外光源，以及红外气体探测器和三路高性能运算放大器；所述三极管根 据所述主板电路产生的一定频率和占空比的方波控制所述红外光源开关，所 述红外气体探测器根据所述红外光源产生的光波采集光学通道内被测气体 的浓度模拟信息，所述红外气体探测器输出自身温度模拟信息，所述浓度 模拟信息和温度模拟信息经三路高性能运算放大器放大后输出。
所述主板电路包括AD转换芯片和MCU;放大后的模拟信息经所述AD转换 芯片转换为数字信号，所述数字信号经所述MCU内设程序运算处理后输出被 测气体数字智能信息。
所述电源电路包括电源稳压芯片Ul，输入电压经所述电源稳压芯片Ul 处理输出稳定电压。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步性，具体的说，该红外 智能气体传感器结构设计科学，体积小，性能稳定，能在-40°C —7(TC范围 内正常工作；抗湿气干扰能力强，适应潮湿环境工作；空气校准功能让使 用更方便、准确；具有数字输出和温度补偿，精度高，使用方便；通过更 换不同气体探测器，使针对不同气体种类的传感器开发周期大大减少。
图l是本实用新型的拆分结构示意图； 图2是本实用新型的剖视结构示意图； 图3是本实用新型所述电源电路示意图； 图4是本实用新型所述光学腔体电路示意图； 图5是本实用新型所述主板电路示意图。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施方式
，对本实用新型的技术方案做进一步的详 细描述。
如图1和图2所示， 一种红外智能气体传感器，包括红外气体探测器7， 红外光源8，外壳2，设置于所述外壳2—端的冶金粉末网1，设置于所迷 外壳2内部的光学腔体、具有光学腔体电路的光学腔体电路板9、具有主 板电路的主电路板IO和具有电源电路的电源电路板ll,设置于所述外壳2 另一端的外壳盖12;
其中，所述光学腔体包括通过紧固螺钉3、垫片4连接为一体的光学 腔体上盖5和光学腔体下盖6;安装在一起的所述光学腔体上盖5和所述 光学腔体下盖6构成光学通道；
所述光学通道上靠近所述冶金粉末网1方向设置有便于进出被测气体 的通气孔，所述红外气体探测器7和所述红外光源8焊接在所述光学腔体 电路板9上，所述红外气体探测器7和所述红外光源8局部设置在所述光 学通道内，所述电源电路为所述光学腔体电路和所述主板电路提供稳定电 压，所述光学腔体电路的红外光源受所述主板电路控制产生光波，所述光 学腔体电路的红外气体探测器根据红外光源所产生的光波和自身温度采集 浓度和温度模拟信息，所述浓度和温度模拟信息经所述主板电路AD转换及 内设程序运算处理后输出被测气体数字智能信息。
进一步地说，所述光学通道呈不封口的"e，，形，所述红外气体探测器7 和所述红外光源8分别局部设置于所述光学通道的两端；通过改变所述光 学通道的形状，增加光程，使所述红外气体探测器采集到的信息更加精确。
所述光学腔体外侧设置有一层保温材料，以保证所述光学通道内的气 体在低温环境下不凝结，具有抗湿气的特点。
如图3所示，所述电源电路包括电源稳压芯片Ul、电容C1、电容C4、 电容C7、电阻R1和电阻R2;输入电压经所述电源稳压芯片Ul处理输出稳 定电压，消除输入电压波动的影响；电路中电容C1、 C4、 C7对电源进行滤 波。
如图4所示，所述光学腔体电路包括受所述主板电路控制的三极管Ql， 由三极管Q1控制开关的红外光源U4，红外气体探测器U3，三路高性能运算 放大器(AR1， AR2, AR3)，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7， 电阻R8，电阻R9，电阻Rll,电阻R12,电阻R13,电阻R14，电容C2和 电容C3;
所述三极管Ql根据所述主板电路的MCU产生的一定频率和占空比的方波 控制所述红外光源U4开关，所述红外气体探测器U3根据所述红外光源U4 产生的光波采集光学通道内被测气体的浓度模拟信息，所述红外气体探测 器U3输出自身温度模拟信息，所述浓度模拟信息和温度模拟信息经三路高 性能运算放大器(AR1, AR2， AR3)放大后输出；
其中，红外气体探测器U3输出的两路微弱电信号Signal和Reference 经过放大后接到AD转换输入端，其中AR2和AR3为高性能运算放大器，电 阻R3、电阻R4、电阻R9、电阻Rll为^:大电3各的增益电阻，电容C2、电 容C3是为消除电路自激振荡的超前补偿电容；
红外气体探测器U3内部有一热敏电阻，通过红外气体探测器U3的管 脚1输出红外气体探测器内部的温度信号，经高性能运算放大器AR1放大 后接到AD转换输入端，其中，电阻R6、电阻R7为增益电阻；
MCU产生一定频率和占空比的方波并通过三极管Ql来控制红外光源U4 的开关。
如图5所示，所述主板电路包括AD转换芯片U2和MCU;放大后的模拟信 息经所述AD转换芯片U2转换为数字信号，所述数字信号经所述MCU内设程 序进行一系列运算处理后用IIC总线输出被测气体数字智能信息。
所述主板电if各还包括基准芯片U5、复位芯片U6、电阻R10和电容C8; 所述基准芯片U5为AD转换芯片U2提供电压基准；所述复位芯片U6为MCU 提供复位信号。
该实用新型在光学腔体上运用了保温隔热的材料，能够促使腔体内温 度比外环境高3'C左右，保证气体不在腔体内凝结，达到了抗湿气的目的， 具有不受水气影响的功能；
MCU通过内设控制程序，使本传感器在不同温度下能得出不同结果的 问题，保证了在不同温度下测试结果均具有高准确性；
该实用新型主板电路具有智能微型处理器MCU,可实现数字信号输出 功能，无须其它运算；
采用变温技术，得到不同温度下的零点，在任何条件下，都可以用空 气进行校准；
全新的整体模块化设计，在需要开发新气体种类的时候，只需要更换 探测器，大大减少开发周期，真正实现智能化。
最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非 对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域 的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改 或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神， 其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
权利要求1、一种红外智能气体传感器，包括红外气体探测器和红外光源，其特征在于所述传感器还包括外壳，设置于所述外壳一端的冶金粉末网，设置于所述外壳内部的光学腔体、具有光学腔体电路的光学腔体电路板、具有主板电路的主电路板和具有电源电路的电源电路板，设置于所述外壳另一端的外壳盖；其中，所述光学腔体内设置有光学通道，所述光学通道上靠近所述，台金粉末网方向设置有通气孔，所述红外气体探测器和所述红外光源焊接在所述光学腔体电路板上，所述红外气体探测器和所述红外光源局部设置在所述光学通道内，所述电源电路为所述光学腔体电路和所述主板电路提供稳定电压，所述光学腔体电路的红外光源受所述主板电路控制产生光波，所述光学腔体电路的红外气体探测器根据红外光源所产生的光波和自身温度采集浓度和温度模拟信息，所述浓度和温度模拟信息经所述主板电路AD转换及内设程序运算处理后输出被测气体数字智能信息。
2、 根据权利要求1所述的红外智能气体传感器，其特征在于所述光 学腔体包括安装在一起的光学腔体上盖和光学腔体下盖，安装在一起的所 述光学腔体上盖和所述光学腔体下盖构成光学通道。
3、 根据权利要求1或2所述的红外智能气体传感器，其特征在于所述 光学通道呈不封口的"e"形，所述红外气体探测器和所述红外光源分别局部 设置于所述光学通道的两端。
4、 根据权利要求1或2所述的红外智能气体传感器，其特征在于所 述光学腔体外側设置有一层保温材料。
5、 根据权利要求1所述的红外智能气体传感器，其特征在于所述光 学腔体电路包括受所述主板电路控制的三极管，由三极管控制开关的红外光 源，以及红外气体探测器和三路高性能运算放大器；所述三极管根据所述主 板电路产生的一定频率和占空比的方波控制所述红外光源开关，所述红外气 体探测器根据所述红外光源产生的光波采集光学通道内被测气体的浓度模 拟信息，所述红外气体探测器输出自身温度模拟信息，所述浓度模拟信息 和温度模拟信息经三路高性能运算放大器放大后输出。
6、 根据权利要求1所述的红外智能气体传感器，其特征在于所述主 板电路包括AD转换芯片和MCU;放大后的模拟信息经所述AD转换芯片转换为 数字信号，所述数字信号经所述MCU内设程序运算处理后输出被测气体数字 智能信息。
7、 根据权利要求1所述的红外智能气体传感器，其特征在于所述电 源电路包括电源稳压芯片Ul，输入电压经所述电源稳压芯片Ul处理输出 稳定电压。
专利摘要本实用新型提供一种红外智能气体传感器，它包括红外气体探测器，红外光源，外壳，设置于外壳一端的冶金粉末网，设置于外壳内部的光学腔体、光学腔体电路板、主电路板和电源电路板，设置于外壳另一端的外壳盖；光学腔体内设置有光学通道，光学通道上设置有通气孔，红外气体探测器和红外光源焊接在光学腔体电路板上，红外气体探测器和红外光源设置在光学通道内，电源电路为光学腔体电路和主板电路提供稳定电压，红外气体探测器采集模拟信息，模拟信息经主板电路处理后输出数字智能信息。该传感器结构设计科学，体积小，性能稳定，具有数字输出和温度补偿功能，能在-40℃-70℃范围内正常工作，且抗湿气干扰能力强，适应潮湿环境工作。
文档编号G01N21/31GK201194004SQ20072030703
公开日2009年2月11日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者任红军, 刘野慧美, 姜朝阳, 豪 王, 王秀梅, 祁泽刚 申请人:河南汉威电子有限公司