一种红外气体数显传感控制系统的制作方法

本发明涉及红外气体检测体技术领域，具体涉及到一种红外气体数显传感控制系统。

背景技术：

二氧化碳作为常见的一种气体成分，常温常压下是一种无色无味或无色无嗅而略有酸味的气体，在很多场合需要测定二氧化碳的浓度，现有技术中测定浓度的方法常见有利用红外线测控方法进行检测气体浓度，红外二氧化碳气体分析控制原理如下：由于各种物质分子内部结构的不同，就决定对它们不同波长线选择性吸收，即物质只能吸收对应一定波长的光。以二氧化碳气体析为例，红外线光源发射出1-20um的红外光，通过一定长度的气室吸收后，由红外传感器检测透过4.26um波长窄带滤光片，最终接收到的红外光强度经过换算后以此表示二氧化碳气体的浓度。其它气体红外测控方法可以此类推，现有技术中，工作人员一般都是在专业实验室先完成红外检测试验，得到很多数据，基于数据可以得到分析图，工作人员再基于数据、分析图在专业软件上换算得出浓度值，此种检测方式为传统的实验方法，基本依靠人工操作以及计算，智能性较差，流程较为繁琐，耗费时间长，容易存在误差，影响数据的精度，因此，存在待改进之处。

技术实现要素：

针对现有技术所存在的不足，本发明目的在于提出一种红外气体数显传感控制系统，具体方案如下：

一种红外气体数显传感控制系统，所述控制系统包括红外气体传感探头、前置运放模块、传感器控制模块、数显终端模块、主电源模块、dc-dc双电源模块、ac-dc双电源模块、无线通信模块、控制继电器以及输入分压量程模块；

所述红外气体传感探头、前置运放模块、传感器控制模块、数显终端模块、主电源模块、dc-dc双电源模块、ac-dc双电源模块、无线通信模块、控制继电器以及输入分压量程模块均集成于所述控制系统中；

所述红外气体传感探头用于检测红外气体分析工作室中的红外光，所述红外气体传感探头与所述前置运放模块连接，所述前置运放模块与所述传感器控制模块连接，所述传感器控制模块与所述数显终端模块连接，所述控制系统与所述无线通信模块以及主电源模块连接，所述主电源模块与所述dc-dc双电源模块连接，所述dc-dc双电源模块与所述传感器控制模块连接，所述ac-dc双电源模块与所述红外气体传感探头、前置运放模块连接。

进一步的，所述红外气体传感探头包括辐射型敏感元件、电源e、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4,所述电源e串联连接有所述电阻r1、电阻r2，所述电源e还并联连接有所述电阻r4、电阻r3；

所述电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4之间形成闭环回路，所述电阻r1、电阻r4之间设有检测桥路①、所述电阻r1、电阻r2之间设有检测桥路②，所述电阻r2、电阻r3之间设有检测桥路③，所述电阻r3、电阻r4之间设有检测桥路④；

所述辐射型敏感元件对应接入所述检测桥路①、检测桥路②之间。

进一步的,所述前置运放模块包括cg2芯片、灵敏度微调节单元、输出调零单元；

所述cg2芯片设有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚8；

所述引脚4、引脚5、引脚8对应设有v-接口、v0接口、v+接口，所述v-接口、v0接口、v+接口用于接入所述ac-dc双电源模块，所述引脚1对应设有out输出接口，所述out输出接口与所述v0接口用于与所述传感器控制模块连接；

所述灵敏度微调节单元用于调节所述前置运放模块的灵敏度，通过所述引脚6、引脚8与所述cg2芯片连接；

所述输出调零单元用于对所述前置运放模块输出调零调节，通过所述引脚2、引脚3、引脚5与所述cg2芯片连接。

进一步的，所述灵敏度微调节单元包括电位器w3、电阻r15、三极管q2，所述引脚8与所述电位器w3连接，所述电位器w3与所述电阻r15连接，所述电阻r15与所述三极管q2连接，所述三极管q2与所述引脚5连接。

进一步的，所述前置运放模块还包括温度补偿单元，所述温度补偿单元设置为热敏电阻r18，所述热敏电阻r18短接于所述电阻r15的两端。

进一步的，所述输出调零单元包括电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r16、电阻r17以及电位器w4，所述引脚3与所述电阻r13连接，所述电阻r13与所述检测桥路②连接，所述引脚2与所述电阻r14连接，所述电阻r14与所述检测桥路④连接，所述引脚2与所述电阻r12连接，所述电阻r12与所述电位器w4连接，所述电位器w4与所述电阻r16、电阻r17连接，所述电阻r16与所述引脚5、检测桥路③连接，所述电阻r17与所述三极管q2、检测桥路①连接。

进一步的，所述传感器控制模块包括soc集成芯片、灵敏度微调节模块、传感器输出调零模块；

所述soc集成芯片设有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8；

所述引脚1、引脚4、引脚8对应设有v-接口、v0接口、v+接口，所述v-接口、v0接口、v+接口用于接入所述dc-dc双电源模块，且所述v+接口与所述引脚8之间连接有电容d2，所述引脚3对应设有out输出接口，所述out输出接口与所述v0接口用于与所述控制系统连接；

所述灵敏度微调节模块用于调节所述红外气体传感探头的灵敏度，通过所述引脚8与所述soc集成芯片连接；

所述传感器输出调零模块用于对所述红外气体传感探头输出调零调节，通过所述引脚4、引脚5、引脚6与所述soc集成芯片连接。

进一步的，所述灵敏度微调节模块包括电容c1、稳压管y1、二极管d1、三极管q1、电位器w2、电阻r8、电阻r9，所述引脚8与所述稳压管y1连接，所述稳压管y1与所述二极管d1连接，所述二极管d1与所述三极管q1连接，所述三极管q1与所述电阻r8连接，所述电阻r8与所述电位器w2连接，所述电位器w2与所述稳压管y1连接，且所述稳压管y1的两端短接有所述电容c1、电阻r9。

进一步的，所述传感器输出调零模块包括电位器w1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r10、电阻r11；

所述电阻r6与所述引脚5、输入回路②连接，所述引脚4与所述电阻r2连接，所述电阻r2与所述输入回路②连接，所述电阻r7与所述引脚6、输入回路④连接，所述引脚4与所述电阻r3连接，所述电阻r3与所述输入回路④连接，所述引脚6与所述电阻r5连接，所述电阻r5与所述电位器w1连接，所述电位器w1与所述电阻r10、电阻r11连接，所述电阻r10与所述输入回路③、引脚4连接，所述电阻r11与三极管q1、输入回路①连接，所述电阻r4与所述电阻r3、输入回路④、输入回路①连接，所述电阻r1与所述电阻r2、电阻r4、电阻r11连接。

进一步的，所述红外气体分析工作室中设有红外发射管、红外接收管、红外滤光膜、镀膜反射镜，所述红外气体分析工作室中形成有红外线光道、被测气体入口、被测气体出口，所述被测气体入口、被测气体出口与所述红外线光道连通设置，所述红外发射管、红外接收管、红外滤光膜处于所述红外线光道的同一端，所述镀膜反射镜处于所述红外线光道的另一端，且所述红外滤光膜处于所述红外接收管、镀膜反射镜之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)红外线气体从被测气体入口进入红外线气体分析工作室，通过红外线气体分析工作室对红外线气体进行吸收，经过镀膜反射镜反射、红外滤光膜过滤之后红外接收管接收到红外光强度，进而红外气体传感探头接收到与该气体浓度相对应的红外辐射光，控制系统开始工作，通过输入分压量程模块可以调整整个控制系统的工作电压处于设定范围，气体传感探头将检测到的微弱气体信号输入至前置运放模块，该前置运放模块通过ac-dc双电源模块输入±12v供电，红外气体传感探头的检测桥路①、检测桥路②、检测桥路③、检测桥路④对应接入前置运放模块中，从与前置运放模块对应的out输出接口、v0接口将经过放大的气体传感信号输出，之后，将二者之间的气体传感信号对应接入传感器控制模块的输入电路①、输入电路②之间，该传感器控制模块通过dc-dc双电源模块输入电源±12v供电，经过转化的气体传感信号从与传感器控制模块对应的out输出接口、v0接口输出至控制系统的数显终端模块，显示出红外线气体对应的数据参数，数据参数可以通过无线通信模块进行数据传输。

(2)综上，本红外气体数显传感控制系统是一种集气体采集、传感转换、数字显示、精准控制以及无线通讯于一体的智能自动控制系统，配合红外线气体分析工作室可快速进行气体浓度检测，减少人工操作以及计算，测算精度高，是现代工业和农业自动化理想的气体传感检测装置。可以广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事、和空间科学技术等领域。

附图说明

图1为本发明中背景技术中的附图；

图2为本发明的展示连接关系的系统方框图；

图3为本发明的实施例的简化示意图；

图4为展示红外气体分析工作室的示意图；

图5为展示红外气体传感探头工作原理的示意图；

图6为展示前置运放模块原理的示意图；

图7为展示传感器控制模块原理的示意图。

附图标记：1、控制系统；2、主电源模块；3、无线通信模块；4、控制继电器；5、红外气体传感探头；6、dc-dc双电源模块；7、传感器控制模块；8、前置运放模块；9、输入分压量程模块；10、数显终端模块；11、ac-dc双电源模块；12、红外气体分析工作室；13、红外线光道；14、被测气体入口；15、被测气体出口；16、红外发射管；17、红外接收管；18、红外滤光膜；19、镀膜反射镜。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

一种红外气体数显传感控制系统，用于与红外气体分析工作室12配合使用，将红外线气体的气体浓度进行数字化检测，本发明是是现代工业和农业自动化理想的气体传感检测装置。可以广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事、和空间科学技术等领域。

如图4所示，本实施例中，红外气体分析工作室12整体呈t字形，红外气体分析工作室12中形成有红外线光道13、被测气体入口14、被测气体出口15，被测气体入口14、被测气体出口15与红外线光道13连通设置。红外气体分析工作室12中设有红外发射管16、红外接收管17、红外滤光膜18、镀膜反射镜19，红外发射管16、红外接收管17、红外滤光膜18处于红外线光道13的同一端，红外发射管16、红外接收管17相邻设置，镀膜反射镜19处于红外线光道13的另一端，表面形成有凹槽，红外滤光膜18处于红外接收管17、镀膜反射镜19之间，且红外滤光膜18的波长为4.26um。当红外线气体从被测气体入口14进入红外线气体分析工作室，处于红外线光道13中，同时，红外发射管16在红外线光道13中产生红外光，经过红外线光道13中的被测红外线气体，红外光经过镀膜反射镜19反射回红外线光道13通过红外滤光膜18，再由传感器检测接收到被红外滤光膜18过滤的红外光，用此红外光的强度表示红外线气体的浓度，同时传感器产生气体传感信号。

结合图2和图3，控制系统1包括红外气体传感探头5、前置运放模块8、传感器控制模块7、数显终端模块10、主电源模块2、dc-dc双电源模块6、ac-dc双电源模块11、无线通信模块3、控制继电器4以及输入分压量程模块9。红外气体传感探头5、前置运放模块8、传感器控制模块7、数显终端模块10、主电源模块2、dc-dc双电源模块6、ac-dc双电源模块11、无线通信模块3、控制继电器4以及输入分压量程模块9均集成于控制系统1中。

如图5所示，红外气体传感探头5作为敏感元件，用于检测红外气体分析工作室12中的红外光，即前述的传感器采用红外气体传感探头5，具体检测前述的被红外滤光膜18过滤的红外光，形成气体传感信号，可采用gas气体分析传感检测探头。详述的，红外气体传感探头5包括辐射型敏感元件、电源e、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4,电源e串联连接有电阻r1、电阻r2，电源e还并联连接有电阻r4、电阻r3。电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4之间形成闭环回路，电阻r1、电阻r4之间设有检测桥路①、电阻r1、电阻r2之间设有检测桥路②，电阻r2、电阻r3之间设有检测桥路③，电阻r3、电阻r4之间设有检测桥路④。辐射型敏感元件对应接入检测桥路①、检测桥路②之间。检测桥路①、检测桥路②、检测桥路③、检测桥路④对应图中的①、②、③、④。

为实现整个控制系统1的正常工作，将红外气体传感探头5检测到的气体传感信号转化，红外气体传感探头5与前置运放模块8连接，前置运放模块8与传感器控制模块7连接，传感器控制模块7与数显终端模块10连接，控制系统1与无线通信模块3以及主电源模块2连接，主电源模块2与dc-dc双电源模块6连接，dc-dc双电源模块6与传感器控制模块7连接，ac-dc双电源模块11与红外气体传感探头5、前置运放模块8连接。

本实施例中，主电源模块2采用ac-dc主电源，将交流电转化成直流电，当主电源模块2工作时，对dc-dc双电源模块6提供初始电压，便于dc-dc双电源模块6产生稳定的工作电压，为传感器控制模块7供电，另外，ac-dc双电源模块11将交流电转化成直流电，为红外气体传感探头5、前置运放模块8独立供电。当红外气体传感探头5从红外气体分析工作室12检测到气体传感信号时，将检测到的传感信号输入至前置运放模块8，进行信号放大，之后将放大的传感信号输入至传感器控制模块7中，传感器控制模块7对信号进行调整转化后输出，输出的传感信号传输给数显终端模块10进行数字转化，显示在数字显示模块上。输出的传感信号也可经过无线通信模块3传输给手机、电脑等终端。控制继电器4在本装置中起到自动调节、安全保护、转换电路等作用，在控制继电器4的保护下，控制系统1正常工作。

本实施例中，数显终端模块10可设置为现有的显示屏，亮灯时通过阿拉伯数字显示参数，无线通信模块3可设置为wifi、4g、5g或蓝牙等无线通信方式，输入分压量程模块9可采用分压电阻，接入整个电路中，在保证整个装置灵敏度最佳的前提下，可通过调整分压电阻的大小从而调整数显终端模块10上最终显示的参数，比如表示红外光强度的数值，或者直接为气体浓度的数值。

如图6所示，本实施例中，为便于信号的传输，前置运放模块8包括cg2芯片、灵敏度微调节单元、输出调零单元，cg2芯片设有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚8。引脚4、引脚5、引脚8对应设有v-接口、v0接口、v+接口，v-接口、v0接口、v+接口用于接入ac-dc双电源模块11，输入±12v进行供电，引脚1对应设有out输出接口，out输出接口与v0接口用于与传感器控制模块7连接。

灵敏度微调节单元用于调节前置运放模块8的灵敏度，通过引脚6、引脚8与cg2芯片连接，具体连接方式如下所述，灵敏度微调节单元包括电位器w3、电阻r15、三极管q2，引脚8与电位器w3连接，电位器w3与电阻r15连接，电阻r15与三极管q2连接，三极管q2与引脚5连接。前置运放模块8还包括温度补偿单元，温度补偿单元设置为热敏电阻r18，为ntc热敏元件，热敏电阻r18短接于电阻r15的两端。通过设置灵敏度微调节模块，使得传感器电路实现开环式精密桥路测量，具有高灵敏，高线性度、高稳定度和高精度。

输出调零单元用于对前置运放模块8输出调零调节，通过引脚2、引脚3、引脚5与cg2芯片连接。具体连接方式如下所述，输出调零单元包括电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r16、电阻r17以及电位器w4，引脚3与电阻r13连接，电阻r13与检测桥路②连接，引脚2与电阻r14连接，电阻r14与检测桥路④连接，引脚2与电阻r12连接，电阻r12与电位器w4连接，电位器w4与电阻r16、电阻r17连接，电阻r16与引脚5、检测桥路③连接，电阻r17与三极管q2、检测桥路①连接。通过设置输出调零单元，调节输出稳定的标准量程。

红外气体传感探头5与前置运放模块8连接时，检测桥路①、检测桥路②、检测桥路③、检测桥路④对应接入图中的①、②、③、④。

如图7所示，传感器控制模块7包括soc集成芯片、灵敏度微调节模块、传感器输出调零模块。soc集成芯片设有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8。引脚1、引脚4、引脚8对应设有v-接口、v0接口、v+接口，v-接口、v0接口、v+接口用于接入dc-dc双电源模块6，输入±12v进行供电，且v+接口与引脚8之间连接有电容d2，引脚3对应设有out输出接口，out输出接口与v0接口用于与控制系统1连接。

灵敏度微调节模块用于调节红外气体传感探头5的灵敏度，通过引脚8与soc集成芯片连接。具体连接方式如下所述，灵敏度微调节模块包括电容c1、稳压管y1、二极管d1、三极管q1、电位器w2、电阻r8、电阻r9，引脚8与稳压管y1连接，稳压管y1与二极管d1连接，二极管d1与三极管q1连接，三极管q1与电阻r8连接，电阻r8与电位器w2连接，电位器w2与稳压管y1连接，且稳压管y1的两端短接有电容c1、电阻r9。灵敏度微调节模块的作用与前述的灵敏度微调节单元类似。

传感器输出调零模块用于对红外气体传感探头5输出调零调节，通过引脚4、引脚5、引脚6与soc集成芯片连接。具体连接方式如下所述，传感器输出调零模块包括电位器w1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r10、电阻r11；电阻r6与引脚5、输入回路②连接，引脚4与电阻r2连接，电阻r2与输入回路②连接，电阻r7与引脚6、输入回路④连接，引脚4与电阻r3连接，电阻r3与输入回路④连接，引脚6与电阻r5连接，电阻r5与电位器w1连接，电位器w1与电阻r10、电阻r11连接，电阻r10与输入回路③、引脚4连接，电阻r11与三极管q1、输入回路①连接，电阻r4与电阻r3、输入回路④、输入回路①连接，电阻r1与电阻r2、电阻r4、电阻r11连接。传感器输出调零模块与前述的输出调零单元类似。

输入回路①、输入回路②、输入回路③、输入回路④对应图中的①、②、③、④，前置运放模块8与传感器控制模块7连接时，前置运放模块8对应的out输出接口、v0接口与输入回路①、输入回路②连接。

本红外气体数显传感控制系统1是一种集气体采集、传感转换、数字显示、精准控制以及无线通讯于一体的智能自动控制系统1，本控制系统1正常工作时，数显终端模块10显示出红外线气体对应的数据参数，数据参数可以通过无线通信模块3进行数据传输，便于工作人员使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。