專利作業(yè)實(shí)例(推薦文檔)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)說 明 書一種不分光紅外法（NDIR）CO2氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種紅外光學(xué)氣體傳感器，具體涉及一種基于不分光紅外法（NDIR）CO2氣體傳感器。背景技術(shù)CO2氣體傳感器主要應(yīng)用于燃?xì)庹荆細(xì)獗梅浚ㄕ荆?，車間，農(nóng)業(yè)大棚，塑料溫室，賓館，酒店，化工廠，冶金等氣體使用或貯存的場所等領(lǐng)域。對于該氣體濃度監(jiān)測，目前國內(nèi)外最常用的檢測方法主要有：紅外線氣體傳感器、半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器等。根據(jù)不同的原理，就相應(yīng)有不同結(jié)構(gòu)

2、的檢測器（通常稱儀器的傳感器），分別適合測試不同類別的氣體成分。與其它方法相比，利用非分光紅外法（NDIR）原理的紅外式氣體傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)，精度和靈敏度高，選擇性、穩(wěn)定性和可靠性好，反應(yīng)速度快，不容易中毒，壽命長，量程寬，抗干擾能力強(qiáng)等等。 非分光紅外法（NDIR）原理是基于不同化合物在光譜作用下由于振動和旋轉(zhuǎn)變化而表現(xiàn)了不同的吸收峰值。氣體的吸收光譜會隨物質(zhì)的不同而存在差異，不同氣體分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，就導(dǎo)致了對不同波長的紅外輻射的吸收程度不同，即：不同的物體對應(yīng)不同的吸收光譜，而每種氣體在其光譜中，對特定波長的光有較強(qiáng)的吸收。當(dāng)不同波長的紅外輻射依次照射到樣品物質(zhì)時，某些波長的輻射能被

3、樣品物質(zhì)選擇吸收而變?nèi)?，產(chǎn)生紅外吸收光譜，故當(dāng)知道某種物質(zhì)的紅外吸收光譜時，便能從中獲得該物質(zhì)在紅外區(qū)的吸收峰。同一種物質(zhì)不同濃度時，在同一吸收峰位置會有不同的吸收強(qiáng)度，吸收強(qiáng)度與濃度成正比關(guān)系，通過檢測氣體對光的波長和強(qiáng)度的影響，便可以確定氣體的濃度。關(guān)于紅外氣體傳感器技術(shù)的研究，國外發(fā)達(dá)國家起步比較早，紅外氣體傳感器技術(shù)已經(jīng)比較成熟，生產(chǎn)出的產(chǎn)品也是穩(wěn)定性好，精度高，幾乎占據(jù)了國內(nèi)紅外CO2氣體傳感器的整個市場，而且價格昂貴。我國非分光紅外(NDIR)氣體傳感器技術(shù)尚不成熟，盡管國內(nèi)也有研究，但是理論基礎(chǔ)不深入也夠系統(tǒng)，而且自動化水平不高，導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性差，與國外先進(jìn)水平存在著巨大差距，所

4、以關(guān)鍵元件依舊是從國外進(jìn)口。目前國內(nèi)生產(chǎn)的傳感器主要是電化學(xué)氣體傳感器，存在很多不足之處：誤差比較大、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，使用壽命短等缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有氣體傳感器存在的缺點(diǎn)，研制一種非分光紅外（NDIR）CO2氣體傳感器，具有成本低、穩(wěn)定性好、精度高、可靠性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。一種基于不分光紅外法（NDIR）CO2氣體傳感器，系統(tǒng)的主要由電路板和氣室結(jié)構(gòu)組成，其中電路板包括光源驅(qū)動電路板、探測器電路板以及主控板，氣室結(jié)構(gòu)部分包括進(jìn)氣室、鍍膜氣室和出氣室，其特征在于：所述光源驅(qū)動電路板、探測器電路板以及主控板通過螺釘與氣室分別于左端、右端以及底部固定連接；所述光源和紅外探測器分別固定在光源驅(qū)動電

5、路板和探測器電路板，并且放置在進(jìn)氣室與出氣室；所述的進(jìn)氣室和出氣室內(nèi)部各有兩個凹槽和一個窗口片，密封圈被卡在凹槽內(nèi)；鍍膜氣室通過鍍膜氣室凹槽與密封圈進(jìn)行配合并于進(jìn)氣室和出氣室固定連接；所述光源發(fā)出的光束通過聚光杯平行射出，通過窗口片，射向紅外探測器上，探測器與探測板電路相連接。所述光源、紅外探測器、鍍膜氣室三者的中心須在同一條直線上。所述鍍膜氣室采用黃銅鍍金。 所述鍍膜氣室取1020mm之間。所述紅外探測器具有兩個通道，一個為參考通道，另一個為探測通道。所述窗口片一側(cè)靠在進(jìn)氣室，另一側(cè)由卡在進(jìn)氣室左端凹槽的密封圈來固定。所述鍍膜氣室凹槽同時與進(jìn)氣室右凹槽和出氣室左凹槽通過彈性的密封圈來卡緊固定

6、。所述進(jìn)氣室的左端內(nèi)徑與聚光杯直徑相同，且聚光杯一端靠著密封圈，一端靠著光源驅(qū)動電路板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過研究設(shè)計合理的氣室，不僅使光強(qiáng)發(fā)射均勻，而且消除可能對系統(tǒng)產(chǎn)生誤差的干擾因素；氣室結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，不需要太復(fù)雜的氣室結(jié)構(gòu)，更易于拆卸、清洗；通過微弱信號檢測技術(shù)以及誤差理論分析與數(shù)據(jù)處理，并且解決了溫度、大氣壓強(qiáng)等環(huán)境因素對濃度測量的影響的補(bǔ)償問題，提高系統(tǒng)測量精度、靈敏性和穩(wěn)定性。說明附圖圖1為CO2氣體傳感器結(jié)構(gòu)爆炸圖。圖2為CO2氣體傳感器出氣室側(cè)視圖。圖3為CO2氣體傳感器出氣室剖視圖。 具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1至3所示，系統(tǒng)

7、的主要由電路板和氣室結(jié)構(gòu)組成。電路板分為光源驅(qū)動電路板9、探測器電路板10以及主控板12，通過螺釘11與氣室分別于左端、右端以及底部固定連接。氣室結(jié)構(gòu)包含一個圓筒狀的鍍膜氣室6以及兩端進(jìn)氣室5和出氣室7，氣室兩端分別安裝了紅外光源1和紅外探測器8，它們前面都有一個窗口片4，既是濾波元件又是密封元件。進(jìn)氣室內(nèi)裝有聚光杯2，一端靠著密封圈3，一端靠著電路板，且外經(jīng)與進(jìn)氣室左端內(nèi)徑相同，以至于不會在進(jìn)氣室內(nèi)振動。進(jìn)氣室左凹槽52與出氣室右凹槽72內(nèi)分別裝入密封圈3來固定窗口片4，鍍膜氣室6凹槽同時與進(jìn)氣室右凹槽51和出氣室左凹槽71與通過密封圈3配合來是三者中心線在同一直線上。8紅外探測器前安裝有窄

8、帶濾光片，只允許特定波長的紅外光通過。由MCU產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號來控制紅外光源1。紅外光源1發(fā)出的具有連續(xù)光譜的平行紅外光，首先經(jīng)過紅外窗口片4進(jìn)行濾波，濾除一部分并不需要波段的紅外光，平行照射到充滿氣室的待測氣體，紅外光能量會被待測氣體吸收，同樣再經(jīng)過一個窗口片4進(jìn)行濾波，再經(jīng)過安裝在探測器前面的濾光片的選擇性透過，照射到紅外探測器8上。紅外探測器8將被氣體吸收后的光能量轉(zhuǎn)換為電信號。由于信號十分微弱，且易受外界干擾，經(jīng)過高精密的兩級放大濾波電路放大后，得到調(diào)理后穩(wěn)定的電壓信號。該電壓信號被模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后，采樣數(shù)據(jù)被送到MCU進(jìn)行處理，MCU控制電路將采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并通過串口發(fā)送到

9、上位機(jī)。所述光源驅(qū)動電路板9、探測器電路板10、主控板12分別于左端、右端和底部通過螺釘11和氣室連接固定。所述光源1、紅外探測器8、鍍膜氣室6三者的中心須在同一條直線上，這樣可以保證光源能以盡可能多的平行光被紅外探測8器接受，減少因光束反射而衰減帶來的影響。所述光源1和紅外探測器8分別安裝固定在光源驅(qū)動電路板9及探測器電路板10上。所述進(jìn)氣室5的左端內(nèi)徑與聚光杯2直徑相同，且聚光杯2一端靠著密封圈，一端靠著電路板，以至于不會在進(jìn)氣室5內(nèi)振動。所述紅外探測8器有兩個通道，一個為參考端，一個為探測端，并自帶窄帶濾光片。所述鍍膜氣室6要求內(nèi)壁光潔，不易吸附氣體，通常采用黃銅鍍金。所述鍍膜氣室6內(nèi)徑

10、取1020mm之間為宜。 所述鍍膜氣室6長度會影響到測量精度和測量范圍，一般取80120mm為宜。所述窗口片4一側(cè)緊靠著進(jìn)氣室5，另一側(cè)由卡在進(jìn)氣室左凹槽52的密封圈來固定，起到了同時濾光和密封的作用。所述鍍膜氣室6兩端的鍍膜氣室凹槽61同時與進(jìn)氣室右凹槽51和出氣室左凹槽71通過彈性的密封圈3來卡緊固定。所述密封圈3內(nèi)徑小于窗口片4外經(jīng)，外徑大于窗口片4外徑。所述進(jìn)氣室5以及出氣室7選取為黑色pom材料，避免有其他光束透入造成影響。 所述窗口片為氟化鈣晶體窗口片4，在0.959um內(nèi)具有比較平坦的透光特性。所述密封圈3為具有彈性的橡膠材料。權(quán) 利 要 求 書一種基于不分光紅外法（NDIR）C

11、O2氣體傳感器，系統(tǒng)的主要由電路板和氣室結(jié)構(gòu)組成，其中電路板包括光源驅(qū)動電路板（9）、探測器電路板（10）以及主控板（12），氣室結(jié)構(gòu)部分包括進(jìn)氣室（5）、鍍膜氣室（6）和出氣室（7），其特征在于：所述光源驅(qū)動電路板（9）、探測器電路板（10）以及主控板（12）通過螺釘（11）與氣室分別于左端、右端以及底部固定連接；所述光源（1）和紅外探測器（8）分別固定在光源驅(qū)動電路板（9）和探測器電路板（10），并且放置在進(jìn)氣室（5）與出氣室（7）；所述的進(jìn)氣室（5）和出氣室（7）內(nèi)部各有兩個凹槽和一個窗口片（4），密封圈被卡在凹槽內(nèi)；鍍膜氣室（6）通過鍍膜氣室凹槽（61）與密封圈（3）進(jìn)行配合并于進(jìn)氣室

12、（5）和出氣室（7）固定連接；所述光源發(fā)出的光束通過聚光杯（2）平行射出，通過窗口片（4），射向紅外探測器上，探測器與探測板電路相連接。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO2氣體傳感器，其特征在于：所述光源（1）、紅外探測器（8）、鍍膜氣室（6）三者的中心須在同一條直線上。 3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO2氣體傳感器，其特征在于：所述鍍膜氣室（6）采用黃銅鍍金。 4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO2氣體傳感器，其特征在于：所述鍍膜氣室（6）取1020mm之間。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO2氣體傳感器，其特征在于：所述紅外探測器（8）具有兩個通道，一個為參考通道，另一個為探測通道。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO2

13、氣體傳感器，其特征在于：所述窗口片（4）一側(cè)靠在進(jìn)氣室（1），另一側(cè)由卡在進(jìn)氣室左端凹槽（52）的密封圈（3）來固定。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO2氣體傳感器，其特征在于：所述鍍膜氣室凹槽（61）同時與進(jìn)氣室右凹槽（51）和出氣室左凹槽（71）通過彈性的密封圈（3）來卡緊固定。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO2氣體傳感器，其特征在于：所述進(jìn)氣室（5）的左端內(nèi)徑與聚光杯（2）直徑相同，且聚光杯（2）一端靠著密封圈（3），一端靠著光源驅(qū)動電路板（9）。說 明 書 摘 要本發(fā)明公開了一種基于不分光紅外法（NDIR）CO2氣體傳感器，主要包括電路板和氣室結(jié)構(gòu)。其中電路部分包括光源驅(qū)動電路、探測器電路以及主控板電路，用來為光源提供穩(wěn)定恒壓、對微弱信號的放大濾波采樣處理和實(shí)現(xiàn)其他一些輔助。氣室結(jié)構(gòu)部分由進(jìn)氣室、鍍膜氣室和出氣室組成，進(jìn)氣室裝有聚光杯，使得光源能夠以平行光束射出，通過窗口片，減少光源發(fā)射出的不需要波段的光以及外界紅外光線進(jìn)入探測器所帶來的影響，同時也起到密封作用。進(jìn)氣室和出氣室的凹槽中分別放有4個密封圈，密封圈在保證室內(nèi)氣體與外界隔絕的同時，不僅使濾光片分別固定在進(jìn)氣室和出氣室內(nèi)，也使得鍍膜氣室與進(jìn)出氣室連接固定，實(shí)現(xiàn)三者中心軸線保持一致。出氣室內(nèi)放置