專利作業(yè)實例(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，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度，吸收強度與濃度成正比關(guān)系，通過檢測氣體對光的波長和強度的影響，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，與國外先進水平存在著巨大差距，所

4、以關(guān)鍵元件依舊是從國外進口。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。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，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。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，并且放置在進氣室與出氣室；所述的進氣室和出氣室內(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行配合并于進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)靠在進氣室，另一側(cè)由卡在進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)點在于：通過研究設(shè)計合理的氣室，不僅使光強發(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、大氣壓強等環(huán)境因素對濃度測量的影響的補償問題，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。 具體實施方式以下結(jié)合附圖實施例對發(fā)明作進一步詳細(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)與進氣室左端內(nèi)徑相同，以至于不會在進氣室內(nèi)振動。進氣室左凹槽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進行處理，MCU控制電路將采樣到的數(shù)據(jù)進行分析并通過串口發(fā)送到

9、上位機。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)緊靠著進氣室5，另一側(cè)由卡在進氣室左凹槽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），并且放置在進氣室（5）與出氣室（7）；所述的進氣室（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）進行配合并于進氣室

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)靠在進氣室（1），另一側(cè)由卡在進氣室左端凹槽（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現(xiàn)其他一些輔助。氣室結(jié)構(gòu)部分由進氣室、鍍膜氣室和出氣室組成，進氣室裝有聚光杯，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入探測器所帶來的影響，同時也起到密封作用。進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氣室和出氣室內(nèi)，也使得鍍膜氣室與進出氣室連接固定，實現(xiàn)三者中心軸線保持一致。出氣室內(nèi)放置