专利名称：基于led光源的co气体检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及CO气体检测领域，一种基于LED光源的CO气体检测系统及方法。
背景技术：
红外光谱法对CO气体进行检测是近些年开展起来的一种光学气体检测方法。其原理是利用CO气体在红外波段的特征吸收来判断其成分的存在；利用CO气体分子对红外光谱能量吸收的大小来反演浓度。CO气体的红外吸收波段如图1所示，浓度反演是根据比尔一朗伯定律，如图2所示。在6250 - 6410波长范围内，CO气体有较强吸收，这个吸收也称之为指纹吸收，即一旦在6250 — 6410波长范围内出现红外吸收，一定是CO气体引起。那么它的浓度到底是多少，就需要下面的比尔一朗伯定律来去计算。比尔一朗伯定律用于说明光传输现象。图2中，Io为入射的单色光强度，I为透过光强度，1为光程长度(m)，c为吸光物质的浓度(ml/1)，Epsilon为吸光物质的摩尔吸光系数(1/ml-m)，Log Ι/Ιο也称为吸光率或者透光度。比尔一朗伯定律说明，当有一束已知强度的红外光Itl照射，被某一种气体吸收后， 光强会变弱，吸收之后的光I称之为出射光强。那么入射光强和出射光强之间符合比尔一朗伯定律，这说明气体的吸收不仅仅和浓度有关，还与吸收系数、吸收距离有关。因此，当我们已知CO气体，固定吸收长度，测出入射，出射光强，就可以反推出浓度。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于LED光源的CO气体检测系统及方法，利用LDE作为 CO气体检测系统的光源，来解决现有CO气体检测系统检测光源不够稳定、需要机械调制、 需要去除干扰光等问题。本发明的技术方案如下
一种基于LED光源的CO气体检测系统，其特征在于包括有LED光源，所述LED光源的前方光路上设有气体吸收池，所述气体吸收池的两端分别设有入、出光孔，气体吸收池上分别设有进、出气口，所述的进气口外接气源，所述气体吸收池内设有温度传感器，所述的温度传感器依次外接数据采集器和单片机。一种基于LED光源的CO气体检测方法，其特征在于其具体包括以下步骤首先向气体吸收池中通入待测CO气体，LED光源发出的光由入光孔进入气体吸收池，并穿过气体吸收池中的待测CO气体，然后从出光孔出射，其中部分光被待测CO气体吸收；温度传感器探测到穿过待测CO气体吸收之后的光的光强信号，并获得的光强信号送入数据采集器进行AD转换，然后将光强信号送给单片机进行处理并根据比尔一朗伯定律计算出待测CO 气体的浓度。所述的基于LED光源的CO气体检测系统，其特征在于所述LED光源的中心波长为4. 45微米。本发明的有益效果
本发明解决了现有CO气体检测系统检测光源不够稳定、需要机械调制、需要去除干扰光等问题，简化了系统结构，提高了稳定性。
图1为本发明CO气体红外吸收光谱图。图2为本发明比尔一朗伯定律推导示意图。图3为本发明系统结构示意图。图4为本发明黑体辐射光谱图。图5为本发明中心波长为4. 45微米LED发光光谱图。图6为本发明气体吸收池结构示意图。
具体实施例方式参见图3，一种基于LED光源的CO气体检测系统，包括有LED光源，LED光源的前方光路上设有气体吸收池，气体吸收池的两端分别设有入、出光孔，气体吸收池上分别设有进、出气口，进气口外接气源，气体吸收池内设有温度传感器，温度传感器依次外接数据采集器和单片机。一种基于LED光源的CO气体检测方法，具体包括以下步骤首先向气体吸收池中通入待测CO气体，LED光源发出的光由入光孔进入气体吸收池，并穿过气体吸收池中的待测CO气体，然后从出光孔出射，其中部分光被待测CO气体吸收；温度传感器探测到穿过待测CO气体吸收之后的光的光强信号，并获得的光强信号送入数据采集器进行AD转换，然后将光强信号送给单片机进行处理并根据比尔一朗伯定律计算出待测CO气体的浓度。LED光源的中心波长为4. 45微米。以下结合附图对本发明作进一步的说明
本系统和以往系统的最大区别在于，采用了 LED作为光源。传统的非分散红外吸收光谱检测系统，都是利用灯丝作为光源，灯丝近似于黑体，如图4所示，黑体光源的辐射包含了很宽的范围，也包含了许多的气体的吸收波段，而LED光源发出特定波段的辐射，通过选择，选取适合CO气体吸收波段的LED作为光源有光强强，稳定，选择性好，抗干扰好，可脉冲调制等优点。本发明选择中心波长为4. 45微米的LED作为光源，如图5所示。正好包含了 CO 的特征吸收带4. 65微米附近区域。LED可以被调制成脉冲形式输出，这样可以解决机械调制所带来的不稳定性等问题。调制之后的脉冲光入射到怀特池，经过多次反射，被温度传感器接收。怀特池的反射镜是由镀金的镜面构成，增加了反射效率。气体吸收池采用怀特池，如图6所示。温度传感器接收后的信号，经过AD转换之后交给单片机进行数据处理。单片机根据已知的光程长度(即反射次数和怀特池长度的乘积)，吸收系数(CO气体吸收系数已知)，入射光强，出射光强(均可由温度传感器获得)就可以计算出被测量CO气体的浓度。
权利要求
1.一种基于LED光源的CO气体检测系统，其特征在于包括有LED光源，所述LED光源的前方光路上设有气体吸收池，所述气体吸收池的两端分别设有入、出光孔，气体吸收池上分别设有进、出气口，所述的进气口外接气源，所述气体吸收池内设有温度传感器，所述的温度传感器依次外接数据采集器和单片机。
2.一种基于LED光源的CO气体检测方法，其特征在于其具体包括以下步骤首先向气体吸收池中通入待测CO气体，LED光源发出的光由入光孔进入气体吸收池，并穿过气体吸收池中的待测CO气体，然后从出光孔出射，其中部分光被待测CO气体吸收；温度传感器探测到穿过待测CO气体吸收之后的光的光强信号，并获得的光强信号送入数据采集器进行AD转换，然后将光强信号送给单片机进行处理并根据比尔一朗伯定律计算出待测CO气体的浓度。
3.根据权利要求1所述的基于LED光源的CO气体检测系统，其特征在于所述LED光源的中心波长为4. 45微米。
全文摘要
本发明公开了基于LED光源的CO气体检测系统及方法，包括有LED光源，所述LED光源的前方光路上设有气体吸收池，气体吸收池上分别设有入、出光孔以及进、出气口，气体吸收池内设有温度传感器，温度传感器依次外接数据采集器和单片机；首先向气体吸收池中通入待测CO气体，LED光源发出的光由入光孔进入气体吸收池，并穿过气体吸收池中的待测CO气体，然后从出光孔出射，其中部分光被待测CO气体吸收，温度传感器探测到穿过待测CO气体吸收之后的光的光强信号，并获得的光强信号送入单片机进行处理并计算出待测CO气体的浓度。本发明解决了现有CO气体检测系统检测光源不够稳定、需要机械调制、需要去除干扰光等问题，简化了系统结构，提高了稳定性。
文档编号G01J1/42GK102183479SQ20111005947
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月12日 优先权日2011年3月12日
发明者张德祥, 张晶晶, 朱敏, 李桂华, 胡斗猛, 赵吉文, 阎庆, 陈晓宁 申请人:安徽大学