三组分红外集成气体传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种CO、CO2、SO2三组分红外集成气体传感器，包括外壳、红外光源、进气口、出气口、气室、三组带不同特定波长滤光片的测量红外探测器和带不同特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器、信号放大处理器、温度传感器、单片机系统、声光报警系统。这种气体传感器利用CO、CO2、SO2气体分子对红外光的选择性吸收实现对CO、CO2、SO2三种气体的同时监测和检测，能在恶劣环境中长期稳定并可靠运行，具有较好的抗干扰性，其结构简单，操作方便，能同时对三种气体进行检测并储存数据，在大大降低加工成本的同时进一步提高了检测精度。
【专利说明】
—种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外气体传感器【技术领域】，尤其涉及一种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器。
【背景技术】
[0002]在煤矿、石油、化工等行业的生产过程中存在大量的易燃、易腐蚀、有毒气体，其中CO、CO2, SO2的安全隐患尤为普遍。其中，CO易燃易爆，且进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而使血红蛋白不能与氧气结合，造成CO中毒，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡；co2中毒会引起头痛、恶心、心跳加速等，严重时可能导致缺氧，造成永久性脑损伤、昏迷、甚至死亡，CO2含量猛增会导致温室效应、全球气候变暖、冰川融化、海平面升高等；so2中毒会引起头痛、头昏、流泪、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等，严重时可在数小时内发生肺水肿，吸入极高浓度可引起反射性声门痉挛而致窒息，同时SO2还是造成酸雨的主要原因之一。当CO、CO2, SO2气体超出一定浓度值时，不仅会对环境造成严重的影响，还会对人民的生命、财产等造成严重的威胁。
[0003]GBZ 2.1《工作场所有害因素职业接触限值第I部分:化学有害因素》中提到CO的时间加权平均容许浓度(PC-TWA)为20mg/m3，短时间接触容许浓度(PC-STEL)为30mg/m3 ；CO2 的 PC-TWA 为 9000mg/m3，PC-STEL 为 18000mg/m3 ；S02 的 PC-TWA 为 5mg/m3，PC-STEL 为10mg/m3。因此，为了防止事故的发生，对易燃、有毒有害气体进行及时、准确的监测则刻不容缓。目前，市面上已有多种从国外进口和国产的气体传感器，如催化燃烧式、半导体式、电化学式和光学式等，包含了单一气体传感器和多组分气体传感器，其中基于红外技术的多组分气体传感器由于其应用广泛、使用寿命长、灵敏度高、稳定性好、适合气体多、性价比高、维护成本低、可在线分析等等一系列优点而越来越受到重视并被广泛应用于石油化工、冶金工业、工矿开采、大气污染检测、农业、医疗卫生等领域。随着科技的发展，为满足各种复杂环境对气体传感器的发展要求，在提高检测的准确性和及时性的同时，红外气体传感器正朝着智能化、集成化、微型化、低功耗、低成本的方向发展。随着国家对环境污染监测和治理力度的加大，研发C0、C02、S02三组分红外集成气体传感器是防止事故、保护环境、保障人民生命财产安全的主要手段，对于认真落实国务院颁布的《节能减排“十二五”规划》并及时准确监测和检测生态环境、居住环境、工作场所等环境质量和污染源等具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器，这种传感器是利用CO、CO2, SO2气体分子对红外光的选择性吸收实现对CO、CO2, SO2三种气体的同时监测和检测。
[0005]本发明的目的是这样实现的:这种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器，包括外壳、红外光源、进气口、出气口、气室、一组带通带中心波长为4.26 μ m滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器、一组带通带中心波长为4.67 μ m滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器，一组带通带中心波长为7.3μπι滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器，信号放大处理器、温度传感器、单片机系统、声光报警系统。
[0006]这种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器，红外集成气体传感器最外部是外壳，红外光源位于气室左侧；进气孔位于气室上方，出气口位于气室下方；三组带不同特定波长滤光片的测量红外探测器和带不同特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器位于气室5右侧，信号放大处理器和温度传感器位于三组集成传感器右侧，单机片系统位于信号放大处理器右侧，声光报警系统位于单机片系统右侧。
[0007]这种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器，红外光源为宽带脉冲红外光源，具有发射率高、体积小、光电转换效率高、耗电省、寿命长、温度低等优点，其封装窗口材料为氟化钙，可通过波长范围为2-9.5 μ m的红外光，CO、CO2, SO2三种气体的特征吸收带都处于此波长范围内，封装内部配有抛物面反射镜，可使红外光源发出平行红外光，防止反射光、折射光等造成的光强度和光程改变的影响。
[0008]这种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器，红外探测器和相应的滤光片封装在一起，可避免其他气体光信号对红外探测器的干扰。
[0009]这种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器，测量红外探测器和参比红外探测器与相应的滤光片是集成在一起的集成元件。
[0010]这种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器，单机片系统具有数据处理和存储功倉泛。
[0011]这种CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器，声光报警系统的配置，能对检测气体浓度超出限值时指示灯变亮且发出报警声从而做出及时准确的报警。
[0012]本发明的气体传感器配置有气体进出的气口，进气口和出气口配置有防尘防潮过滤膜。红外探测器都带有相应的滤光片，并且封装在一起，滤光片为窄带滤光片，窄带滤光片的通带中心波长与被检测气体的吸收波长相同，窄带滤光片的通带中心波长被设定于与被检测气体吸收波长相近但不会被常见气体吸收的波长位置处。带有特定波长滤光片的参比红外探测器和测量红外探测器是集成在一起的。
[0013]所述温度传感器，气体传感器配置有声光报警系统，能对检测气体浓度超出限值时做出及时准确的报警，以便工作人员采取相应的预防措施，防止发生严重事故，其数据经单片机处理后，能扣除环境中温度对气体传感器的影响，使本产品在恶劣环境下仍能正常工作。
[0014]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:
1、红外光源为宽带脉冲红外光源，具有发射率高、体积小、光电转换效率高、耗电省、寿命长、温度低等优点，其封装窗口材料为氟化钙，可通过波长范围为2-9.5μπι的红外光，C0、C02、S02H种气体的特征吸收带都处于此波长范围内，封装内部配有抛物面反射镜，可使红外光源发出平行红外光，防止反射光、折射光等造成的光强度和光程改变的影响；
2、气体进出的气口内具有微孔防尘结构并含有疏水型防尘防潮膜，具有较好的防潮防尘特性，能提高传感器的抗干扰性和延长产品使用寿命；
3、红外探测器和相应的滤光片封装在一起，可避免其他气体光信号对红外探测器的干扰； 4、测量红外探测器和参比红外探测器与相应的滤光片所构成的集成元件有利于传感器的小型化和稳定性的提闻;
5、参比红外探测器和相应滤光片的配置，能消除气室光学元器件、其他干扰气体等因素的影响，并且产生一个只与待测气体相关的信号，提高了抗干扰能力和测量精度；
6、温度传感器的配置能扣除环境中温度对气体传感器的影响，使本产品在恶劣环境下仍能正常工作；
7、声光报警系统的配置，能对检测气体浓度超出限值时做出及时准确的报警，以便工作人员采取相应的预防措施，防止发生严重事故。
[0015]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器的基本结构示意图。
[0017]图2是本发明的CO、CO2, SO2三组分红外集成气体传感器的工作流程图。
【具体实施方式】
[0018]图1是本发明一种C0、C02、S02三组分红外集成气体传感器的基本结构示意图，包括外壳1、红外光源2、进气口 3、出气口 4、气室5、一组带通带中心波长为4.26 μ m滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器6、一组带通带中心波长为4.67 μ m滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器7，一组带通带中心波长为7.3 μ m滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器8，信号放大处理器9、温度传感器10、单片机系统11、声光报警系统12。其中，红外光源2位于气室5左侧；进气孔3位于气室5上方，出气口 4位于气室5下方；三组带不同特定波长滤光片的测量红外探测器和带不同特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器6、7、8位于气室5右侧；带通带中心波长为
4.26 μ m滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器6用于检测(?气体；带通带中心波长为4.67 μ m滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器7用于检测CO气体；带通带中心波长为7.3 μ m滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器8用于检测SO2气体；信号放大处理器9和温度传感器10位于集成传感器6、7、8右侧；单机片系统11位于信号放大处理器9右侧；声光报警系统12位于单机片系统11右侧。
[0019]图2本发明的这种C0、C02、S02三组分红外集成气体传感器的工作流程图，气体经进气口 3进入气室5，红外光源2发出平行脉冲波，经由气室5后平行照射到集成探测器6、7、8上，经滤光后，波长为4.26 μ m的红外光照射到集成探测器6中的测量红外探测器和参比红外探测器上，波长为4.67 μ m的红外光照射到集成探测器7中的测量红外探测器和参比红外探测器上，波长为7.3 μ m的红外光照射到集成探测器8中的测量红外探测器和参比红外探测器上，以上三组信号和温度传感器10的数据被传至信号放大处理器9处理后传至单片机系统11，单片机系统11对接收到的数据进行处理和储存并在显示屏上显示，经处理过的数据经由声光报警系统12后，若气体测量浓度超过一定限值则指示灯变亮且发出报警声。
[0020]以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰也应视为本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【权利要求】
1.一种CO、C02、SO2三组分红外集成气体传感器，其特征在于:包括外壳(I)、红外光源(2)、进气口(3)、出气口(4)、气室(5)、一组带通带中心波长为4.26μπι滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器(6)、一组带通带中心波长为4.67 μ m滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器(7)，一组带通带中心波长为7.3μπι滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器的集成探测器(8)，信号放大处理器(9)、温度传感器(10)、单片机系统(11)、声光报警系统(12)。
2.根椐权利要求1所述的CO、CO2,SO2三组分红外集成气体传感器，其特征在于:红外集成气体传感器最外部是外壳(I)，红外光源(2)位于气室(5)左侧；进气孔(3)位于气室(5)上方，出气口(4)位于气室(5)下方；三组集成探测器(6)、(7)、(8)位于气室(5)右侧，信号放大处理器(9)和温度传感器(10)位于集成传感器(6)、(7)、(8)右侧，单机片系统(11)位于信号放大处理器(9)右侧,声光报警系统(12)位于单机片系统(11)右侧。
3.根据权利要求书I所述的CO、CO2,SO2三组分红外集成气体传感器，其特征在于:可通过波长范围为2-9.5μπι的红外光的红外光源(2)为宽带脉冲红外光源，其封装窗口材料为氟化钙，封装内部配有抛物面反射镜。
4.根据权利要求书I所述的CO、CO2,SO2三组分红外集成气体传感器，其特征在于:进气口(3)和出气口(4)上的防尘防潮膜为疏水型过滤膜。
5.根据权利要求书I所述的CO、CO2,SO2三组分红外集成气体传感器，其特征在于:红外探测器和相应的滤光片封装在一起。
6.根据权利要求书I所述的CO、CO2,SO2三组分红外集成气体传感器，其特征在于:测量红外探测器和参比红外探测器与相应的滤光片是集成在一起的集成元件。
7.根据权利要求书I所述的CO、CO2,SO2三组分红外集成气体传感器，其特征在于:单机片系统(11)具有数据处理和存储功能。
8.根据权利要求书I所述的CO、CO2,SO2三组分红外集成气体传感器，其特征在于:声光报警系统(12)的配置，能对检测气体浓度超出限值时指示灯变亮且发出报警声从而做出及时准确的报警。
【文档编号】G01N21/3504GK104359852SQ201410690357
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】张建红, 任兴平, 马黎, 郭春艳, 周清, 秦梅, 杨红飞, 钟韬 申请人:云南无线电有限公司