双参考波长红外气体传感器及方法

文档序号:9863387阅读:196来源:国知局
双参考波长红外气体传感器及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及气体检测,特别设及双参考波长红外气体传感器及方法。
【背景技术】
[0002] 红外气体传感器一般使用鹤丝灯作为红外光源,鹤丝灯具有体积小、功耗低、使用 寿命长等优点。然而鹤丝灯通过通电加热成为发光光源,其红外福射光谱与光源溫度之间 的关系符合普朗克福射定律,即随着光源溫度变化,红外福射光谱会发生变化。
[0003] 为达到准确测量气体浓度的目的,红外传感器一般需要通入气体进行调零和标定 的操作。在气体通入红外传感器光室的过程中,光室中的气流与光室中的高溫元件如鹤灯 丝进行对流换热,运样鹤丝灯就会的溫度就会发生变化,导致福射光谱发射变化,进而导致 红外光学探测器输出信号的漂移。整个测量光室在通气后,要经过数个小时才能重新达到 热平衡状态,红外探测器的信号才会稳定下来,响应慢。

【发明内容】

[0004] 为了解决上述现有技术方案中的不足,本发明提供了一种相应快、检测准确的双 参考波长红外气体传感器。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的:
[0006] -种双参考波长红外气体传感器,所述红外气体传感器包括光源、测量探测器及 参考探测器;所述红外气体传感器进一步包括:
[0007] 滤光片,所述滤光片设置在参考光路上所述参考探测器的上游;当所述光源福射 光谱变化时,测量波长λ。处测量通道的与测量探测器相关的比例因子Km的变化率
为在参考波长λτ?处参考通道的与参考探测器相关 的比例因子Kr,的变化率,Δη为在参考波长λτ2处参考通道的与参考探测器相关的比例因 子《。的变化率A > 4 > 4i。
[000引根据上述的红外气体传感器,优选地,所述滤光片是干设型双波长滤光片。
[0009] 根据上述的红外气体传感器,优选地,所述光源是鹤丝灯。
[0010] 本发明的目的还在于提供了一种相应快、检测准确的双参考波长红外气体传感方 法,该发明目的通过W下技术方案得W实现:
[0011] 双参考波长红外气体传感方法,所述双参考波长红外气体传感方法包括W下步 骤:
[0012] (A1)光源发出的测量光穿过待测区域;
[0013] 进入待测区域的气体与光源换热,所述光源的福射光谱发生变化;
[0014] 滤光片设置在参考光路上参考探测器的上游;所述光源福射光谱变化后,测量波 长λ。处测量通道的与测量探测器相关的比例因子Km的变化璋
Δ ri为在参考波长λτ?处参考通道的与参考探测器相关的比例因子馬;的变化率,Δ Γ2为在参 考波长λτ2处参考通道的与参考探测器相关的比例因子的变化率,>疋,>Αι;
[001引(Α2) ii量探测器输出的电信号Um送分析模块;
[0016] 参考探测器输出的电信号Ur送分析模块;
[0017] (A3)分析模块处理所述电信号,获知待测气体浓度:
[001引
,α为吸收率;L为光程。
[0019] 根据上述的红外气体传感方法,优选地,所述滤光片是干设型双波长滤光片。
[0020] 根据上述的红外气体传感方法,优选地,所述光源为鹤丝灯。
[0021] 与现有技术相比,本发明具有的有益效果为:
[0022] 本发明采用特殊设计的滤光片,有效地补偿了(由于气体进入而引起)光源福射光 谱的变化带来的波长漂移,从而无需等待热平衡,显著地提高了响应速度,也提高了检测准 确度。
【具体实施方式】
[0023] W下说明描述了本发明的可选实施方式W教导本领域技术人员如何实施和再现 本发明。为了教导本发明技术方案,已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理 解源自运些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特 征能够W各种方式组合W形成本发明的多个变型。由此,本发明并不局限于下述可选实施 方式,而仅由权利要求和它们的等同物限定。
[0024] 实施例:
[0025] 本发明实施例的双参考波长红外气体传感器,所述双参考波长红外气体传感器包 括:
[00%]光源,如鹤丝灯;
[0027] 气体室及测量探测器、参考探测器、分析模块,运些部件均是本领域的现有技术, 在此不再寶述;
[0028] 滤光片,如干设型双波长滤光片,所述滤光片设置在参考光路上所述参考探测器 的上游;当所述光源福射光谱变化时,测量波长λ。处测量通道的与测量探测器相关的比例 因子Km的变化率
Δ η为在参考波长λτ?处参考通道的与 参考探测器相关的比例因子Κ。的变化率,A η为在参考波长心处参考通道的与参考探测 器相关的比例因子馬,的变化率,^ >4 >知。
[0029] 本发明实施例的双参考波长红外气体传感方法,也即上述传感器的工作过程,所 述双参考波长红外气体传感方法包括W下步骤:
[0030] (Α1)光源发出的测量光穿过待测区域;
[0031] 进入待测区域的气体与光源换热,所述光源的福射光谱发生变化;
[0032] 滤光片设置在参考光路上参考探测器的上游;所述光源福射光谱变化后,测量波长 λ。处测量通道的与测量探测器相关的比例因子Km的变化率
Δ ri为在参考波长λτ?处参考通道的与参考探测器相关的比例因子馬J的变化率,Δ Γ2为在参 考波长λτ2处参考通道的与参考探测器相关的比例因子的变化率,\ > 4 >屯1 ;
[0033] (Α2)测量探测器输出的电信号Um送分析模块;
[0034] 参考探测器输出的电信号Ur送分析模块;
[0035] (A3)分析模块处理所述电信号,获知待测气体浓度:
[0036]
为吸收率;L为光程。
[0037] 在上述实施例中,比例因子Km、馬,及《。的获得方式为:向气体室内通入标气,待达 到热平衡后,根据标气含量、探测器输出的信号分别确定测量通道及参考通道的比例因子。
【主权项】
1. 一种双参考波长红外气体传感器,所述红外气体传感器包括光源、测量探测器及参 考探测器;其特征在于:所述红外气体传感器进一步包括: 滤光片,所述滤光片设置在参考光路上所述参考探测器的上游;当所述光源辐射光谱 变化时,测量波长测量通道的与测量探测器相关的比例因子1^的变化率 内,Δ ri为在参考波长Arl处参考通道的与参考探测器相关 -η - - .?1 - r2 的比例因子Krl的变化率,Δ r2为在参考波长λτ2处参考通道的与参考探测器相关的比例因子 心的变化率,\ > j2. 根据权利要求1所述的红外气体传感器,其特征在于:所述滤光片是干涉型双波长滤 光片。3. 根据权利要求1所述的红外气体传感器,其特征在于:所述光源是钨丝灯。4. 双参考波长红外气体传感方法,所述双参考波长红外气体传感方法包括以下步骤: (A1)光源发出的测量光穿过待测区域; 进入待测区域的气体与光源换热,所述光源的辐射光谱发生变化; 滤光片设置在参考光路上参考探测器的上游;所述光源辐射光谱变化后,测量波长入》处 测量通道的与测量探测器相关的比例因子心的变化率, A ri为在参考波长Arl处参考通道的与参考探测器相关的比例因子Kri的变化率,ΔΓ2为在参 考波长λι·2处参考通道的与参考探测器相关的比例因子豕.2的变化率,42 > (Α2 )测量探测器输出的电信号Um送分析模块; 参考探测器输出的电信号Ur送分析模块; (A3)分析模块处理所述电信号,获知待测气体浓度:为吸收率;L为光程。5. 根据权利要求4所述的红外气体传感方法,其特征在于:所述滤光片是干涉型双波长 滤光片。6. 根据权利要求4所述的红外气体传感方法,其特征在于:所述光源为钨丝灯。
【专利摘要】本发明提供了一种双参考波长红外气体传感器及方法,所述红外气体传感器包括光源、测量探测器及参考探测器;进一步包括:滤光片,所述滤光片设置在参考光路上所述参考探测器的上游;当所述光源辐射光谱变化时,测量波长λm处测量通道的与测量探测器相关的比例因子Km的变化率Δr1为在参考波长λr1处参考通道的与参考探测器相关的比例因子的变化率,Δr2为在参考波长λr2处参考通道的与参考探测器相关的比例因子的变化率,λr2>λm>λr1。本发明具有响应快、准确等优点。
【IPC分类】G01N21/3504
【公开号】CN105628638
【申请号】CN201511008910
【发明人】张涛, 吴振旺, 李庆奇, 崔晓英, 孙麒, 韩晓阳
【申请人】聚光科技(杭州)股份有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月29日
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