专利名称：可变波长气体红外传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体检测传感器，具体的说，涉及了一种可变波长气体红外传感O背景技术
随着社会的不断发展，人们对于气体监测的需求越来越高，而现有的传感器能测量的气体种类一般都是单一的，当需要测量不同气体时，往往需要更换传感器，而更换传感器涉及诸多不易处理的技术问题，且浪费时间和人工，这显然不能满足用户的需求。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种设计科学、使用方便、可实现多种气体探测的可变波长气体红外传感器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种可变波长气体红外传感器， 它包括微处理器电路、测量气室、分别连接所述微处理器电路的红外光源和气体红外探测器、DA转换电路和电压控制电路；其中，所述气体红外探测器包括探测器主机、可变波长滤光器和供电电路，所述可变波长滤光器包括有宽带滤光片、FP腔、固定电极和可控电极，所述供电电路包括电阻Rl 1和电容Cl 1，所述电容Cl 1两端分别连接所述固定电极和所述可控电极，所述电阻Rll—端连接所述固定电极，所述电阻Rll另一端和所述可控电极作为所述供电电路的电压输入端；所述微处理器电路的电压控制端连接所述DA转换电路的数字信号输入端，所述DA转换电路的模拟信号输出端连接所述电压控制电路的电压控制端，所述电压控制电路的电压输出端连接所述供电电路的电压输入端。
基于上述，它还包括依次连接的信号放大电路、滤波电路和AD转换电路，其中，所述气体红外探测器的信号输出端连接所述信号放大电路的输入端，所述AD转换电路的数字信号输出端连接所述微处理器电路的信号采集端。
基于上述，所述电压控制电路包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、增益电阻R1、 增益电阻R2、增益电阻R3、增益电阻R4、增益电阻R5、滤波电容Cl和滤波电容C2 ；其中，所述增益电阻Rl —端分别连接所述增益电阻R2 —端和所述运算放大器UlA的反相输入端， 所述增益电阻R2另一端连接所述运算放大器UlA的输出端，所述增益电阻R3 —端连接所述运算放大器UlA的反相输入端，所述增益电阻R3另一端接地，所述滤波电容Cl两端分别连接在所述增益电阻R2两端；所述增益电阻R4 —端分别连接所述增益电阻R5 —端和所述运算放大器UlB的反相输入端，所述增益电阻R5另一端连接所述运算放大器UlB的输出端，所述运算放大器UlB的正相输入端接地，所述滤波电容C2两端分别连接在所述增益电阻R5两端；所述增益电阻Rl和所述增益电阻R4的另一端用于连接基准参考电压；所述运算放大器UlA的正相输入端作为所述电压控制电路的电压控制端，所述运算放大器UlA和所述运算放大器UlB的输出端作为所述电压控制电路的电压输出端。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说，该传感器运用了红外吸收光谱技术和电压控制技术，使其能够测量多种不同气体的浓度，其具有测量气体可变、灵敏度高、抗干扰能力强、响应时间短等特点，同时，由于信号和参考使用的是同一探测器，因而可以消除温度对探测器的影响及探测器失配问题。
图1是本发明的结构框图。
图2是所述气体红外探测器的结构示意图。
图3是所述电压控制电路的电路原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式
，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1和图2所示，一种可变波长气体红外传感器，它包括微处理器电路、测量气室、分别连接所述微处理器电路的红外光源和气体红外探测器、DA转换电路和电压控制电路；其中，所述气体红外探测器包括探测器主机、可变波长滤光器和供电电路，所述可变波长滤光器包括有宽带滤光片、FP腔、固定电极和可控电极，所述供电电路包括电阻Rll和电容C11，所述电容Cll两端分别连接所述固定电极和所述可控电极，所述电阻Rll —端连接所述固定电极，所述电阻Rll另一端和所述可控电极作为所述供电电路的电压输入端；所述微处理器电路的电压控制端连接所述DA转换电路的数字信号输入端，所述DA转换电路的模拟信号输出端连接所述电压控制电路的电压控制端，所述电压控制电路的电压输出端连接所述供电电路的电压输入端；即所述微处理器电路通过所述DA转换电路、所述电压控制电路实现电压的变化，进而达到调整所述可变波长滤光器的目的。
基于上述，它还包括依次连接的信号放大电路、滤波电路和AD转换电路，其中，所述气体红外探测器的信号输出端连接所述信号放大电路的输入端，所述AD转换电路的数字信号输出端连接所述微处理器电路的信号采集端；需要特别说明的是，在其它实施例中， 所述探测器主机自身具备信号放大电路、滤波电路和AD转换电路。
如图3所示，基于上述，所述电压控制电路包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、 增益电阻R1、增益电阻R2、增益电阻R3、增益电阻R4、增益电阻R5、滤波电容Cl和滤波电容C2 ；其中，所述增益电阻Rl —端分别连接所述增益电阻R2—端和所述运算放大器UlA 的反相输入端，所述增益电阻R2另一端连接所述运算放大器UlA的输出端，所述增益电阻 R3 一端连接所述运算放大器UlA的反相输入端，所述增益电阻R3另一端接地，所述滤波电容Cl两端分别连接在所述增益电阻R2两端；所述增益电阻R4 —端分别连接所述增益电阻 R5 一端和所述运算放大器UlB的反相输入端，所述增益电阻R5另一端连接所述运算放大器UlB的输出端，所述运算放大器UlB的正相输入端接地，所述滤波电容C2两端分别连接在所述增益电阻R5两端；所述增益电阻Rl和所述增益电阻R4的另一端用于连接基准参考电压Vref ；所述运算放大器UlA的正相输入端作为所述电压控制电路的电压控制端Vin，所述运算放大器UlA和所述运算放大器UlB的输出端作为所述电压控制电路的电压输出端； V+、V-为运算放大器的电源电压，Vref为基准参考电压；电压控制端Vin由微处理器控制， 当电压控制端Vin改变时，电压Vl也会跟着变化，电压V2不变，则所述电压控制电路的电压输出端的电压差就会变化。
本发明工作原理是由比尔-朗伯定律可知，当光源的发射波长与气体的吸收波长相吻合时，就会发生共振吸收，其吸收强度与该气体的浓度有关，通过测量光的吸收强度就可测量气体的浓度；当红外光源发出的宽带红外光穿过测量气室时，不同的气体就会吸收其相应特征波长的光，通过改变电压来控制探测器前面的法布里-伯罗腔滤光器的腔长，就能使得不同波长的光通过，从而对不同的气体进行测量。
可变波长滤光器是现有技术，其实质是一个可变腔长的法布里-伯罗腔，法布里-伯罗腔的腔长和电压差Δ V=V1-V2有关，而腔长的变化就会引起透过法布里-伯罗腔的光波波长的改变；通过调节电压差Δ V就能调节透过可变波长滤光器的红外光波长。
工作时，所述微处理器电路产生脉冲信号，驱动红外光源，红外光源产生宽带脉冲红外光，红外光经过测量气室后射到探测器上，电压控制电路通过控制电压的大小来改变探测器前面的法布里-伯罗腔滤光器的腔长，微处理器电路通过改变电压Vin的大小来改变高性能运算放大器UlA的同相端输入电压，从而改变电压Vl的大小，电压V2保持不变， 电压差Δ V=V1-V2就会变化，而Δ V的大小会改变探测器前面的法布里-伯罗腔滤光器的腔长，从而改变进入到探测器内部的红外光波长使其与待测气体的吸收峰相符，探测器把接收到的光信号转换为电信号，经过信号放大电路增强信号，再经过滤波电路处理以后，由 AD转换电路转换为数字信号，送给微处理器进行处理后显示输出。当需要测量别的气体时，调节电压的大小改变进入探测器的红外光波长与其吸收峰相符，就能探测别的气体的浓度。
最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
权利要求
1.一种可变波长气体红外传感器，包括微处理器电路、测量气室以及分别连接所述微处理器电路的红外光源和气体红外探测器，其特征在于它还包括DA转换电路和电压控制电路；其中，所述气体红外探测器包括探测器主机、可变波长滤光器和供电电路，所述可变波长滤光器包括有宽带滤光片、FP腔、固定电极和可控电极，所述供电电路包括电阻Rll和电容C11，所述电容Cll两端分别连接所述固定电极和所述可控电极，所述电阻Rll—端连接所述固定电极，所述电阻Rll另一端和所述可控电极作为所述供电电路的电压输入端； 所述微处理器电路的电压控制端连接所述DA转换电路的数字信号输入端，所述DA转换电路的模拟信号输出端连接所述电压控制电路的电压控制端，所述电压控制电路的电压输出端连接所述供电电路的电压输入端。
2.根据权利要求1所述的可变波长气体红外传感器，其特征在于它还包括依次连接的信号放大电路、滤波电路和AD转换电路，其中，所述气体红外探测器的信号输出端连接所述信号放大电路的输入端，所述AD转换电路的数字信号输出端连接所述微处理器电路的信号采集端。
3.根据权利要求1或2所述的可变波长气体红外传感器，其特征在于所述电压控制电路包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、增益电阻R1、增益电阻R2、增益电阻R3、增益电阻R4、增益电阻R5、滤波电容Cl和滤波电容C2 ；其中，所述增益电阻Rl —端分别连接所述增益电阻R2 —端和所述运算放大器UlA的反相输入端，所述增益电阻R2另一端连接所述运算放大器UlA的输出端，所述增益电阻R3 —端连接所述运算放大器UlA的反相输入端， 所述增益电阻R3另一端接地，所述滤波电容Cl两端分别连接在所述增益电阻R2两端；所述增益电阻R4 —端分别连接所述增益电阻R5 —端和所述运算放大器UlB的反相输入端， 所述增益电阻R5另一端连接所述运算放大器UlB的输出端，所述运算放大器UlB的正相输入端接地，所述滤波电容C2两端分别连接在所述增益电阻R5两端；所述增益电阻Rl和所述增益电阻R4的另一端用于连接基准参考电压；所述运算放大器UlA的正相输入端作为所述电压控制电路的电压控制端，所述运算放大器UlA和所述运算放大器UlB的输出端作为所述电压控制电路的电压输出端。
全文摘要
本发明提供一种可变波长气体红外传感器，它包括微处理器电路、测量气室、红外光源、气体红外探测器、DA转换电路和电压控制电路；气体红外探测器包括探测器主机、可变波长滤光器和供电电路，可变波长滤光器包括有宽带滤光片、FP腔、固定电极和可控电极，供电电路包括电阻R11和电容C11，电容C11两端分别连接固定电极和可控电极，电阻R11一端连接固定电极，电阻R11另一端和所述可控电极作为所述供电电路的电压输入端；所述微处理器电路连接DA转换电路，DA转换电路连接电压控制电路，电压控制电路连接供电电路。该红外传感器具有设计科学、使用方便、可实现多种气体探测的优点。
文档编号G05F1/10GK102495019SQ20111037283
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者任志雷, 张志广, 祁泽刚, 连金峰 申请人:河南汉威电子股份有限公司