专利名称：一种高精度微流红外气体传感器及其测量方法
技术领域：
本发明涉及微流红外气体传感器测量技术领域，特别是一种高精度微流红外气体传感器及其测量方法。
背景技术：
近三十年来我国经济得到快速发展，而由此带来的空气污染问题日益严重，为防止空气质量恶化、维护国民的身体健康、改善生活环境及提高生活质量，国家颁布了《中华人民共和国大气污染防治法》，国家、地方也制定了相应的大气污染物排放标准，并要求固定污染源必须安装烟气排放连续监测系统(CEMS)，实施大气污染源排放污染物总量监测与控制。
随着国家对于污染物排放控制的加强，以及新型脱硫技术(如氨法脱硫技术等) 的广泛应用，经过脱硫脱硝的气态污染物含量一般都相对较低，因此对于SO2的低浓度检测要求日趋重要。以北京市地方标准《锅炉大气污染物排放标准》为例，SO2的排放限值为 50mg/m3, NO的排放限值为100mg/m3,而目前广泛应用的热电堆检测器红外分析方法是无法满足低量程测量要求的。美国专利US5621213中公开了一种烟气排放连续监测系统，该系统中的测量装置利用传统的非分光红外吸收光谱技术测得气体室内的烟气参数，如S02、 NO、NO2的浓度。但这种气体浓度测量方法不能满足低浓度测量的要求。
为了能够准确测量释放烟气中的污染物浓度，需要选用高精度、高灵敏度的检测方法，如微流红外技术来测定烟气中的S02、NO等气体的浓度，但是微流红外气体传感器在使用过程中，随着红外光源输出光谱强度下降，传感器探测的信号会在一定程度上漂移，这将导致测量结果不准确。在美国专利US6320192B1中，株式会社堀场制作所(Horiba)提供了一种微流红外气体探测器，该探测器是运用微流红外技术来实现低浓度的测量，在美国专利US6166383中，西门子公司研制了一种非分光红外气体分析仪，该分析仪也是运用微流红外技术来测定低浓度的气体浓度。这两个专利中的技术方案都能解决低量程的测量问题，但是都无法解决由于红外光源输出光谱强度下降而造成的传感器探测信号漂移问题。
因此急需一种能解决微流红外气体传感器中，由于红外光源输出光谱强度下降造成的探测器信号漂移问题，从而提高微流红外气体传感器测量精度的装置。发明内容
本发明为了克服上述现有技术存在的问题及缺点，提供了一种更加精确、更加简单的微流红外气体传感器装置和方法。
本发明的技术方案为
一种高精度微流红外气体传感器，包括红外光源系统、测量气室、红外半导体探测器、窄带滤光片、微流探测器、信号处理及输出系统，红外光源系统、微流探测器分别位于测量气室的两端，窄带滤光片位于测量气室与微流探测器之间，测量气室上与气体入口、气体出口相对的一侧设有一通道，红外半导体探测器安装在此通道内，微流探测器、红外半导体探测器分别与信号处理及输出系统的信号前置放大电路输入端相连。
红外光源系统、窄带滤光片、微流探测器、信号处理及输出系统均为现有结构。
所述的红外半导体探测器可为热释电探测器或热电堆探测器。
所述的信号处理及输出系统包括电源模块、信号前置放大电路、信号调理电路、微处理器、键盘和显示屏，红外半导体探测器、微流探测器分别与信号前置放大电路的输入端相连，信号前置放大电路的输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与微处理器单向连接，电源模块分别与信号前置放大电路、信号调理电路和微处理器连接， 微处理器分别与键盘、显示屏连接。
一种高精度微流红外气体传感器的测量方法，按以下步骤进行
a.将红外半导体探测器作为该高精度微流红外气体传感器的参考通道，其信号强度记为参考信号R，将微流探测器作为该高精度微流红外气体传感器的测量通道，其信号强度记为测量信号T，将高精度微流红外气体传感器老化20天，其参考信号记为参考信号基准值R0;
b.运用修正公式信号修正值=测量信号值X参考信号基准值/参考信号值，将信号修正值记为T’，即T，=TXR0/R；
c.信号处理及输出系统根据信号与气体浓度的换算公式进行处理运算后输出测量气体的浓度值。
本发明的有益效果是本传感器结构简单，制造成本低；由于在测量气室上增加了一个红外半导体探测器作为微流红外气体传感器的参考通道，用来修正微流探测器的测量信号，可以消除因红外光源输出光谱强度下降带来的长时间漂移，从而提高微流红外气体传感器的测量精度和长期稳定性。
图I为本发明的结构示意图。
图2为本发明的信号处理及输出系统连接示意图。
图3为本发明的测量信号和参考信号随时间变化曲线图。
图4为本发明的测量修正信号和参考信号随时间变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
具体实施例I :待测气体为SO2的高精度微流红外气体传感器及其测量方法，
(I)待测气体为SO2的高精度微流红外气体传感器的构造，如图I所示，待测气体为SO2的高精度微流红外气体传感器，包括红外光源系统I、测量气室7、红外半导体探测器6、窄带滤光片8、微流SO2探测器4、信号处理及输出系统，红外光源系统I、微流SO2探测器 4分别位于测量气室7的两端，窄带滤光片8位于测量气室7与微流SO2探测器4之间，测量气室上与气体入口 2、气体出口 3相对的一侧设有一通道5，红外半导体探测器6安装通道5内，微流SO2探测器4、红外半导体探测器6分别与信号处理及输出系统的信号前置放大电路输入端相连。
红外光源系统、窄带滤光片、微流探测器、信号处理及输出系统均为现有结构。红外半导体探测器为热释电探测器。
所述的信号处理及输出系统包括电源模块、信号前置放大电路、信号调理电路、微处理器、键盘和显示屏，红外半导体探测器、微流SO2探测器分别与信号前置放大电路的输入端相连，信号前置放大电路的输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与微处理器单向连接，电源模块分别与信号前置放大电路、信号调理电路和微处理器连接，微处理器分别与键盘、显示屏连接。
(2)高精度微流红外SO2气体传感器的测量方法
a.将热释电探测器6作为该高精度微流红外SO2气体传感器的参考通道，其信号强度记为参考信号R，将微流SO2探测器4作为该高精度微流红外SO2气体传感器的测量通道，其信号强度记为测量信号T，将该高精度微流红外SO2气体传感器老化20天，其参考信号记为参考信号基准值Rq=3015 ;同时，向传感器内依次通入O、30、60、120、200ppm的SO2标准气体，进行标定，得到标定数据如表I所示。
表I
权利要求
1.一种高精度微流红外气体传感器，包括红外光源系统、测量气室、红外半导体探测器、窄带滤光片、微流红外探测器、信号处理及输出系统，红外光源系统、微流探测器分别位于测量气室的两端，窄带滤光片位于测量气室与微流探测器之间，其特征在于测量气室上与气体入口、气体出口相对的一侧设有一通道，红外半导体探测器安装在此通道内，微流探测器、红外半导体探测器分别与信号处理及输出系统的信号前置放大电路输入端相连。
2.根据权利要求I所述的一种高精度微流红外气体传感器，其特征在于所述的红外半导体探测器为热释电探测器或热电堆探测器。
3.一种高精度微流红外气体传感器的测量方法，其特征在于包括以下步骤a.将红外半导体探测器作为该高精度微流红外气体传感器的参考通道，其信号强度记为参考信号R，将微流红外探测器作为该高精度微流红外气体传感器的测量通道，其信号强度记为测量信号T，将高精度微流红外气体传感器老化20天，其参考信号记为参考信号基准值R0;b.运用修正公式信号修正值=测量信号值X参考信号基准值/参考信号值，将信号修正值记为T’，即T’ =TXRcZR;c.信号处理及输出系统根据信号与气体浓度的换算公式进行处理运算后输出测量气体的浓度值。
全文摘要
本发明提供一种高精度微流红外气体传感器及其测量方法，该高精度微流红外气体传感器包括红外光源系统、测量气室、红外半导体探测器、窄带滤光片、微流红外探测器、信号处理及输出系统，测量气室上同侧设有气体入口、气体出口，另一侧设有一通道，红外半导体探测器安装在此通道内；该传感器的测量方法包括将红外半导体探测器作为参考通道，将微流红外探测器作为测量通道，将参考通道获取的参考信号对测量通道获取的测量信号进行修正，得到修正信号，信号处理及输出系统根据信号与气体浓度的换算公式进行处理运算后输出测量气体的浓度值。本发明结构简单，制造成本低，能提高微流红外气体传感器的测量精度和长期稳定性。
文档编号G01N21/35GK102980870SQ201210530268
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者刘志强, 蒋泰毅, 何涛, 石平静 申请人:武汉四方光电科技有限公司