可变光程式气体传感器的制作方法

本发明涉及气体传感器技术领域，特别涉及一种可变光程式气体传感器。

背景技术：

气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置。气体传感器利用了朗伯比尔定律：i＝i0exp(-kcl)，其中i为出射光强，i0为入射光强，k为介质的红外光吸收系数，c为待测气体的浓度，l为红外光通过介质的光程。传统的气体传感器是固定气室(即光程不变)的双通道结构，一个为测量通道，一个为参考通道，通过参考通道的数据得出i与i0的比例，进而可得出测量通道中待测气体的浓度。然而，实际上环境温度对光源发射光谱会产生影响，使得不同温度下i与i0的比例发生变化，进而导致测量的气体浓度值不准确。另外，两个通道需要布置两组光电探测器，导致成本增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的上述不足，提供一种可变光程式气体传感器，提高测量精度的同时又降低成本。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种可变光程式气体传感器，包括控制模块和气室，所述气室中布置有光源模块、滤光模块、光电探测器和驱动装置，所述光源发出的光线经过滤光模块滤光后被所述光电探测器接收，所述驱动装置用于驱动所述光电探测器位移以改变光程。

在一个实施方案中，所述光源模块为红外光源模块。

在一个实施方案中，所述驱动装置为步进电机。

在一个实施方案中，所述控制模块包括mcu，以及分别与mcu电连接的电源管理模块、光源驱动模块、外部接口模块、驱动装置驱动模块、探测器采集模块和信号处理模块，所述光源驱动模块用于触发光源模块发出光线，所述驱动装置驱动模块用于驱动驱动装置按照设定步长位移，探测器采集模块用于将光电探测器输出的模拟信号转换为数字信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过设置步进装置驱动光电探测器改变光程，基于光程变化来测量得到待测气体的浓度，光程变化不会受到环境温度的影响，因此可以提高测量精度，同时由于只需要一个通道即可实现测量，因此可以降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的可变光程式气体传感器的结构示意图。

图中标记说明

可变光程式气体传感器100；控制模块10；气室20；驱动装置30；光电探测器40；光源模块50；滤光模块60。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本实施例中提供的可变光程式气体传感器100，包括控制模块10和气室2，所述气室20中布置有光源模块50、滤光模块60、光电探测器40和驱动装置30。

其中，控制模块包括mcu，以及分别与mcu电连接的电源管理模块、光源驱动模块、外部接口模块、驱动装置驱动模块、探测器采集模块和信号处理模块。电源管理模块将外部电源转换为电路中各元器件工作所需的电压。光源驱动模块为光源模块提供开/关信号，触发光源模块发出光线或者停止工作。驱动装置驱动模块为驱动装置提供开/关信号，驱动驱动装置按照设定步长移动以实现改变光程的目的或者停止移动。探测器采集模块一方面为光电探测器提供开/关信号，触发其工作或停止工作，另一方面采集光电探测器的信号，将模拟信号转换为数字信号，以供mcu处理。光电探测器将接收的光信号转换为电信号后，信号处理模块则是对光电探测器输出的电信号进行例如滤波等处理。图中所示的输出信号即是指控制模块计算得出的待测气体的气体浓度值，也可以还包括器件的开/关状态信号，其中的检测信号是指外围电路启动时的控制信号，主要功能是检测器件(如驱动装置、光源模块等)的开/关状态。

本实施中，光源模块采用红外光源模块，用于发出红外光线。当然地，也可以采用其他光源。

滤光模块包括一个或多个滤光片，红外光源模块发出的红外光线经滤光片滤波后进入光电探测器，光电探测器将接收的光信号转换为模拟的电信号输出。

驱动装置用于驱动光电探测器改变光程。驱动装置可以采用步进电机，以驱动光电探测器按照设定的步长产生位移，进而改变光程。

如图1所示，驱动装置未驱动光电探测器移动前，光程为l1，驱动装置驱动光电探测器移动后(虚线表示)，光程改变为l2，当光程为l1时，i1＝i0exp(-kcl1)，当光程为l2时，i2＝i0exp(-kcl2)，光程从l1改变到l2，出射光强度的比值s为其中两次光程下出射光强度的比值s可以由探测器采集模块采集得到，k为已知系数，l2-l1可计算得出，因此可求出气体浓度c，通过在mcu中置入的计算公式，或者电路中布置新的运算器即可根据采集值计算出气体浓度c。

由上述推算过程可知，计算气体浓度c时，并没有使用到i0，也就是说即使环境温度变化导致光源发射光谱变化，或者即使光源模块老化导致光源发射光谱变化，也不会影响气体浓度c的计算，因此，采用本实施例中提供的气体传感器可以提高测量精度。

另外，由图1所示，本实施例中的气体传感器中，只需要一个通道的器件，即一个气室、一个光源模块、一个光电探测器，而无需额外布置一套部件作为参考，进而可以降低光学器件的成本。

请参阅图1，控制模块中还可以设计自校准模块，与驱动装置配合实现自动校准功能。

图1所示结构中，光电探测器为一个，接收一种气体中传输的光信号。在其他实施方案中，光电探测器也可以为多个，每个光电探测器独立布置，或者采用由多个光电探测器组成的光电探测器阵列，各个光电探测器分别实现一种气体下光信号的吸收，进而使得气体传感器即可实现多成分检测。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。