一种基于双光室高低量程切换的气体传感器的制作方法

1.本发明涉及一种基于双光室高低量程切换的气体传感器。


背景技术：

2.国外发达国家对吸收式气体传感器技术的研究起步比较早。最早用光谱吸收式光纤传感技术进行气体浓度测量研究的是日本tohoku大学的h.inaba和k．chan等人，在光纤透射窗口波段范围内，作了一些气体传感的基本研究。1979年，他们提出利用长距离光纤进行大气污染检测，1983年，他们将led作为宽带光源，配合窄带干涉滤光片，对甲烷在1331.2nm附近的光谱进行检测，在这一系统中的气室长度为0.5m，传输光纤为10km长的多模光纤，接收器件采用冰和甲醇混合制冷的锗探测器，系统最小探测灵敏度为25％lel(气体爆炸下限)。其后，1985年，h.inaba和k.chan及h.ito等人又用ingaas材料led作为光源去对准甲烷在1665.4nm处的谐波吸收峰，系统最小探测灵敏度提高了一倍。如今，许多发达国家现在已经研制出基于光干涉原理、热催化原理、热导原理的co2传感器。他们都在co2测量过程中起到推动作用，并且，在国外已经有许多成熟的co2气体检测产品和人员救护设备出售，尤其是美国、德国、日本、英国等国家。
3.国内红外吸收型co2气体传感器的研究起步较晚，目前，国内生产和使用的传感器主要是固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等，这些传感器存在很多不足之处：对气体选择性差、容易出现误报，并且系统需要频繁校准，使用寿命短等缺点。国内红外co2气体传感器技术尚不成熟，根据《传感器世界》的报道，我国非分光红外(ndir)气体传感器技术的研究在2005年才取得了新进展，但是，其关键元件仍然需要进口。我国用于连续污染物监测系统cems的关键分析部件国产率也很低，用于麻醉无创监护的呼气co2气体传感器，以及用于安全监测领域的红外瓦斯传感器和红外可燃气体变送器在国内的技术研究还不是很成熟。红外气体测量技术在我国无论是在用新技术改造传统产业，还是在替代进口各方面都有明显的优势，应用范围广泛，具有明显的经济和社会效益。
4.当前主流红外co2检测技术主要采用非分光红外技术，该技术对二氧化碳的气体具有很高的精度以及选择性的检测，主要测试范围在(0-5000)ppm，分辨率为1ppm。
5.而塑料中的含碳比非常高，基本达30%以上，所以需要兼顾高达50%量程的co2传感器，在生物降解微生物研究与培养分析及生物降解过程toc分析的过程中，不仅需要对低量程(0-5000)ppm进行检测，而且还需要对(0ppm-50%)范围内的co2进行检测，当前市场上尚无高低兼顾且保持高灵敏度的传感器，如配置双传感器，成本则会大大增多，系统兼容性和可靠性也会相对较差。


技术实现要素：

6.本发明为解决现有技术在使用中存在的问题，提供一种可兼容co2传感器高低浓度、兼具不同量程的灵敏度、且成本相对低廉的基于双光室高低量程切换的气体传感器。
7.本发明解决现有问题的技术方案是：一种基于双光室高低量程切换的气体传感
器，包括光室、设置于光室一端的光源、依次设置于光室另一端的滤光片及探测器，作为改进，所述的光室包括相应端相互配合且光程不一的光室一、光室二，所述的光室一、二相配合的相应端之间设有隔断玻璃，所述的光源发射有测量光束及参考光束，所述的测量光束、参考光束依次穿过光室一、隔断玻璃、光室二、滤光片、探测器的测量光束，所述的光室一上设有第一出气口及第一进气口，所述的光室二上设有第二出气口及第二进气口。作为进一步改进，还包括测量气体管路、零气管路、连接测量气体管路的第一多通阀及连接零气管路的第二多通阀。所述的测量气体管路上连接第一多通阀的第三接口，所述的第一多通阀的第一接口连通第一进气口，所述的第一多通阀的第二接口连通第二进气口。所述的零气管路上连接第二多通阀的第三接口，所述的第二多通阀的第一接口连通第一进气口，所述的第二多通阀的第二接口连通第二进气口。
8.作为进一步改进，所述的第一或/和第二多通阀为三通阀。
9.作为进一步改进，所述的第一或/和第二多通阀为电磁阀。
10.作为进一步改进，所述的光室一的光程长度大于光室二的光程长度。
11.作为进一步改进，所述的第一进气口上设有第一连接管路，或/和第二进气口设有第二连接管路。
12.本发明与现有技术相比较，通过将光室设置成双光室，具体包括相应端相互配合且光程不一的光室一、光室二，光源发射有依次穿过光室一、隔断玻璃、光室二、滤光片、探测器的测量光束及参考光束。测量光束和参考光束，可以用作补偿光源发光强度。
13.光室一、二上分别设有相应的出气口及相应的进气口；相应的一光室进气口可连接测量气体；另一光室出气口可连接零气；测量时根据需要co2测量的高低浓度的实际情况，选择相应光程不一的光室一或光室二之一作为测量气室，通过将测量气体充入要作为测量气室的一光室，通过将零气充入另一光室，以实现可切换光束穿过不同光程的测量气室。
14.其有益效果是，双光室，即根据气体浓度，切换不同的光室或光源，以改变光程长短，以实现高低浓度的切换和测量，该技术简单可靠，能同时兼具高低浓度的测量，量程可达50%，分辨率0.1ppm。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
16.参见图1，本实施案例包括，一种基于双光室高低量程切换的气体传感器，包括光室、设置于光室一6端的光源3、依次设置于光室另一端的滤光片4及探测器5。测量气体管路1用于通入测量气体。零气管路2用于通入不含有被检测气体的气体，如氮气、高纯氧气等。
17.所述的光室包括相应端相互配合且光程不一的光室一6、光室二7，光室一、二通过设置为不同的长度，以达到不同的测量光程。本实施案例中，所述的光室一6的光程长度大于光室二7的光程长度。
18.所述的光室一6、光室二7相配合的相应端之间设有隔断玻璃8，所述的光源3发射有依次穿过光室一6、隔断玻璃8、光室二7、滤光片4、探测器5的测量光束31，所述的光室一6
上设有第一出气口61及第一进气口62，所述的光室二7上设有第二出气口72及第二进气口71。
19.还包括测量气体管路1、零气管路2、连接测量气体管路1的第一多通阀9及连接零气管路2的第二多通阀91。
20.所述的测量气体管路1上连接第一多通阀9的第三接口，所述的第一多通阀9的第一接口连通第一进气口62，所述的第一多通阀9的第二接口连通第二进气口71。
21.所述的零气管路2上连接第二多通阀91的第三接口，所述的第二多通阀91的第一接口连通第一进气口62，所述的第二多通阀91的第二接口连通第二进气口71。
22.可通过控制第一多通阀9将测量气体充入要作为测量气室的一光室，通过控制第二多通阀91将零气充入另一光室，以实现可切换光束穿过不同光程的测量气室。
23.上述的第一、二、三出口仅为区别不同的出口，不作为对多通阀的具体接口的限制。
24.所述的第一进气口上设有第一连接管路，或/和第二进气口设有第二连接管路。可将所述的第一多通阀9的第一接口连通第一连接管路，所述的第一多通阀9的第二接口连通第二连接管。所述的第二多通阀91的第一接口连通第一连接管，所述的第二多通阀91的第二接口连通第二连接管。
25.本实施案例中，作为优选，所述的第一或/和第二多通阀为三通阀。为了便于控制，所述的第一或/和第二多通阀为电磁阀。
26.所述的光源3还发射有依次穿过光室一6、隔断玻璃8、光室二7、滤光片4、探测器5的参考光束32。测量光束31和参考光束32，可以用作补偿光源发光强度。
27.本发明传感器使用时，具体可根据要测量co2气体浓度选择一光室作为测量气室，另一光室则充入零气。如使用光室一6作为测量气室，控制第一多通阀9关闭第一多通阀的第二接口，连通第一多通阀的第一接口通过第一进气口62向光室一6连续充入检测气体，控制第二多通阀91关闭第二多通阀的第一接口，打开第二多通阀的第二接口，向光室二7连续充入高纯氧气。反之通过第一、二多通阀控制切换光室二7作为测量气室，进行测量，由此完成光室切换。