雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及氣體檢測(cè)，特別設(shè)及雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感器及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外氣體傳感器一般使用鶴絲燈作為紅外光源，鶴絲燈具有體積小、功耗低、使用 壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。然而鶴絲燈通過(guò)通電加熱成為發(fā)光光源，其紅外福射光譜與光源溫度之間 的關(guān)系符合普朗克福射定律，即隨著光源溫度變化，紅外福射光譜會(huì)發(fā)生變化。
[0003] 為達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量氣體濃度的目的，紅外傳感器一般需要通入氣體進(jìn)行調(diào)零和標(biāo)定 的操作。在氣體通入紅外傳感器光室的過(guò)程中，光室中的氣流與光室中的高溫元件如鶴燈 絲進(jìn)行對(duì)流換熱，運(yùn)樣鶴絲燈就會(huì)的溫度就會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致福射光譜發(fā)射變化，進(jìn)而導(dǎo)致 紅外光學(xué)探測(cè)器輸出信號(hào)的漂移。整個(gè)測(cè)量光室在通氣后，要經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)小時(shí)才能重新達(dá)到 熱平衡狀態(tài)，紅外探測(cè)器的信號(hào)才會(huì)穩(wěn)定下來(lái)，響應(yīng)慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)方案中的不足，本發(fā)明提供了一種相應(yīng)快、檢測(cè)準(zhǔn)確的雙 參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感器。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感器，所述紅外氣體傳感器包括光源、測(cè)量探測(cè)器及 參考探測(cè)器;所述紅外氣體傳感器進(jìn)一步包括：
[0007] 濾光片，所述濾光片設(shè)置在參考光路上所述參考探測(cè)器的上游；當(dāng)所述光源福射 光譜變化時(shí)，測(cè)量波長(zhǎng)λ。處測(cè)量通道的與測(cè)量探測(cè)器相關(guān)的比例因子Km的變化率
為在參考波長(zhǎng)λτ?處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān) 的比例因子Kr,的變化率，Δη為在參考波長(zhǎng)λτ2處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因 子《。的變化率A > 4 > 4i。
[000引根據(jù)上述的紅外氣體傳感器，優(yōu)選地，所述濾光片是干設(shè)型雙波長(zhǎng)濾光片。
[0009] 根據(jù)上述的紅外氣體傳感器，優(yōu)選地，所述光源是鶴絲燈。
[0010] 本發(fā)明的目的還在于提供了一種相應(yīng)快、檢測(cè)準(zhǔn)確的雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感方 法，該發(fā)明目的通過(guò)W下技術(shù)方案得W實(shí)現(xiàn)：
[0011] 雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感方法，所述雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感方法包括W下步 驟：
[0012] (A1)光源發(fā)出的測(cè)量光穿過(guò)待測(cè)區(qū)域；
[0013] 進(jìn)入待測(cè)區(qū)域的氣體與光源換熱，所述光源的福射光譜發(fā)生變化；
[0014] 濾光片設(shè)置在參考光路上參考探測(cè)器的上游;所述光源福射光譜變化后，測(cè)量波 長(zhǎng)λ。處測(cè)量通道的與測(cè)量探測(cè)器相關(guān)的比例因子Km的變化璋
Δ ri為在參考波長(zhǎng)λτ?處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子馬；的變化率，Δ Γ2為在參 考波長(zhǎng)λτ2處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子的變化率，>疋,>Αι;
[001引（Α2) ii量探測(cè)器輸出的電信號(hào)Um送分析模塊；
[0016] 參考探測(cè)器輸出的電信號(hào)Ur送分析模塊；
[0017] (A3)分析模塊處理所述電信號(hào)，獲知待測(cè)氣體濃度：
[001引
，α為吸收率;L為光程。
[0019] 根據(jù)上述的紅外氣體傳感方法，優(yōu)選地，所述濾光片是干設(shè)型雙波長(zhǎng)濾光片。
[0020] 根據(jù)上述的紅外氣體傳感方法，優(yōu)選地，所述光源為鶴絲燈。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為：
[0022] 本發(fā)明采用特殊設(shè)計(jì)的濾光片，有效地補(bǔ)償了（由于氣體進(jìn)入而引起)光源福射光 譜的變化帶來(lái)的波長(zhǎng)漂移，從而無(wú)需等待熱平衡，顯著地提高了響應(yīng)速度，也提高了檢測(cè)準(zhǔn) 確度。
【具體實(shí)施方式】
[0023] W下說(shuō)明描述了本發(fā)明的可選實(shí)施方式W教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)施和再現(xiàn) 本發(fā)明。為了教導(dǎo)本發(fā)明技術(shù)方案，已簡(jiǎn)化或省略了一些常規(guī)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理 解源自運(yùn)些實(shí)施方式的變型或替換將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解下述特 征能夠W各種方式組合W形成本發(fā)明的多個(gè)變型。由此，本發(fā)明并不局限于下述可選實(shí)施 方式，而僅由權(quán)利要求和它們的等同物限定。
[0024] 實(shí)施例：
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例的雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感器，所述雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感器包 括：
[00%]光源，如鶴絲燈；
[0027] 氣體室及測(cè)量探測(cè)器、參考探測(cè)器、分析模塊，運(yùn)些部件均是本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)， 在此不再寶述；
[0028] 濾光片，如干設(shè)型雙波長(zhǎng)濾光片，所述濾光片設(shè)置在參考光路上所述參考探測(cè)器 的上游；當(dāng)所述光源福射光譜變化時(shí)，測(cè)量波長(zhǎng)λ。處測(cè)量通道的與測(cè)量探測(cè)器相關(guān)的比例 因子Km的變化率
Δ η為在參考波長(zhǎng)λτ?處參考通道的與 參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子Κ。的變化率，A η為在參考波長(zhǎng)心處參考通道的與參考探測(cè) 器相關(guān)的比例因子馬，的變化率，^ >4 >知。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例的雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感方法，也即上述傳感器的工作過(guò)程，所 述雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感方法包括W下步驟：
[0030] (Α1)光源發(fā)出的測(cè)量光穿過(guò)待測(cè)區(qū)域；
[0031] 進(jìn)入待測(cè)區(qū)域的氣體與光源換熱，所述光源的福射光譜發(fā)生變化；
[0032] 濾光片設(shè)置在參考光路上參考探測(cè)器的上游;所述光源福射光譜變化后，測(cè)量波長(zhǎng) λ。處測(cè)量通道的與測(cè)量探測(cè)器相關(guān)的比例因子Km的變化率
Δ ri為在參考波長(zhǎng)λτ?處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子馬J的變化率，Δ Γ2為在參 考波長(zhǎng)λτ2處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子的變化率，\ > 4 >屯1 ;
[0033] (Α2)測(cè)量探測(cè)器輸出的電信號(hào)Um送分析模塊；
[0034] 參考探測(cè)器輸出的電信號(hào)Ur送分析模塊；
[0035] (A3)分析模塊處理所述電信號(hào)，獲知待測(cè)氣體濃度：
[0036]
為吸收率;L為光程。
[0037] 在上述實(shí)施例中，比例因子Km、馬，及《。的獲得方式為：向氣體室內(nèi)通入標(biāo)氣，待達(dá) 到熱平衡后，根據(jù)標(biāo)氣含量、探測(cè)器輸出的信號(hào)分別確定測(cè)量通道及參考通道的比例因子。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感器，所述紅外氣體傳感器包括光源、測(cè)量探測(cè)器及參 考探測(cè)器;其特征在于:所述紅外氣體傳感器進(jìn)一步包括： 濾光片，所述濾光片設(shè)置在參考光路上所述參考探測(cè)器的上游；當(dāng)所述光源輻射光譜 變化時(shí)，測(cè)量波長(zhǎng)測(cè)量通道的與測(cè)量探測(cè)器相關(guān)的比例因子1^的變化率 內(nèi)，Δ ri為在參考波長(zhǎng)Arl處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān) -η - - .?1 - r2 的比例因子Krl的變化率，Δ r2為在參考波長(zhǎng)λτ2處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子 心的變化率，\ > j2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外氣體傳感器，其特征在于:所述濾光片是干涉型雙波長(zhǎng)濾 光片。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外氣體傳感器，其特征在于:所述光源是鎢絲燈。4. 雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感方法，所述雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感方法包括以下步驟： (A1)光源發(fā)出的測(cè)量光穿過(guò)待測(cè)區(qū)域； 進(jìn)入待測(cè)區(qū)域的氣體與光源換熱，所述光源的輻射光譜發(fā)生變化； 濾光片設(shè)置在參考光路上參考探測(cè)器的上游;所述光源輻射光譜變化后，測(cè)量波長(zhǎng)入》處 測(cè)量通道的與測(cè)量探測(cè)器相關(guān)的比例因子心的變化率， A ri為在參考波長(zhǎng)Arl處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子Kri的變化率，ΔΓ2為在參 考波長(zhǎng)λι·2處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子豕.2的變化率，42 > (Α2 )測(cè)量探測(cè)器輸出的電信號(hào)Um送分析模塊； 參考探測(cè)器輸出的電信號(hào)Ur送分析模塊； (A3)分析模塊處理所述電信號(hào)，獲知待測(cè)氣體濃度：為吸收率;L為光程。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外氣體傳感方法，其特征在于:所述濾光片是干涉型雙波長(zhǎng) 濾光片。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外氣體傳感方法，其特征在于:所述光源為鎢絲燈。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雙參考波長(zhǎng)紅外氣體傳感器及方法，所述紅外氣體傳感器包括光源、測(cè)量探測(cè)器及參考探測(cè)器；進(jìn)一步包括：濾光片，所述濾光片設(shè)置在參考光路上所述參考探測(cè)器的上游；當(dāng)所述光源輻射光譜變化時(shí)，測(cè)量波長(zhǎng)λm處測(cè)量通道的與測(cè)量探測(cè)器相關(guān)的比例因子Km的變化率Δr1為在參考波長(zhǎng)λr1處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子的變化率，Δr2為在參考波長(zhǎng)λr2處參考通道的與參考探測(cè)器相關(guān)的比例因子的變化率，λr2＞λm＞λr1。本發(fā)明具有響應(yīng)快、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01N21/3504
【公開號(hào)】CN105628638
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511008910
【發(fā)明人】張濤, 吳振旺, 李慶奇, 崔曉英, 孫麒, 韓曉陽(yáng)
【申請(qǐng)人】聚光科技(杭州)股份有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日