[发明专利]浓度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是涉及一种浓度传感器。

背景技术

随着工业生产的不断发展，对煤炭的需求量越来越大，然而随着开采规模的不断扩大，使得煤矿事故不断发生，如瓦斯事故在煤矿事故中的比例越来越高。为了防止煤矿事故的发生，保障矿工的健康和安全，促进生产的发展，提高煤炭企业的经济效益，需要对井下的环境进行检测，对可能造成灾害的各种有害气体进行准确的测量和控制，所以瓦斯浓度的监控对煤矿生产安全有着重要意义。

现有的瓦斯浓度的测量方法主要有载体催化式、光干涉式以及离子化式。载体催化剂式法是利用瓦斯在催化剂元件上的氧化生热引起电阻变化来测定瓦斯浓度的，这种测量方式的缺点是探测元件寿命短，测量的硫化物及硅蒸汽会使元件中毒而失效。光干涉法是利用光波对空气和瓦斯折射率的不同所产生的光程差，引起干涉条纹移动来实现对瓦斯浓度的测量，这种测量方式浓度指示不明显，受气温影响严重，特别是在空气、氧气或氮气不足时，会产生误差，且应用的光学元件具有结构复杂、成本较高和自动检测困难的缺陷。离子化式：气体在放射性元素的辐射作用下发生电离，在气体介质中的两个电极之间产生电流。这种测量方式测量低浓度的瓦斯很困难，且空气湿度对检测的结果有很大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术测量气体浓度的方法具有结构复杂、测量精度低、受外部环境影响大以及安全性差等的缺陷，提供一种浓度传感器，该浓度传感器采用红外光谱吸收原理，使得浓度传感器具有灵敏度高、寿命长、价格便宜、维护简单、安全防爆且不存在元件中毒现象。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种浓度传感器，其特点在于，该浓度传感器包括一光电转换单元、一电信号处理单元和一计算单元，该光电转换单元包括一第一光电转换单元和一第二光电转换单元，该第一光电转换单元包括一第一红外光源、一第一滤光片、一第一气室和一第一红外传感器，该第二光电转换单元包括一第二红外光源、一第二滤光片、一第二气室和一第二红外传感器；

该第一红外光源用于发出第一红外光，该第一红外光经该第一滤光片滤光后被该第一气室中的待测气体吸收，该第一红外传感器用于接收被该待测气体吸收的第一红外光并转换为第一电信号；

该第二红外光源用于发出第二红外光，该第二红外光经该第二滤光片滤光后被该第二气室中的参考气体吸收，该第二红外传感器用于接收被该参考气体吸收的第二红外光并转换为第二电信号；

该电信号处理单元用于将接收到的该第一电信号和该第二电信号经处理后得到的一第一数字信号和一第二数字信号传输至该计算单元；

该计算单元用于根据接收到的该第一数字信号和该第二数字信号计算出该待测气体的浓度。

较佳地，该待测气体为瓦斯气体。

较佳地，该参考气体为空气。当然，该待测气体还可以为工业生产中其它的有害气体，该参考气体的选择也并不局限于空气。

较佳地，该第一滤光片和该第二滤光片均为一窄带干涉滤光片。

较佳地，该第一滤光片的中心波长为4.26um，半波带宽为180nm。

较佳地，该第二滤光片的中心波长为4.0um，半波带宽为90nm。该第一滤光片作为选择待测气体的滤光片，其中心波长为4.26um表明该第一滤光片在该中心波长下通过的红外光为该第一气室中的待测气体的吸收峰，即该中心波长与该待测气体的吸收峰相对应，有利于对该待测气体的浓度的检测。该第二滤光片作为选择参考气体的滤光片，其中心波长的选择最有利于该参考气体吸收红外光。

较佳地，该第一红外光源和该第二红外光源均为一IRL715（红外光源的型号）光源。

较佳地，该第一红外传感器和该第二红外传感器均为一热电堆传感器。

较佳地，该计算单元用于根据lambert-beer定律（朗波-比尔定律）计算出该待测气体的浓度。

本发明的该浓度传感器采用红外光谱吸收原理，当红外光辐射通过该待测气体时，该待测气体的分子吸收光能量，由于不同的气体对红外光有不同的吸收光谱，气体的特征光谱吸收强度与气体的浓度有关，利用这一原理，可测量某种气体。气体的分子对红外光的选择性吸收遵循lambert-beer定律，因此，根据待测气体对红外光的吸收和参考气体对红外光的吸收，利用lambert-beer定律，可以计算出该待测气体的浓度。

较佳地，该电信号处理单元包括一滤波电路、一差动放大电路和一数模转换器；

该滤波电路用于对该第一电信号和该第二电信号进行滤波；