[发明专利]一种光干涉气体浓度传感器系统

说明书

本发明公开了一种光干涉气体浓度传感器系统，包括参考气室、采样气室、第一光源、第二光源、平面镜、第一折光棱镜、第二折光棱镜。参考气室和采样气室各有一个矩形气室和一个梯形气室。第一光源或者第二光源分时发光，分别经过矩形气室和梯形气室进行全量程高精度测量，光源发出的光线经聚光镜会聚后以45°角入射到背面镀有全反射膜的平面镜，平面镜将光线分成平行的两束光，两束光穿过采样气室和参考气室，然后分别经折光棱镜反射后同时穿过矩形参考气室，最后光线穿过补偿棱镜后到达平面镜重新汇合成一束光，在光电探测元件处产生干涉条纹。根据光电探测元件的光强，测得待测气体浓度。

技术领域

本发明属于一种精密检测技术领域，尤其涉及光干涉气体浓度传感器系统，其能够通过巧妙的设计两个不同的光路，使得同一光源发出的光线通过不同形状的气室，由于气室中气体浓度的不同产生光程差以及相移，两路光线发生干涉现象。并且干涉条纹的移动量与通过气室中气体浓度有确定的关系，最终达到精确检测采样气室中气体浓度的目的。

背景技术

目前，各种检测手段不断发展，各个检测领域所能达到的检测精度不断提高，但是对于气体浓度的检测，虽然在某一量程范围内的精度也在逐步提高，但是一直未能有一种全量程高精度的气体浓度传感器。

气体浓度传感器也被称为气体敏感元件，是进行气体检测的核心部件，是探测存在于环境中气体及其浓度的一种器件或装置。对气体浓度的检测方法，主要有催化反应型、热导型、气敏半导体型、红外型以及光干涉型。催化反应型气体浓度传感器主要是利用可燃气体在传感器中的载体催化元件表面发生氧化反应，产生热量引起元件电阻值的改变，据此来检验不同浓度的气体。此种检测方式只能针对可燃气体，使得可燃气体在反应室中进行无烟燃烧进行检测，适用于浓度低的情况，且探测元件寿命短，温度漂移大，适用范围有限。热导型气体浓度传感器是通过利用被检测气体与空气的热导率差异，得到与被测气体浓度相关的电信号，据此就可以确定气体浓度。此种方式测量的信号非常微弱，且受加工精度的影响非常大。气敏半导体型气体浓度传感器是利用某些金属氧化物在特定温度下，吸附不同气体后电阻率将发生大幅度变化这一原理制成的。气敏半导体元件具有灵敏度高、能耗少、寿命长等优点。但是此种传感器选择性差，受水蒸气的影响严重，并且线性测量的范围窄，测量可燃气体浓度的精度差。红外型气体浓度传感器是利用不同气体对红外辐射有着不同的吸收光谱，吸收强度与气体浓度相关的事实来检测气体浓度。该种传感器对使用环境要求较高，价格昂贵。光干涉式气体浓度传感器的检测原理是应用光的干涉现象来测量气体的浓度。在现有光干涉式气体浓度监测技术与方法中，光路中的气室设计均采用长方体形式，气室由轴向中心凹槽分隔成两个腔体，构成参考气室与采样气室，两腔体平行且长度相同。测量不同浓度范围的气体时需要分别制造不同长度的气室，并且该种长方体气室只适用于低浓度气体的测量，对于高浓度的气体测量，所需的气室长度太短，不能再增加合适尺寸的气体插入口；前后两块高透光的平面透镜几乎贴在一起，生产加工难度大。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有气体浓度检测技术与方法的缺陷，提供一种新光干涉气体浓度测量光路的设计形式，不但可以测量气体高浓度范围，还可以测量气体低浓度范围，且精度高，使得光干涉式气体传感器的制造更加简便、成本更低。

为此，本发明提出了一种光干涉气体浓度传感器系统，其特征在于，包括矩形参考气室、梯形参考气室、矩形采样气室、梯形采样气室、第一光源、第二光源、聚光镜、背面镀有全反射膜的平面镜、第一折光棱镜、第二折光棱镜，其中，梯形参考气室和矩形参考气室中充有参考气体，而梯形采样气室和矩形采样气室中充有待测气体；所述梯形参考气室和矩形参考气室互通，所述梯形参考气室和矩形参考气室互通；梯形参考气室和梯形采样气室水平并排排列，且梯形斜边重合；矩形参考气室位于梯形参考气室和梯形采样气室下方，矩形采样气室位于矩形参考气室下方，矩形参考气室和矩形采样气室竖直并排排列；