[发明专利]采样气室、基于QPSO算法的红外气体传感器及气压补偿方法

说明书

本发明提供一种采样气室、基于QPSO算法的红外气体传感器及气压补偿方法，采样气室通过通过引入的三块凹面镜，能够有效增加红外光反射的次数，延长红外光穿过待测气体介质的距离，在保证光程的情况下，有效缩小了气室体积，保证了传感器的小型化；另外，采用量子粒子群算法对红外气体传感器输出的电压值进行气压补偿计算，以获取经气压补偿后的气体浓度值，计算精确度高。

技术领域

本发明涉及红外气体传感器技术领域，具体而言涉及一种采样气室、基于QPSO算法的红外气体传感器及气压补偿方法。

背景技术

红外气体传感器以其测量范围宽、灵敏度高、响应速度快、选择性好、可以连续分析和自动控制等诸多优点，在化工、电力、环境气体监测及煤炭开采等众多领域得到广泛的应用。

常见的光学气体检测技术有光干涉技术、光声光谱技术、光离子化技术和非色散红外检测技术，其中，基于特征光谱吸收理论的非色散红外气体传感器结构最为简单、调校周期长、性能稳定、不易中毒、性噪比高且易于集成，具有巨大的市场前景和商业价值。其基本原理是由于不同的气体分子具有不同的特征吸收谱线，气体分子结构的不同致使分子间的能级也不相同，因此在不同频率处对红外辐射的吸收能力也不相同，且气体对红外辐射的吸收关系服从朗伯-比尔定律(Lambert-Beerlaw)。韩国的Younghwan Park等人设计了一种优化了光路和光强的非色散二氧化碳气体传感器，其精度已大大超出工业检测标准。淮南师范学院研制了基于非色散红外吸收原理的井下多组分气体检测仪，通过转动滤光轮，实现了三种气体的浓度的同时检测。

然而，在利用非色散红外气体传感器对气体浓度进行检测时，其精度受到环境气压因素的影响。在大气气压变化范围较大的特殊场所，单位体积内的气体被压缩，导致气体的分子间距发生改变，从而使红外辐射被吸收的能量增多，但气体检测的浓度并未发生改变，因此，测出的浓度值和真值相比，有较大的偏差。此外，在实验中气体温度变化非常小，其对气压的影响可以忽略。由标准气体状态方程PV＝nRT可知，当气体体积V一定时，在温度T不变的情况下，随着压强P的升高，气体分子摩尔数将增加，从而导致传感器测量值的增加。

目前，消除检测环境气压变化引起的误差的方法主要有两种。一是经验公式法，即采用最小二乘法对同一浓度气体在不同气压下引起的误差进行直线拟合，通过迭代法确定经验公式的相关系数，建立数学模型来进行压强补偿，但此种方法计算量较大，在压强变化较大的场合效果不佳，且经验公式的使用场合有局限性；二是气压控制法，即采用硬件电路模块使检测环境气压保持动态平衡，从而避免因气压改变引起的测量误差，但硬件电路模块的加入增加了功耗、提升了制造成本且不利于设备小型化。

另外，现有的红外气体传感器的采样气室一般采用直射式气室结构，这种结构的气室结构简单，缺点在于光程短。所以为了获得高性能的红外气体传感器，需要通过增加气室长度来延长光程，便会导致整个系统体积增大，不利于传感器小型化。

发明内容

本发明目的在于提供一种采样气室、基于QPSO算法的红外气体传感器及气压补偿方法，采用量子粒子群算法对红外气体传感器输出的电压值进行气压补偿计算，以获取经气压补偿后的气体浓度值，计算精确度高；另外，采用多次反射式采样气室，能够有效增加气室内红外光对反射次数，延长红外光穿过待测气体介质的距离，在保证光程的情况下，有效缩小了气室体积，保证了传感器的小型化。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种采样气室，所述采样气室沿纵长方向设置有第一端部和第二端部，其中，第一端部上设置有一进气口，第二端部上设置有一出气口；

所述采样气室包括电调制红外光源、反光镜、热释电探测器、反光杯、第一凹面镜、两个第二凹面镜；

所述电调制红外光源固定安装在采样气室临近第一端部的顶部，所述反光镜固定在电调制红外光源的下方，反光镜的反射面朝向电调制红外光源、并且与采样气室的轴中心线呈45度角；