[发明专利]一种带恒温控制功能的高灵敏多气体浓度检测系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种带恒温控制功能的高灵敏多气体浓度检测系统及控制方法，属于气体传感器技术领域，该检测系统的气室采用反射式的结构，在气室设计得足够小的基础上，让红外光在腔壁上经过多次反射，继而透射到热释电探测器上，通过分析特定波长下红外光强度的变化来测定不同气体的浓度，最终通过WIFI模块采用无线传输将浓度信息在手机端上进行显示。另外采用带有石墨烯加热片的光学腔壁构成气室，对检测系统的环境温度进行控制，保证气体传感器气室内恒温，从而消除环境温度变化对检测结果的影响。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，尤其涉及一种带恒温控制功能的高灵敏多气体浓度检测系统及控制方法。

背景技术

随着科技水平与社会经济的发展，多气体实时监测与分析在矿井勘探、化工生产、灾害预报、污染控制等各个领域的需求显得日益突出。在众多气体浓度的检测方法中，最常见的检测技术如下：一是电化学法，气体在电极处通过催化剂和高温作用发生氧化还原反应，促使电极之间的电信号发生改变，从而检测出待测气体的浓度，此方法检测精度不高、气体选择性较差，氧化还原反应的同时可能会产生有毒气体造成污染；二是紫外线电离法，水银灯放射出的紫外线照射到光电阴极上，逸出的光电子附着在待测气体分子上，从而产生离子在检测电阻上形成一定的电流，同时可以检测出待测气体的浓度，此方法的检测范围太小，且存在设备无法小型化的缺点；三是超声波法，在不同的气体介质中，超声波的传播速度有所不同，通过检测超声波在不同气体介质中从同一发射端到同一接收端的时间差值，可以检测出不同气体的浓度，此方法检测结果易受温度和湿度的影响，且存在检测范围较小的缺点；四是高压击穿法，根据浓度不同的气体有着不同的绝缘性能这一特性，在高压电极之间通入待测气体，电极之间的电信号会发生改变，从而检测出待测气体的浓度，此方法存在灵敏度较差的缺点，且无法进行长时间的在线检测。

非色散红外检测技术基于不同的气体分子存在不同的化学结构，对不同波段的红外光具有吸收作用，这种吸收作用服从朗伯-比尔定律，公式为：

I＝I₀e^-βCL

其中，I表示待测气体吸收过后的红外光光强，I₀表示红外光源的辐射光强，β表示气体的吸光系数，C表示采样气室内待测气体的浓度，L表示红外光光程。红外光经过不同气体吸收过后分别可以通过相应的滤光片，最终到达热释电探测器的探头，探测元件将捕捉到的红外光信号转换成微弱的电信号，经过滤波放大和A/D转换之后，从而检测出待测气体的浓度。基于红外检测技术的气体传感器，具有相当高的检测精度和检测速度，制造成本相对传统的检测设备较低，不存在二次污染，不会造成检测设备的腐蚀以及人员伤亡，同时，具有良好的检测性和稳定性，能够抵抗各种温度、湿度的干扰，可以进行连续的长时间实时监测，方便后期检测设备维护与保养。

常用的非色散红外气体传感器在检测气体浓度的过程中，往往只能对单一气体浓度进行探测，如需进行多气体的检测，则需要在检测过程中切换多个滤波器，导致整个检测系统结构相当复杂。因此，为了优化整个传感器系统的结构，实现设备的小型化、便捷化，需要对现有非色散红外气体传感器的气室进行改进，解决气室中光路光程短的问题，还可测量多种气体，同时要尽量避免红外光在气室内的损耗，最终能够适应各种复杂的检测领域的使用。此外，环境温度对气体传感器测量结果有很大的影响，目前即使通过探测器的参考电路能够部分去除了温度对探测器测量结果的影响，温度也会显著影响气体吸收效率，从而导致气体浓度测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结构简单、精度高、性价比高、集成化高、带恒温控制功能的用于多气体检测的非色散红外气体传感器。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案