[发明专利]一种红外多气体检测系统及气体检测方法

说明书

本发明公开了一种红外多气体检测系统及气体检测方法，通过控制器调节可调谐量子级联激光器的发射波长，结合多通道红外探测器，控制器将探测器对通入待检测气体前后电压信号传输到人机交互平台进行后续信号处理。由于激光器的发射波长以及多通道红外探测器的每个探测单元可探测波长设置组合不同，且只用设置一个密封检测气室，使用红外多气体检测系统和检测方法可得到多气体的成分和浓度，且体积小，便携性好。

技术领域

本发明涉及气体检测领域，具体地，涉及一种红外多气体检测系统及气体检测方法。

背景技术

随着社会的进步和科学技术的发展，环境中气体的种类和含量对人类的生产生活产生了巨大的影响，气体浓度的快速精确检测成为了环境监控、安全生产、工业过程中必不可少的关键技术。

目前可用于气体检测的气体检测装置主要由电化学气体传感器、金属氧化物半导体式气体传感器。

电化学式气体传感器的主要优点是灵敏度较高、价格低廉，但在检测浓度相同的一氧化碳和氢气时，由于电化学反应产生的电子迁移量相同，因此会导致无法直接判断被测气体的具体种类，所以选择性较差是电化学传感器的主要缺点。

金属氧化物半导体式气体传感器是目前世界上产量最高、应用范围最广的气体传感器之一，具有响应时间短、灵敏度高和稳定性好等众多优点。但这类气体传感器需要较高的工作温度，因此需要加热装置，而随着工作时间的增长，性能下降，寿命大大缩短。其误报率较高也是一大主要缺点。

红外光谱气体传感器主要利用的是红外光谱分析技术，由于每一种气体都有特定的红外吸收峰，所以可以通过检测还原红外吸收峰来确定被测气体的浓度与种类。测量结果准确、灵敏度好、测量动态范围大、响应时间快、抗干扰能力强等是红外光谱气体传感器的突出优点。但传统的红外光谱气体检测装置一般都是对单一气体进行检测，如若要检测多种气体则需要由多套气体检测装置。

发明内容

近年来量子级联激光器快速发展，若结合可调谐激光光谱技术和多通道热释电探测器可以进一步提高气体检测组分种类。鉴于背景技术中的问题，亟需一种能够测量待测环境多种气体的种类和浓度的红外多气体检测系统。

本发明的目的是提供一种红外多气体检测系统及气体检测方法，以实现对多组分气体的成分和浓度的检测。

为实现上述目的，本发明具体提供的技术方案如下：

红外气体传感器，设置在密封检测气室内；所述红外气体传感器包括可调谐量子级联激光器和多通道红外探测器；所述可调谐量子级联激光器用于作为红外光源，输出与待探测气体吸收峰波长相同的红外光；所述多通道红外探测器包括4个探测单元，单个探测单元由探测芯片和滤光片组成；所述多通道红外探测器的多个探测单元包括一个参考探测单元和1到3个不同波长的检测探测单元；所述参考探测单元用于探测由红外光源发出的红外光；所述检测探测单元用于分别探测由红外光源发出的、经密封检测气室内的待检测气体吸收的红外光；信号采集模块，与所述多通道红外探测器连接，用于分别采集所述多通道红外探测器中的各个红外探测器单元的输出电压信号；人机交互平台，与所述红外探测器连接，用于处理所述多通道红外探测器中的各个红外探测器单元的输出电压信号，以识别待检测气体的成分和判定待检测气体所包含的成分的浓度并显示气体成分和浓度。

其中，每个探测单元包括探测芯片和滤光片，探测芯片用于接收辐射，当引起非电量的物理变化时，探测芯片能够测量相应的电量变化，产生电压信号；滤光片用于选择性的通过特定波长的红外辐射，每个探测单元可通过的中心波长不同。

进一步地，所述可调谐量子级联激光器的光谱范围应完全包含所有可能被测气体的特征吸收峰，且尽可能地保证特征吸收峰值较高。需综合对比谱线的吸收强度、其他分子的吸收谱线的干扰程度以及谱线稳定性等因素来确定。激光光源的发射模式采用脉冲发射模式。

进一步地，所述控制器包括激光器驱动模块和信息采集模块。