基于紅外光譜的高靈敏度傳感系統技術方案

基于紅外光譜的高靈敏度傳感系統，涉及一種基于紅外光譜的傳感系統。目的是針對現有的瓦斯傳感器具有檢測范圍窄、檢測精度低，并且很難檢測高濃度瓦斯的問題。本實用新型專利技術的紅外輻射發射源發射紅外光波至吸收氣室，該紅外光波經過吸收氣室折射后，一部分經波長λ1的濾光片濾波之后入射至λ1光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ1光波的紅外輻射接收器將采集的信號發送至處理器；該紅外光波經過吸收氣室折射后，一部分經波長λ2的濾光片濾波之后入射至λ2光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ2光波的紅外輻射接收器將采集的信號發送至處理器。應用于煤礦安全監測。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種基于紅外光譜的傳感器。
技術介紹
瓦斯事故是煤礦發生最多的重大、特大事故，會帶來重大的人員傷亡和經濟損失。為此，瓦斯濃度監測成為煤礦生產監管部門主要的工作之一。同時，開展煤礦瓦斯檢測工作成為煤礦是否能夠生產的必要條件。目前，用于瓦斯濃度監測的傳感器幾乎在國內各個煤礦中使用。但其現有的瓦斯·傳感器具有檢測范圍窄、檢測精度低，并且很難檢測高濃度瓦斯等問題。另外，氣敏檢測傳感器的互換性、一致性差，需要經常調校，并且使用不方便。因此研究和開發新型礦用高靈敏度紅外瓦斯傳感器對提高我國煤礦安全監測水平、防止煤礦瓦斯事故等提供了有力的保障。對我國煤炭事業的可持續性發展起著重大而深遠的意義。
技術實現思路
本技術的目的是針對現有的瓦斯傳感器具有檢測范圍窄、檢測精度低，并且很難檢測高濃度瓦斯的問題，提供一種基于紅外光譜的高靈敏度傳感系統。本技術為基于紅外光譜的高靈敏度傳感系統，它包括紅外輻射發射源、吸收氣室、波長λ I的濾光片、波長λ 2的濾光片、λ I光波的紅外輻射接收器、λ 2光波的紅外輻射接收器和處理器；紅外輻射發射源發射紅外光波至吸收氣室，該紅外光波經過吸收氣室折射后，一部分經波長λ I的濾光片濾波之后入射至λ I光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ I光波的紅外輻射接收器將采集的信號發送至處理器；該紅外光波經過吸收氣室折射后，一部分經波長λ 2的濾光片濾波之后入射至λ2光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ 2光波的紅外輻射接收器將采集的信號發送至處理器。本技術的優點是通過設計合理的氣室結構和信號調理電路，成功地將熱釋電探測器的信號提取出來，實現對數據采樣、數據處理、超限聲光報警、實時顯示濃度值、CAN總線以及RS485總線通信、電流/頻率信號輸出等功能。將其廣泛地應用于煤礦安全監測中，會帶來較高的經濟和社會效益方面。附圖說明圖I為本技術的結構示意圖；圖2為紅外熱釋電探測器內部電路圖；圖3為吸收氣室2的結構示意圖；圖4為DAC與AD694的接口電路圖；圖5為紅外輻射發射源I的調制電路圖。具體實施方式具體實施方式一下面結合圖I和圖3說明本實施方式，基于紅外光譜的高靈敏度傳感系統，它包括紅外輻射發射源I、吸收氣室2、波長λ I的濾光片3、波長λ 2的濾光片4、λ I光波的紅外輻射接收器5、λ 2光波的紅外輻射接收器6和處理器7 ；紅外輻射發射源I發射紅外光波至吸收氣室2，該紅外光波經過吸收氣室2折射后，一部分經波長λ I的濾光片3濾波之后入射至λ I光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ I光波的紅外輻射接收器將采集的信號發送 至處理器；該紅外光波經過吸收氣室2折射后，一部分經波長λ 2的濾光片4濾波之后入射至λ 2光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ 2光波的紅外輻射接收器將采集的信號發送至處理器。具體實施方式二 下面結合圖I和圖3說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的吸收氣室2的進一步說明，本實施方式所述吸收氣室2內設置有反射鏡8和溫度傳感器9 ;所述反射鏡8固定安裝在吸收氣室2內壁上，并且與吸收氣室2外部的紅外輻射發射源I、波長λ I的濾光片3和波長λ 2的濾光片4相對設置；溫度傳感器9與波長λ I的濾光片3同側，并設置在波長λ I的濾光片3的上方。具體實施方式三下面結合圖I說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的λ I光波的紅外輻射接收器5和λ 2光波的紅外輻射接收器6的進一步說明，本實施方式所述的λ I光波的紅外輻射接收器5和λ 2光波的紅外輻射接收器6均采用紅外熱釋電探測器實現的。具體實施方式四下面結合圖I說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的處理器7的進一步說明，本實施方式所述的處理器7是采用C8051RM1單片機實現的。具體實施方式五下面結合圖I和圖6說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的進一步說明，本實施方式所述的基于紅外光譜的高靈敏度傳感系統，它還包括聲光報警電路，該聲光報警電路是由光電耦合器3U1、限流電阻3R1、LED燈IR、NPN型三極管T6和濾波電容3CI組成，所述光電耦合器3U1內的發光二級管的陽極連接限流電阻3R1的一端，光電耦合器3U1內的發光二極管的陰極接電源地；光電耦合器3U1內的光敏三級管的集電極同時連接LED燈IR的一端和NPN型三極管T6的集電極連接；光電耦合器3U1內的光敏三極管的發射極連接NPN型三極管T6的基極，NPN型三極管T6的發射極連接電源地；LED燈IR的另一端連接電源正極，濾波電容3CI的正極連接電源正極，該濾波電容3CI的負極連接電源地。具體實施例下面結合圖I至圖5說明被實施例(I)設計基于紅外光譜的高靈敏度傳感系統，使整個系統緊湊，并采用新型的非分光紅外(NDIR)技術，提高探測的靈敏度；采用白熾燈紅外光源作為紅外輻射發射源并且采用熱釋電紅外探測器作為紅外輻射接收器件，通過實驗的方法，確定紅外光源調制頻率和采樣氣室長度這兩個關鍵性參數，并在實驗室條件下，對傳感器的穩定性、響應時間和靈敏度進行了測試和分析； (2)采用微弱信號的放大濾波電路，運算放大器選用LM324，提高整個檢測系統的信噪比和精度；(3)選用C8051RM1單片機作為核心，完成A/D采樣和數據處理、判斷處理、數據的傳輸等功能，聲光報警電路由蜂鳴器、限流電阻、LED和NPN型三極管構成，由單片機的Pl. 7 (SOUND) 口控制聲音報警，由單片機的Pl. 6 (LIGHT) 口控制9786光報警，信號輸出使用紅外遙控器上的制式切換按鍵，選擇是標準或者是非標準信號輸出制式。如電流信號O 5mAU 5mA、0 10mA、4 20mA 以及頻率信號 O 500Hz、200 600 960Hz、200 1000Hz,200 1000 1960Hz、0 5000Hz等方式輸出。當輸出電流信號時，由單片機內部的數/模轉化器(DAC)來實現，當需要輸出頻率信號時，由單片機內部的可編程計數器陣列(PCAO)來完成。(4)當甲烷氣體濃度達到預設定報警點(O. 75%,1% )時，通過發光、發聲等方式報警。軟件方面采用模塊化編程方法，充分利用單片機低功耗的特性，采用定時中斷方式，并通過對單片機編程實現了紅外瓦斯傳感器的主程序、信號采樣、數據處理、信號輸出、鍵盤輸入、數據通信等各模塊功能。最后，通過對這些程序模塊的設計研究，設計出滿足紅外瓦斯傳感器功能及技術要求的軟件程序。本技術不局限于上述實施方式，還可以是上述各實施方式中所述技術特征的合理組合。權利要求1.基于紅外光譜的高靈敏度傳感系統，其特征是它包括紅外輻射發射源(I)、吸收氣室⑵、波長λ I的濾光片(3)、波長λ 2的濾光片(4)、λ I光波的紅外輻射接收器(5)、λ 2光波的紅外輻射接收器(6)和處理器(7)； 紅外輻射發射源(I)發射紅外光波至吸收氣室(2)， 該紅外光波經過吸收氣室(2)折射后，一部分經波長λ I的濾光片(3)濾波之后入射至λ I光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ I光波的紅外輻射接收器將采集的信號發送至處理器； 該紅外光波經過吸收氣室(2)折射后，一部分經波長λ 2的濾光片(4)濾波之后入射至λ 2光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ 2光波的紅外輻射接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于紅外光譜的高靈敏度傳感系統，其特征是：它包括紅外輻射發射源(1)、吸收氣室(2)、波長λ1的濾光片(3)、波長λ2的濾光片(4)、λ1光波的紅外輻射接收器(5)、λ2光波的紅外輻射接收器(6)和處理器(7)；紅外輻射發射源(1)發射紅外光波至吸收氣室(2)，該紅外光波經過吸收氣室(2)折射后，一部分經波長λ1的濾光片(3)濾波之后入射至λ1光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ1光波的紅外輻射接收器將采集的信號發送至處理器；該紅外光波經過吸收氣室(2)折射后，一部分經波長λ2的濾光片(4)濾波之后入射至λ2光波的紅外輻射接收器的光敏面內；λ2光波的紅外輻射接收器將采集的信號發送至處理器。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：史健婷，王建才，陶金，陳亦男，劉付剛，
申請(專利權)人：黑龍江科技學院，
類型：實用新型
國別省市：