一种高精度的多通道可燃气体探测器

技术领域

本发明涉及可燃气体探测器领域，该探测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来检测混合气体浓度的，具体是一种高精度的多通道可燃气体探测器。

背景技术

近年来，人们对家庭燃气安全和环境污染日益重视，单一的气体探测器已经不足以满足各种场所的需求。目前大多数可燃气体探测器采用气体传感器的模式较多，此种方式功能单一，只能测量一种可燃气体，无法满足测量多种对人体有害的气体。使用气体传感器的探测器在使用前需要预热，标准要求探测器在恢复供电的5min之内发出报警信号，预热时间过长不能够实时检测可燃气体浓度，导致危险的发生。此外目前使用的可燃气体探测器抗中毒性能不是很好，探测器在可燃气体浓度为1％LEL和六甲基硅醚蒸汽浓度为(10±3)×10

发明内容

为解决现有可燃气体探测器需要预热，测量功能单一，并且易受到其他气体干扰的问题。本发明目的在于提供一种利用不同气体对红外辐射有着不同吸收强度，同时测量甲烷、一氧化碳等多种气体的可燃气体探测器，该探测器采用滤波片过滤的方式排除了其他气体的干扰，同时采用双光路的方法减少了光源抖动和探测器受灰尘等因素的干扰造成测量误差，增加了测量的精度。

本发明解决问题采用的技术方案为：

一种高精度的多通道可燃气体探测器，包括红外发射管、气体吸收光腔、光电转换电路、运算放大电路、信号采集电路；

红外发射管发出红外光，通过气体吸收光腔，红外光对相应的可燃气体具有吸收作用，通过气体吸收光腔后，利用两个分光镜将光束分为三束光，分为两个通道对不同的可燃气体通过光电转换电路进行光电转换，两个通道使用一个参考光路消除光源抖动和灰尘干扰，产生的电信号经过运放放大之后传输给信号采集电路，单片机对采集的数据与浓度阈值进行比较触发报警信号。

本发明的进一步技术：

优选的通过按键设置报警阈值和通道是否判断气体的浓度，参考光路产生的电信号同时用于检测接收的光强是否发生变化，当接收的光强过低时会影响测试精度，对光源的驱动的PWM波进行调整。

优选的，所述气体吸收光腔为圆柱形结构，圆柱侧壁设有入射光源，圆柱内壁设置有三块反光镜，红外光穿过装有三块反光镜的光腔，调整入射光源的角度从底部斜向上射入光腔内，在三块反光镜的中心中进行多次反射，最终从光腔顶部斜向上射出。

优选的，所述三块反光镜成正三角形布局。

本发明的有益效果在于：

为可燃气体探测器提供了一种高精度的多通道可燃气体探测的方案，该可燃气体探测器无需预热，不易中毒，可同时检测混合可燃气体成分的浓度。

附图说明

图1是本发明原理图；

图2是气体吸收光腔结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种高精度的多通道可燃气体探测器，包括红外发射管、气体吸收光腔、光电转换电路、运算放大电路、信号采集电路；

红外发射管发出红外光，通过气体吸收光腔，红外光对相应的可燃气体具有吸收作用，通过气体吸收光腔后，利用两个分光镜将光束分为三束光，分为两个通道对不同的可燃气体通过光电转换电路进行光电转换，两个通道使用一个参考光路消除光源抖动和灰尘干扰，产生的电信号经过运放放大之后传输给信号采集电路，单片机对采集的数据与浓度阈值进行比较触发报警信号。

通过按键设置报警阈值和通道是否判断气体的浓度，参考光路产生的电信号同时用于检测接收的光强是否发生变化，当接收的光强过低时会影响测试精度，对光源的驱动的PWM波进行调整，可以保持接收一个稳定的接收信号，实际是一个负反馈的过程。

所述气体吸收光腔为圆柱形结构，圆柱侧壁设有入射光源，圆柱内壁设置有三块反光镜，红外光穿过装有三块反光镜的光腔，调整入射光源的角度从底部斜向上射入光腔内，在三块反光镜的中心中进行多次反射，最终从光腔顶部斜向上射出。

所述三块反光镜成正三角形布局。

光路部分：

由于CO与CH4的红外吸收峰分别为4.5um和3.46um，所以选择红外光波长到5um的红外发射管作为光源，通过使用PWM的形式驱动红外光源，经光电传感器转换后可以获得交流的电信号，在受到信号干扰时可以较为简单的将信号提取出来，红外光穿过装有三块反光镜的光腔如图2所示，调整入射光源的角度从底部斜向上射入光腔内，在三块反光镜的中心中进行多次反射，最终从光腔顶部斜向上射出。这样的设计增加了红外光的光程，最大程度的利用了圆形空间，使得混合气体在有限的空间内充分吸收。入射光射入的角度越小，红外光反射的次数就越多，检测就越灵敏。传统的怀特池气室使用凹透镜，只能在透镜间经过几次反射，若想增加光程就需要增加透镜，从而增加了气室的体积。可燃气体探测器一般体积都比较小，光腔的设计太大，必然会影响产品的尺寸。采用图2的光腔设计，利用反光镜的高度和入射光的角度达到多次反射增加光程的效果，利用圆形的结构接收气体无死角。当有混合可燃气体通过气室时，CO与CH4对红外光具有吸收作用，根据朗伯定律，4.5um和3.46um波长的红外光会因气体吸收而衰减，光强衰减后的红外光束V经过分光镜分为两束光强相等的红外光V1和V2，V1再经过一个分光镜分为两束光强相等的红外光V3、V3'。V2、V3经过波长为4.5um和3.46um的滤波片获得衰减后的红外光，衰减后的红外光经过光电探测器将光信号转换为交流的电信号S1、S2,V3'作为V3的参考光路，选择波长在4.5um和3.46um附近，不在其他气体吸收波长的滤波片,这样获得的红外光不会受到其他气体的干扰，经过光电探测器产生的电信号为S3和S1与S3的差值即为CO浓度变化产生的电信号，S2与两倍的S3的差值即为CH4浓度变化产生的电信号,两个通道互不干扰，且不受光源抖动和其他气体的干扰。

电路部分：

使用三极管驱动红外发射管，通过PWM波控制基极的电流，这样可以防止产生较小的直流小信号淹没在噪声里，使用PWM波调制的红外光通过光电传感器得到的是一定频率的交流小信号，光电探测器产生的交流小信号经过滤波、运放，放大成可以被单片机采集到的信号，获得的CO与CH4的浓度与设定的报警阈值比较，实现混合可燃气探测报警的功能。参考光路产生的电信号同时用于检测接收的光强是否发生变化，当接收的光强过低时会影响测试精度，此时对光源的驱动的PWM波的频率进行调整，增加光源的发光强度，可以保持接收的是一个稳定的接收信号，实际是一个负反馈的过程。从而实现一种高精度的多通道可燃气体探测器。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。