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原文传递一种NDIR甲烷气体传感器及其使用与温度补偿和标定方法

专利名称：	一种NDIR甲烷气体传感器及其使用与温度补偿和标定方法
摘要：	本发明公开了一种NDIR甲烷气体传感器，所述的传感器包括半椭球气室，在半椭球气室内的两个焦点上分别安装发光二极管和光电二极管，其中发光二极管还与半椭球气室外的光源调制模块电连接，该光源调制模块可调整发光二极管的电流大小和方波占空比，光电二极管与半椭球气室外的信号采集模块电连接，该信号采集模块可将光电二极管的电流模拟量信号转换成数字量信号。本发明所公开的传感器，气室采用半椭球的波导结构，与传统平面反射式结构相比，安装更方便、具有更好的导光效果，能够减小红外光的损耗并降低光强损失，使得采样率大大提高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	青岛汇赢科技有限公司
发明人：	李约翰;毕增亮;亓燕芹;李翠翠;张文涛;崔元贞
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910674993.3
公开号：	CN110411970A
代理机构：	山东诚功律师事务所
代理人：	封代臣
分类号：	G01N21/3504(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	266100 山东省青岛市崂山区株洲路190号
主权项：	1.一种NDIR甲烷气体传感器，其特征在于：所述的传感器包括半椭球气室，在半椭球气室内的两个焦点上分别安装发光二极管和光电二极管，其中发光二极管还与半椭球气室外的光源调制模块电连接，该光源调制模块可调整发光二极管的电流大小和方波占空比，光电二极管与半椭球气室外的信号采集模块电连接，该信号采集模块可将光电二极管的电流模拟量信号转换成数字量信号，所述的传感器还包括MCU、通讯模块和温湿度采集模块，该MCU与光源调制模块电连接并控制其工作、与信号采集模块电连接并接收其发送的数字量信号、与温湿度采集模块电连接以便获取温湿度信号，MCU将采集数据进行拟合后转换成甲烷气体浓度值，通讯模块将该甲烷气体浓度值上传给外部上位机或采集器，电源模块为传感器内的各部件供电。 2.根据权利要求1所述NDIR甲烷气体传感器，其特征在于：所述的半椭球气室包括内置防静电网的不锈钢外壳，在外壳的底部安装一层50目与两层100目的不锈钢网，在外壳的顶部安装双层电路板绝缘密封层，在双层电路板绝缘密封层的下侧安装发光二极管和光电二极管，在双层电路板绝缘密封层的上侧安装对外接线端子。 3.根据权利要求1所述NDIR甲烷气体传感器，其特征在于：半椭球气室采用黄铜镀金材质。 4.根据权利要求1所述NDIR甲烷气体传感器，其特征在于：可将半椭球气室更换为常规圆柱体气室。 5.根据权利要求1所述NDIR甲烷气体传感器，其特征在于：发光二极管发出的是中心波长为3.4μm，半波宽300nm的中红外光。 6.根据权利要求1所述NDIR甲烷气体传感器，其特征在于：所述的信号采集模块包括依次电连接在一起的交流IV转换模块、半波整流模块、滤波电模块、高精度AD采集模块，其中交流IV转换模块的输入端与光电二极管电连接，高精度AD采集模块的输出端与MCU电连接。 7.根据权利要求1所述NDIR甲烷气体传感器，其特征在于：所述的交流IV转换模块通过电阻R1、R2、R3之间的匹配关系实现小电阻大增益，通过电容C1、C2取信号的交流量。 8.根据权利要求1所述NDIR甲烷气体传感器，其特征在于：通讯模块采用的是RS485接口或CAN接口；传感器采用RT-Thread操作系统进行各个任务调度。 9.一种使用方法，基于权利要求1所述NDIR甲烷气体传感器，其特征在于，包括如下两种使用模式： (1)单独使用模式：不带声光报警模块、显示模块、红外遥控模块和按键模块，仅包括传感器，将环境中的甲烷气体浓度数据通过通讯模块上传给主机端进行实时监控显示； (2)组合使用模式：组合声光报警模块、显示模块、红外遥控模块或按键模块，既可做单独报警设备使用，同时也可将甲烷气体浓度数据通过通讯模块实时上传给主机端。 10.一种温度补偿和标定方法，基于权利要求1所述NDIR甲烷气体传感器，其特征在于： (1)将传感器放置在高低温试验箱中，以0.2℃/min的速度从-40℃到80℃变化，在此过程中每0.04℃记录一次输出电压值UM、温度UT，计算拟合函数其中a，b，c均为常数、取算术平均值； (2)标定环境的搭建是采用流量计进行标准气体的混合，氮气作为背景气体与甲烷气体进行混合，两种气体纯度都达到99.999％，控制温度在20℃保持稳定即UT保持不变，记录浓度从0％VOL到5％VOL变化时的UM，则光信号的衰减值ΔS如下：将光信号的衰减值ΔS和已知的甲烷浓度CCH4拟合得到： CCH4＝d+eΔS+fΔS2，其中d，e，f均为常数； (3)如果长期使用发生漂移，则只需要利用如下公式进行标定，修改参数a即可：。
所属类别：	发明专利