一种红外多气体检测系统及气体检测方法技术方案

本发明专利技术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。

An infrared multi gas detection system and gas detection method

【技术实现步骤摘要】
一种红外多气体检测系统及气体检测方法
本专利技术涉及气体检测领域，具体地，涉及一种红外多气体检测系统及气体检测方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
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
技术介绍
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。本专利技术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，本专利技术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。激光器驱动模块包括激光器驱动电路，驱动激光器输出光信号，使得输出扫描信号的中心波长对应到待测气体的特征吸收峰。信息采集模块包括信号放大电路、模拟信号转换电路、信号采集电路。信号放大电路将检测到的光信号进行放大，并通过模拟信号转换电路将反映气室内气体浓度的模拟信号转换为数字信号。最后通过信号采集电路将数字信号传输到人机交互平台进行后续数据处理。进一步地，所述人机交互平台包括显示器，键盘，鼠标。本专利技术还提供了一种利基于上述检测系统的气体检测方法，包括；控制器的激光驱动模块控制可调谐量子级联激光器发出红外光；多通道红外探测器中参考探测单元用于探测由红外光源发出的红外光，控制器的信号采集模块采集该探测器单元的输出电压信号；将待检测气体通过进气口通入密封检测气室中，关闭出气口；多通道红外探测器中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，控制器的信号采集模块采集该探测器单元的输出电压信号；人机交互平台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。本专利技术实施例提供的红外多气体检测系统和气体检测方法，通过对可调谐量子级联激光器发射模式的选择(脉冲模式)，对激光光源脉冲波长的选择，以及多通道红外探测器的每个探测单元的波长的选择，可以实现检测多种气体的成分和浓度。本专利技术提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本系统能够在单一密闭气室内对多种气体进行检测，一是由于可调谐量子级联激光器有较宽的工作波长范围，能够满足发射的红外光源波长要求，二是由于红外探测器的多通道结构，能够实现同一红外探测器对不同气体的探测。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；图1是本专利技术一个实施例的红外多气体检测系统的框图示意图；图2是本专利技术一个实施例的使用红外多气体检测系统的气体检测方法的流程示意图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。本领域技术人员应理解的是，在本专利技术的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本专利技术的限制。可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。实施例1；本实施例提供一种红外多气体检测系统，参照图1，包括可调谐量子级联激光器光源1、密封检测气室2以及多通道红外探测器3，控制器4，人机交互平台5，进气口6，出气口7。所述控制器4的激光器驱动模块41与可调谐量子级联激光器光源1，所述控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外多气体检测系统，其特征在于，所述系统包括：/n红外气体传感器、控制器和人机交互平台；/n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N个探测单元，N个探测单元中包括一个参考探测单元和1至N-1个检测探测单元；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；/n控制器中的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探测单元的输出电压信号；/n控制器与所述可调谐量子级联激光器和多通道红外探测器连接，用于对激光器发射波长与发射模式进行调节，并分别采集所述多通道红外探测器中的各个探测单元的输出电压信号；/n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探测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。/n

【技术特征摘要】
1.一种红外多气体检测系统，其特征在于，所述系统包括：
红外气体传感器、控制器和人机交互平台；
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N个探测单元，N个探测单元中包括一个参考探测单元和1至N-1个检测探测单元；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；
控制器中的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探测单元的输出电压信号；
控制器与所述可调谐量子级联激光器和多通道红外探测器连接，用于对激光器发射波长与发射模式进行调节，并分别采集所述多通道红外探测器中的各个探测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探测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。


2.根据权利要求1所述的红外多气体检测系统，其特征在于，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。


3.根据权利要求1所述的红外多气体检测系统，其特征在于，不同的检测探测单元检测的光波长不同。


4.根据权利要求1所述的红外多气体检测系统，其特征在于，所述人机交互平台还用于显示气体成分和浓度。


5.根据权利要求1所述的红外多气体检测系统，其特征在于，红外气体传感器设置在密封检测气室内。


6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁凯，任煜，梁志清，仇佳乐，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51