低功耗甲烷检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种低功耗甲烷检测装置，所述装置包括：LED驱动电路、与所述LED驱动电路输出端连接的测量发光二极管、与所述LED驱动电路输出端连接的参考发光二极管、将所述测量发光二极管和参考发光二极管的光转换为电信号的光敏元件、与所述光敏元件的输出端连接的光敏信号放大电路、用于测量检测装置内部温度的温度测量元件、电源和微处理器。本申请采用中红外波长的发光二极管‑光电二极管或者发光二极管‑光敏电阻设计甲烷检测装置，将红外甲烷检测装置的功耗降低至10mW以内，延长了采用电池供电的甲烷检测装置的续航时间，促进无线和便携式甲烷检测装置的推广应用。

【技术实现步骤摘要】
低功耗甲烷检测装置及方法
本专利技术涉及红外气体浓度检测领域，尤其涉及一种低功耗甲烷检测装置及方法。
技术介绍
目前，现有甲烷检测装置的检测原理大多采用的是载体催化原理、热导原理、红外或激光光学检测原理。采用上述原理的甲烷检测装置均实现了实用化，但存在以下缺陷：载体催化原理容易中毒且功耗较高，热导原理无法实现全量程准确测量；激光光学检测原理检测精度高，但是存在成本高、功耗高的问题；传统基于白炽灯-滤光片-探测器结构的红外甲烷检测装置其功耗高。甲烷检测装置的功耗直接决定了甲烷检测装置的续航能力，一般功耗大的甲烷检测装置电池续航的免维护周期不大于48小时，如此短的维护周期对于大规模使用的区域往往伴随这巨大的人力维护成本。此外，因白炽灯发射波长覆盖水汽红外吸收区，因此，基于白炽灯-滤光片-探测器结构的红外甲烷检测装置存在无法克服的水汽测量干扰影响，限制了相关技术的推广应用。因此，亟需一种低功耗且能克服上述缺陷的甲烷检测装置。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供低功耗甲烷检测装置及方法，以解决现有技术的不足。本申请提供一种低功耗甲烷检测装置，其特征在于：包括：LED驱动电路、与所述LED驱动电路输出端连接的测量发光二极管、与所述LED驱动电路输出端连接的参考发光二极管、将所述测量发光二极管和参考发光二极管的光转换为电信号的光敏元件、与所述光敏元件的输出端连接的光敏信号放大电路、用于测量检测装置内部温度的温度测量元件、电源和微处理器，所述微处理器用于接收所述光敏放大电路和温度测量元件的信号，同时控制所述LED驱动电路的工作状态，所述电源用于为微处理器、LED驱动电路、光敏信号放大电路和温度测量元件提供工作用电。进一步，所述测量发光二极管发出的峰值波长需位于甲烷气体的主吸收带；所述参考发光二极管发出的峰值波长需避开甲烷气体的主吸收带。进一步，所述光敏元件包括光电二极管和光敏电阻。相应地，本专利技术还提供一种低功耗甲烷检测方法，其特征在于：用于权利要求1至权利要求3所述的低功耗甲烷检测装置，所述方法包括以下步骤：S1：获得所述检测装置的测量零点数值X0和参考零点数值R0，初始化LED驱动电路的工作频率和脉冲宽度，以及预设故障阈值ε；S2：清零计时器，并开始计时；S3：控制测量发光二极管和参考发光二极管在预设时间内交替发光，测量获得测量发光二极管发光时，微处理器的测量输入值X，测量获得参考发光二极管发光时，微处理器的参考输入值R；S4：通过所述检测装置的测量输入值X，确定气体浓度值V0的值，V0＝A1X2+B1X+C(1)；其中，V0表示标准甲烷气体浓度值，A1表示二次系数，B1表示一次系数，C表示常数；S5：通过所述温度测量元件的温度，确定温度补偿值δ,δ＝A0T+B0(2)；其中，δ表示温度补偿值，T表示实际测量的温度值，A0和B0表示温度补偿系数；S6：确定甲烷气体浓度值S，其中，S表示甲烷气体浓度值，V0表示标准气体浓度值，δ表示温度补偿值；S7：判断计时器的计时是否小于所述预设时间，若是，则记录S的值并进入步骤S3；若否，则确定所述预设时间内甲烷气体浓度值的平均值并将所述平均值作为甲烷检测值；S8：确定所述预设时间内所述参考输入值R的平均值，并判断所述参考数值R的平均值与参考零点值R0的差值是否小于所述预设故障阈值ε，若是，则输出甲烷检测值，同时微处理器控制LED驱动电路断开大于1倍的所述预设时间的时间；若否，则输出所述检测装置故障，同时微处理器控制LED驱动电路断开N倍所述预设时间的时间，N为整数且大于1。进一步，所述测量零点数值X0和参考零点数值R0采用如下方法确定：在没有甲烷气体的恒温环境下，所述光敏元件将测量发光二极管、参考发光二极管光强信号分时转换为电流信号，经光敏信号放大电路处理后进入微处理器A/D通道转换，得到空气环境下甲烷传感器的测量零点数值X0和参考零点数值R0。进一步，步骤S4所述标准甲烷气体浓度值V0采用如下方法确定：S41：依次向所述甲烷检测装置中通入0.5％VOL、2％VOL、3.5％VOL、8.5％VOL、20％VOL、35％VOL、60％VOL、85％VOL浓度的标准甲烷气体；S42：获得所述0.5％VOL、2％VOL、3.5％VOL、8.5％VOL、20％VOL、35％VOL、60％VOL、85％VOL浓度的标准甲烷气体分别对应的测量数值与测量零点数值的差值分别记为测量输入值X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8；S42：将所述标准甲烷气体0.5％VOL、2％VOL、3.5％VOL、8.5％VOL、20％VOL、35％VOL、60％VOL、85％VOL与所述测量输入值X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8进行拟合获得测量输入值X与标准甲烷气体浓度值V0的函数关系。进一步，所述温度补偿值δ采用如下方法确定：S51：获得不同温度条件下同一标准甲烷气体浓度的测量值；S52：根据δ＝S/V0和δ＝A0T+B0，联立确定A0和B0的值，从而确定温度补偿值。本专利技术的有益技术效果：本申请采用中红外波长的发光二极管-光电二极管或者发光二极管-光敏电阻设计甲烷检测装置，将红外甲烷检测装置的功耗降低至10mW以内，延长了采用电池供电的甲烷检测装置的续航时间，促进无线和便携式甲烷检测装置的推广应用。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的甲烷检测装置的结构示意图。图2是本专利技术的甲烷检测方法的原理流程图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术做出进一步的说明：本专利技术提供的一种低功耗甲烷检测装置，其特征在于：包括：LED驱动电路、与所述LED驱动电路输出端连接的测量发光二极管、与所述LED驱动电路输出端连接的参考发光二极管、将所述测量发光二极管和参考发光二极管的光转换为电信号的光敏元件、与所述光敏元件的输出端连接的光敏信号放大电路、用于测量检测装置内部温度的温度测量元件、温度测量元件紧贴布置在检测装置的电路板，测量载体催化甲烷元件的实时温度值T，电源和微处理器，所述微处理器用于接收所述光敏放大电路和温度测量元件的信号，同时控制所述LED驱动电路的工作状态，所述电源用于为微处理器、LED驱动电路、光敏信号放大电路和温度测量元件提供工作用电。上述元件均采用现有产品，测量发光二极管、参考发光二极管是基于(镓铟砷锑)GaInAsSb固溶物异质结生长定量技术的高速响应中红外光谱范围的窄带隙发光二极管；光敏器件是用于光强信号检测的光电二极管或光敏电阻；测量发光二极管、参考发光二极管、光敏器件、电源电路、LED驱动电路、光敏信号放大电路、温度测量元件、微处理器等器件布置在电路板上，电路板放置于光学气室内固定安装；测量发光二极管、参考发光二极管与光敏器件组成光学组件，光程由光学气室球面镜反射结构决定；本申请的甲烷检测装置利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低功耗甲烷检测装置，其特征在于：包括：LED驱动电路、与所述LED驱动电路输出端连接的测量发光二极管、与所述LED驱动电路输出端连接的参考发光二极管、将所述测量发光二极管和参考发光二极管的光转换为电信号的光敏元件、与所述光敏元件的输出端连接的光敏信号放大电路、用于测量检测装置内部温度的温度测量元件、电源和微处理器，所述微处理器用于接收所述光敏放大电路和温度测量元件的信号，同时控制所述LED驱动电路的工作状态，所述电源用于为微处理器、LED驱动电路、光敏信号放大电路和温度测量元件提供工作用电。/n

【技术特征摘要】
1.一种低功耗甲烷检测装置，其特征在于：包括：LED驱动电路、与所述LED驱动电路输出端连接的测量发光二极管、与所述LED驱动电路输出端连接的参考发光二极管、将所述测量发光二极管和参考发光二极管的光转换为电信号的光敏元件、与所述光敏元件的输出端连接的光敏信号放大电路、用于测量检测装置内部温度的温度测量元件、电源和微处理器，所述微处理器用于接收所述光敏放大电路和温度测量元件的信号，同时控制所述LED驱动电路的工作状态，所述电源用于为微处理器、LED驱动电路、光敏信号放大电路和温度测量元件提供工作用电。


2.根据权利要求1所述低功耗甲烷检测装置，其特征在于：所述测量发光二极管发出的峰值波长需位于甲烷气体的主吸收带；所述参考发光二极管发出的峰值波长需避开甲烷气体的主吸收带。


3.根据权利要求1所述低功耗甲烷检测装置，其特征在于：所述光敏元件包括光电二极管和光敏电阻。


4.一种低功耗甲烷检测方法，其特征在于：用于权利要求1至权利要求3所述的低功耗甲烷检测装置，所述方法包括以下步骤：
S1：获得所述检测装置的测量零点数值X0和参考零点数值R0，初始化LED驱动电路的工作频率和脉冲宽度，以及预设故障阈值ε；
S2：清零计时器，并开始计时；
S3：控制测量发光二极管和参考发光二极管在预设时间内交替发光，测量获得测量发光二极管发光时，微处理器的测量输入值X，测量获得参考发光二极管发光时，微处理器的参考输入值R；
S4：通过所述检测装置的测量输入值X，确定气体浓度值V0的值，
V0＝A1X2+B1X+C(1)；
其中，V0表示标准甲烷气体浓度值，A1表示二次系数，B1表示一次系数，C表示常数；
S5：通过所述温度测量元件的温度，确定温度补偿值δ,
δ＝A0T+B0(2)；
其中，δ表示温度补偿值，T表示实际测量的温度值，A0和B0表示温度补偿系数；
S6：确定甲烷气体浓度值S，



其中，S表示甲烷气体浓度值，V0表示标准气体浓度值，δ表示温度补偿值；
S7：判断计时器的计时是否小于所述预设时间，若是，则记录S的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆川，孙世岭，于庆，孙中光，张远征，梁光清，李涛，李军，张鹏，饶兴鑫，柏思忠，王尧，曾少华，薛宗杰，马勤勇，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50