本实用新型专利技术公开了一种光声学气体浓度检测装置，包括调制光源模块、光声腔模块、声音检测模块和信号处理模块。本实用新型专利技术的一种光声学气体浓度检测装置，通过调制光源模块周期性产生红外调制光，通过光声腔模块利用内部待测气体吸收红外调制光并转变成声音信号，通过声音检测模块检测声音信号，通过信号处理模块根据声音信号计算待测气体浓度，从而通过光声效应测量气体浓度，整体装置体积较小，应用领域广泛，也无需为了提高反射效率在吸收腔内镀金，降低成本，同时，将所有器件整体坚固地均焊接在一起，稳定性较高，适合安装在移动设备、恒温控制器以及其它生活智能家居组件中。温控制器以及其它生活智能家居组件中。温控制器以及其它生活智能家居组件中。
【技术实现步骤摘要】
一种光声学气体浓度检测装置
[0001]本技术属于气体浓度测量
，具体涉及一种光声学气体浓度检测装置。
技术介绍
[0002]密闭在光声池中的气体分子吸收特定频率ν的入射光后由基态E0跃迁至激发态E1，两能级间的能量差为E1
‑
E0＝hν，受激分子与周围气体分子相碰撞，由激发态返回至基态，并将吸收的光能通过无辐射弛豫过程转变为碰撞分子间的平移动能，具体表现为气体温度升高，即加热。能级跃迁所需能量不同，故需不同波长电磁辐射使其跃迁，即在不同光谱区出现不同的吸收谱带。当入射光强度受到频率ω的调制时，加热过程将产生周期性变化，根据气体热力学定律，周期性温度变化产生同周期压力波动，即声波，此声波通过安装在光声池上的麦克风、微音器或压电陶瓷传声器检测，并将其转换成电信号，即光声信号，该信号的产生过程称为光声效应，光声信号的大小与气体浓度成正比，通过检测该信号值便可得到被测气体的浓度大小。
[0003]通过非色散红外技术测量气体浓度的工作过程为：通过红外光源辐射出宽谱红外光，穿过特殊设计的高反射属性的气室中的被测气体，再透过红外热电堆传感器上的特定窄带滤光片到达传感器内部的红外热电堆芯片，红外热电堆芯片接受到红外光信号后根据塞贝克效应产生相应的电压信号输出，使用低噪声、零温漂的运算放大器对红外热电堆传感器的输出信号进行放大处理，再将放大处理后信号通过模数转换芯片转化成数字信号，运用符合NDIR气体吸收关系的比尔朗伯定律进行算法计算，最终得到被测气体的浓度。
[0004]但是，通过非色散红外技术测量气体浓度时，为了实现较好的测量分辨率需要设计较长光程的吸收腔室，尺寸相对较大，成本较高；为了提高吸收腔室内红外辐射的反射效率，通常要在塑料制成的吸收腔室内做镀金处理，坚固度差且价格昂贵，在频繁高低温变化后还会出现微量形变；使用的光源一般为小型白炽灯泡，稳定性不好；同时非色散红外技术(即NDIR技术)还需要覆盖特殊滤光片的热电堆、低温漂高精度的运算放大器以及高精度的模数转换器构成信号处理采集电路，进一步增加了成本，同时其较大的体积导致集成能力较低，只能在有限的领域使用，不适合安装在移动设备、恒温控制器以及其它生活智能家居组件中。
技术实现思路
[0005]为了解决上述问题，本技术提供一种光声学气体浓度检测装置，体积较小，应用领域广泛，降低成本，稳定性较高，适合安装在移动设备、恒温控制器以及其它生活智能家居组件中。
[0006]本技术所采用的技术方案是：
[0007]一种光声学气体浓度检测装置，包括用于周期性产生红外调制光的调制光源模块、用于利用内部待测气体吸收红外光并转变成声音信号的光声腔模块、用于检测声音信
号的声音检测模块以及用于根据声音信号计算待测气体浓度的信号处理模块，所述调制光源模块和声音检测模块均安装在信号处理模块上，所述光声腔模块安装在信号处理模块上方，所述调制光源模块和声音检测模块均电连接信号处理模块。
[0008]优选地，还包括温湿度检测模块和大气压检测模块，所述温湿度检测模块和大气压检测模块均安装在信号处理模块上，所述温湿度检测模块和大气压检测模块均电连接信号处理模块。
[0009]优选地，所述调制光源模块包括红外光源单元和滤光片，所述滤光片安装在红外光源单元上方以用于过滤出需要的窄带辐射红外光。
[0010]优选地，所述光声腔模块为单腔室光声腔模块或双腔室光声腔模块，所述单腔室光声腔模块包括气室盖体单元、第一气孔和防尘隔音单元，所述第一气孔开设在气室盖体单元上方，所述防尘隔音单元覆盖在第一气孔上。
[0011]优选地，所述双腔室光声腔模块还包括隔板，所述隔板竖直设置在气室盖体单元，以用于将气室盖体单元分割成两个空间。所述隔板的材料为可透过红外线的材料，包含且不限于硅(镀膜或非镀膜)、锗(镀膜或非镀膜)、氟化物玻璃、硫化物玻璃以及蓝宝石玻璃等。
[0012]优选地，所述声音检测模块包括印刷电路板单元、压力检测单元、放大滤波单元、盖板单元和第二气孔，所述压力检测单元和放大滤波单元均安装在印刷电路板单元上，所述盖板单元覆盖在印刷电路板单元上方，所述第二气孔开设在盖板单元上，用于检测所述盖板单元内压力信号的压力检测单元电连接用于放大滤波压力信号的放大滤波单元。
[0013]优选地，所述信号处理模块包括信号调理单元和信号处理单元，所述信号调理单元电连接信号处理单元。
[0014]优选地，所述信号调理单元包括第一电阻R1、第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3和第四运算放大器A4，所述第一电阻R1的一端串联声音信号后接地，另一端并联第三电阻R3的一端、第一电容C1的一端和第二电容C2的一端，所述第一运算放大器A1的正输入端并联第一电容C1的另一端和第二电阻R2的一端，所述第一运算放大器A1的负输入端并联第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端，所述第四电阻R4的另一端电连接第二电容C2的另一端，所述第一运算放大器A1的信号输出端并联第三电阻R3的另一端、第六电阻R6的一端和第五电阻R5的另一端；
[0015]所述第六电阻R6的另一端并联第八电阻R8的一端、第四电容C4的一端和第三电容C3的一端，所述第二运算放大器A2的正输入端并联第四电容C4的另一端和第七电阻R7的一端，所述第二运算放大器A2的负输入端并联第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端，所述第九电阻R9的另一端电连接第三电容C3的另一端，所述第二运算放大器A2的信号输出端并联第八电阻R8的另一端、第十一电阻R11的一端和第十电阻R10的另一端；
[0016]所述第十一电阻R11的另一端并联第五电容C5的一端、第六电容C6的一端和第十二电阻R12的一端，所述第三运算放大器A3的正输入端并联第六电容C6的另一端和第十三电阻R13的一端，所述第三运算放大器A3的负输入端并联第十四电阻R14的一端和第十五电阻R15的一端，所述第十四电阻R14的另一端电连接第五电容C5的另一端，所述第三运算放大器A3的信号输出端并联第十五电阻R15的另一端、第十六电阻R16的一端和第十二电阻R12的另一端；
[0017]所述第十六电阻R16的另一端并联第七电容C7的一端、第八电容C8的一端和第十七电阻R17的一端，所述第四运算放大器A4的正输入端并联第八电容C8的另一端和第十八电阻R18的一端，所述第四运算放大器A4的负输入端并联第十九电阻R19的一端和第二十电阻R20的一端，所述第十九电阻R19的另一端电连接第七电容C7的另一端，所述第四运算放大器A4的信号输出端并联第二十电阻R20的另一端和第十七电阻R17的另一端，所述第二电阻R2的另一端、第七电阻R7的另一端、第十三电阻R13的另一端以及第十八电阻R18的另一端均接地。
[0018]优选地，所述信号处理单元包括用于将声音模拟信号转换成声音数字信号的模数转换器、用于测量光声腔模块内的温湿度和大气压的信号补偿组件、用于驱动调制光源模块周期性变化的脉冲宽度调制组件以及中央控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光声学气体浓度检测装置，其特征在于，包括用于周期性产生红外调制光的调制光源模块(1)、用于利用内部待测气体吸收红外光并转变成声音信号的光声腔模块(2)、用于检测声音信号的声音检测模块(3)以及用于根据声音信号计算待测气体浓度的信号处理模块(4)，所述调制光源模块(1)和声音检测模块(3)均电连接信号处理模块(4)，所述光声腔模块(2)安装在调制光源模块(1)和声音检测模块(3)上方。2.根据权利要求1所述的光声学气体浓度检测装置，其特征在于，还包括温湿度检测模块(5)和大气压检测模块(6)，所述温湿度检测模块(5)和大气压检测模块(6)均电连接信号处理模块(4)。3.根据权利要求2所述的光声学气体浓度检测装置，其特征在于，所述调制光源模块(1)包括红外光源单元(11)和滤光片(12)，所述滤光片(12)安装在红外光源单元(11)上方以用于过滤出需要的窄带辐射红外光。4.根据权利要求3所述的光声学气体浓度检测装置，其特征在于，所述光声腔模块(2)为单腔室光声腔模块或双腔室光声腔模块，所述单腔室光声腔模块包括气室盖体单元(21)、第一气孔(22)和防尘隔音单元(23)，所述第一气孔(22)开设在气室盖体单元(21)上方，所述防尘隔音单元(23)覆盖在第一气孔(22)上。5.根据权利要求4所述的光声学气体浓度检测装置，其特征在于，所述双腔室光声腔模块还包括隔板(24)，所述隔板(24)竖直设置在气室盖体单元(21)，以用于将气室盖体单元(21)分割成两个空间。6.根据权利要求4或5所述的光声学气体浓度检测装置，其特征在于，所述声音检测模块(3)包括印刷电路板单元(31)、压力检测单元(32)、放大滤波单元(33)、盖板单元(34)和第二气孔(35)，所述压力检测单元(32)和放大滤波单元(33)均安装在印刷电路板单元(31)上，所述盖板单元(34)覆盖在印刷电路板单元(31)上方，所述第二气孔(35)开设在盖板单元(34)上，用于检测所述盖板单元(34)内压力信号的压力检测单元(32)电连接用于放大滤波压力信号的放大滤波单元(33)。7.根据权利要求6所述的光声学气体浓度检测装置，其特征在于，所述信号处理模块(4)包括信号调理单元(41)和信号处理单元(42)，所述信号调理单元(41)电连接信号处理单元(42)。8.根据权利要求7所述的光声学气体浓度检测装置，其特征在于，所述信号调理单元(41)包括第一电阻R1、第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3和第四运算放大器A4，所述第一电阻R1的一端串联声音信号后接地，另...
【专利技术属性】
技术研发人员：武斌，申涛，
申请(专利权)人：深圳市美思先端电子有限公司，
类型：新型
国别省市：
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