【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及红外气体传感器，尤其涉及一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法。
技术介绍
1、红外气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系，根据朗伯-比尔定律鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。
2、研究发现，传统红外气体传感器用光源面对面照射信号接收器，因此为了增大光线路程，其气室会做得很长，导致尺寸很大；另一方面，单通道(单波长)红外气体传感器因硬件缓慢老化(或壳体氧化)、高低温冲击、湿度影响等问题，无法满足一些工业、农业应用场景的要求；从光源到不同滤光片的光线路程不同，或照射到不同滤光片的光线数量不同，导致补偿运算效果差，传感器精度低；同时，在一些工业、农业应用场景中，通常要同时测量多种气体的浓度。使用多个传感器来测量不同气体的方案则需要更高的成本，在这种背景情况下，申请人致力于研究出一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，实现进一步增大光线路程、减小气室长度、提高气体测量的精确度以及可同时测量多种气体的浓度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于实现进一步增大光线路程、减小气室长度、提高气体测量的精确度以及可同时测量多种气体的浓度。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案如下：
3、一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，包括如下步骤：
4、步骤一、设计平面椭圆，设定光源的位置为焦点f1，信号接收器的位置为焦点f2，以f1与f2连线的中心为原点
5、步骤二、设计立体的椭圆球，将步骤一中的平面椭圆绕x轴旋转半周，得到一个椭圆球，设定光源的位置为焦点f1，信号接收器的位置为焦点f2，以f1与f2连线的中心为原点，建立空间直角坐标系，在空间直角坐标系中建立椭圆球，椭圆球的数学表达式为：
6、(其中x、y、
7、z为坐标参数，a和b为常数，且a>b>0)，则从光源发射的光线经椭圆球的反射后到达信号接收器的光线路程为2a，焦点f1坐标为
8、焦点f2坐标为
9、步骤三、在光路设计上采用至少两个椭圆球拼接形成反射面，平分光线的方案；将椭圆球以焦点f1为圆心转动，所有椭圆球有共同焦点f1，以椭圆球的形状来设计气室，并将椭圆球内壁设计为反射面；将光源的位置设置在焦点f1处，向四周发射光线，经椭圆球反射后，反射光线分别汇集到椭圆球的另一个焦点；在每个椭圆球的另一个焦点处的信号接收器上分别设置滤光片，从光源出发经椭圆球内壁反射后到达不同滤光片的红外光，光线路程均为2a，光线数量相同；
10、步骤四、在多个通道中，选择其中一个通道作为参考通道，光源发射一定范围波长的红外光，与参考通道相对应的滤光片允许特定波长的红外光穿过，测量该特定波长的红外信号，用来补偿测量结果。
11、进一步地，所述椭圆球有两个，其中椭圆球1焦点为f1和f2，椭圆球2焦点为f1和f3，且焦点f1和焦点f2以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
12、进一步地，将椭圆球沿着长轴的两外侧对称切除。
13、进一步地，将椭圆球以x轴、y轴所在的平面处进行分割，取其中半个椭圆球，将椭圆球沿着长轴的两外侧对称切除，再旋转光源和信号接收器的方向，使其对着椭圆球内侧的反射面。
14、进一步地，将椭圆球沿着长轴的两外侧对称切除，并将椭圆球沿着短轴的两外侧对称切除。
15、进一步地，将椭圆球沿着短轴的两外侧对称切除，并将椭圆球靠近信号接收器的一侧斜向切除。
16、进一步地，所述椭圆球有三个，所有椭圆球有共同焦点f1，所有椭圆球的另一个焦点以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
17、进一步地，所述椭圆球有四个，所有椭圆球有共同焦点f1，所有椭圆球的另一个焦点以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
18、进一步地，所述椭圆球有五个，所有椭圆球有共同焦点f1，所有椭圆球的另一个焦点以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
19、进一步地，所述椭圆球有若干个，所有椭圆球有共同焦点f1，所有椭圆球的另一个焦点以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
20、本专利技术的有益效果为：本专利技术通过根据椭圆球的形状来设计气室，又通过将椭圆球内壁设计为反射面，将光源的位置设置在焦点f1处，将信号接收器的位置设置在椭圆球的另一个焦点处；光源从焦点f1向四周发射光线，光线经椭圆球内壁的反射面反射后，反射光线分别汇集到椭圆球的另一个焦点，并分别被相应的滤光片过滤后，被信号接收器；从光源向四周发射的光线，经椭圆球内壁的反射面反射后，到信号接收器的光线路程都是2a；与传统技术中光源直射相比，本专利技术充分利用了椭圆球的特性，进一步增大了光线路程，同时缩短了气室的长度。
21、本专利技术在多个通道中，选择其中一个通道作为参考通道，光源发射一定范围波长的红外光，与参考通道相对应的滤光片允许特定波长的红外光穿过，同时滤除其他波长的红外光，参考通道的红外信号会受到硬件缓慢老化(或壳体氧化)、高低温冲击、湿度等影响，信号接收器接收并测量参考通道的红外信号，并将该参考通道的测量值与标准值进行对比，计算出差值，并利用该差值补偿正常测量气体浓度的红外信号的测量结果，从而使正常测量气体浓度的测量结果精确度得到进一步提高。
22、由于气室的设计至少通过两个椭圆球拼接而成，每个椭圆球均可以成为一个独立的测量通道，每个通道分别用不同的滤光片过滤掉多余波长的光线，允许特定波长的红外光通过，使信号接收器分别接收多种不同波长的红外信号，实现对多种气体的同时测量的目的。与传统技术相比，本专利技术实现了可同时测量多种气体浓度的目的。
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1.一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：所述椭圆球有两个，其中椭圆球1焦点为F1和F2，椭圆球2焦点为F1和F3，且焦点F1和焦点F2以X轴为轴心呈圆周阵列排列。
3.根据权利要求2所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：将椭圆球沿着长轴的两外侧对称切除。
4.根据权利要求2所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：将椭圆球以x轴、y轴所在的平面处进行分割，取其中半个椭圆球，将椭圆球沿着长轴的两外侧对称切除，再旋转光源和信号接收器的方向，使其对着椭圆球内侧的反射面。
5.根据权利要求2所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：将椭圆球沿着长轴的两外侧对称切除，并将椭圆球沿着短轴的两外侧对称切除。
6.根据权利要求2所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：将椭圆球沿着短轴的两外侧对称切除，并将椭圆球靠近
7.根据权利要求1所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：所述椭圆球有三个，所有椭圆球有共同焦点F1，所有椭圆球的另一个焦点以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
8.根据权利要求1所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：所述椭圆球有四个，所有椭圆球有共同焦点F1，所有椭圆球的另一个焦点以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
9.根据权利要求1所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：所述椭圆球有五个，所有椭圆球有共同焦点F1，所有椭圆球的另一个焦点以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
10.根据权利要求1所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：所述椭圆球有若干个，所有椭圆球有共同焦点F1，所有椭圆球的另一个焦点以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
...【技术特征摘要】
1.一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：所述椭圆球有两个，其中椭圆球1焦点为f1和f2，椭圆球2焦点为f1和f3，且焦点f1和焦点f2以x轴为轴心呈圆周阵列排列。
3.根据权利要求2所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：将椭圆球沿着长轴的两外侧对称切除。
4.根据权利要求2所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：将椭圆球以x轴、y轴所在的平面处进行分割，取其中半个椭圆球，将椭圆球沿着长轴的两外侧对称切除，再旋转光源和信号接收器的方向，使其对着椭圆球内侧的反射面。
5.根据权利要求2所述的一种可高精度测量多种组分的气体传感器的设计方法，其特征在于：将椭圆球沿着长轴的两外侧对称切除，并将椭圆球沿着短轴的两外侧对称切除。
6.根据权利要求2所述的一种可高精...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，杨鑫林，
申请(专利权)人：深圳宇问测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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