【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非分散红外传感器。
技术介绍
1、非分散红外(ndir)传感器常被用来检测气体(如，ch4)和测量碳氧化物(如，co和co2)的浓度。其原理是，一束红外光穿过采样腔，样本中的各气体组分吸收特定频率的红外线，通过测量相应频率的红外线吸收量，便可确定该气体组分的浓度。
2、ndir传感器是通过吸收辐射升温产生电荷来检测辐射强度，所以也会对环境温度变化作出响应，导致杂散和干扰信号增加。另外依据理想气体定律，气体浓度也会随温度变化而改变。目前的修正方法是以beer-lambert定律为基础，用变换后的传感器电压信号和温度差修正参数，这样无法消除测量噪声影响，同时对温度差的线性化修正也不理想，在零下40℃到75℃的使用环境温度范围内误差较大。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决现有非分散红外传感器在零下40℃到75℃的使用环境温度范围内误差较大的问题，提出了一种ndir传感器信号线性化和温度补偿的方法。
2、本专利技术所述的一种ndir传感器信号线性化和温度补偿的方法，包括：
3、步骤一、采用一束红外光束经待测目标气体后入射至分光器，所述分光器将所述红外光束分成两束光，两束光分别经不同波段的滤光片进行光学滤波，获得参考光信号和测量光信号，参考光信号和测量光信号分别入射至ndir传感器的参考通道和测量通道；获取参考光电信号和测量光的电信号；
4、步骤二、对所述参考光电信号和测量光的电信号进行调制，获取参考正弦波信号和测量正弦波信
5、步骤三、采用朗伯比尔定律(beer-lambert定律)，利用步骤二所述的比值，计算获取待测气体的浓度。
6、进一步地，本专利技术中，步骤一中，
7、参考光信号为仅包含无气体吸收波段的光信号；
8、测量光信号为仅包含待测气体吸收的波段的光信号。
9、进一步地，本专利技术中，步骤三中，采用朗伯比尔定律，利用步骤二所述的比值，计算获取待测气体的浓度的具体方法为：
10、步骤三一、将ndir传感器置于无目标气体的环境中，计算比值zeroj＝actj/refj，并记录当前温度，将ndir传感器置于校准测试气体中，计算ndir传感器的量程因子s；actj为无目标气体的环境中，ndir传感器的测量通道信号模值，refj为无目标气体的环境中，ndir传感器的参考通道信号模值；
11、步骤三二、采用固定温度系数对量程因子和ndir传感器的归一化透射率进行温度补偿；
12、步骤三三、利用温度补偿后的量程因子和ndir传感器的归一化透射率计算待测气体的浓度。
13、进一步地，本专利技术中，步骤三二中，采用固定温度系数对量程因子和归一化透射率进行温度补偿的具体方法包括：
14、利用归一化透射率温度修正系数对归一化透射率中的零位(t-t0)进行补偿，
15、nt(comp)＝nt*(1+α(t-t0))
16、其中，nt(comp)为修正后的归一化透射率，归一化透射率nt＝act/(zeroj*ref)，α为归一化透射率温度修正系数，t为传感器处的实际温度，t0为在校准程序中测量的温度，单位为k；
17、利用传感器温度修正系数β，对量程因子进行温度补偿：
18、s(comp)＝s+(β*((t–t0)/t0))
19、其中：s(comp)为温度补偿后的量程因子，s为在校准后的量程因子，β量程因子温度修正系数，β为固定值，t为传感器处的实际温度，单位为k，t0为在校准程序中测量的温度，单位为k。
20、进一步地，本专利技术中，量程因子温度修正系数β的获取方法为：
21、在标准气体下，由式：
22、s(comp)＝(1–nt(comp))/(1-exp(-acn))
23、计算不同温度的s(comp)值，nt(comp)为修正后的归一化透射率；
24、依据式：
25、s(comp)＝s+(β*((t–t0)/t0))
26、获得s(comp)与(t–t0)/t0为线性关系，拟合β系数，所述β系数为斜率。
27、进一步地，本专利技术中，步骤三三中，利用温度补偿后的量程因子和归一化透射率计算待测气体的浓度的方法为：
28、当1–nt(comp)的值是为正则：
29、c＝(–ln[1–((1–nt(comp))/s(comp))]/a)(1/n)
30、其中：a和n均为固定线性化系数，c为待测气体的浓度，nt(comp)为修正后的归一化透射率，s(comp)为温度补偿后的量程因子；
31、当1–nt(comp)的值为负则：
32、c＝-((ln[1–((1–nt(comp))/s(comp))]/a)(1/n))。
33、进一步地，本专利技术中，修正后的归一化透射率nt(comp)为：
34、nt(comp)＝nt*(1+α(t-t0))
35、其中：归一化透射率nt＝act/(zeroj*ref)，act为测量通道信号模值，ref为参考通道信号模值，α为温度补偿系数，t为传感器处的实际温度，t0为在校准过程中测量的温度，单位为k。
36、进一步地，本专利技术中，固定线性化系数a拟合方法为：
37、由于α系数有效的补偿了零读数，归一化透射率nt(comp)的目标值等于1，即0％浓度的透射率，将：
38、nt(comp)＝nt*(1+α(t-t0))
39、改写：
40、(1/nt)＝α(t-t0)+1
41、式中，1/nt与t-t0为线性关系。使用不同温度下0％浓度气体的归一化透射率的倒数和温度来拟合α系数，即斜率，归一化透射率nt＝act/(zero*ref)，act为测量通道信号模值，ref为参考通道信号模值。
42、本专利技术提出的基于ndir传感器信号的气体浓度计算方法，首先通过傅里叶变换有效地去除噪声、错误和其他不需要的信号，然后通过线性化方法将温度对测量电路、温度对目标气体红外吸收率、ndir传感器、理想气体体积变化的影响线性化为与beer-lambert定律相关的参数，从而计算目标气体浓度。本专利技术体提及的方法有效的去除了干扰信号，有效的补偿了温度对传感器测量结果的影响，提高了传感器的探测精度。
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1.一种基于NDIR传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于NDIR传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，步骤一中，
3.根据权利要求1或2所述的一种基于NDIR传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，步骤三中，采用朗伯比尔定律，利用步骤二所述的比值，计算获取待测气体的浓度的具体方法为：
4.根据权利要求3所述的一种基于NDIR传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，步骤三二中，采用固定温度系数对量程因子和归一化透射率进行温度补偿的具体方法包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于NDIR传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，量程因子温度修正系数β的获取方法为：
6.根据权利要求5所述的一种基于NDIR传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，步骤三三中，利用温度补偿后的量程因子和归一化透射率计算待测气体的浓度的方法为：
7.根据权利要求6所述的一种基于NDIR传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，修正后的归一化透射率NT(comp)为：
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...【技术特征摘要】
1.一种基于ndir传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于ndir传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，步骤一中，
3.根据权利要求1或2所述的一种基于ndir传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，步骤三中，采用朗伯比尔定律，利用步骤二所述的比值，计算获取待测气体的浓度的具体方法为：
4.根据权利要求3所述的一种基于ndir传感器信号的气体浓度计算方法，其特征在于，步骤三二中，采用固定温度系数对量程因子和归一化透射率进行温度补偿的具体方法包括：
5...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋子刚，齐跃，张义勇，王博强，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七零三研究所，
类型：发明
国别省市：
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