基于红外光谱的高灵敏度传感系统技术方案

基于红外光谱的高灵敏度传感系统，涉及一种基于红外光谱的传感系统。目的是针对现有的瓦斯传感器具有检测范围窄、检测精度低，并且很难检测高浓度瓦斯的问题。本实用新型专利技术的红外辐射发射源发射红外光波至吸收气室，该红外光波经过吸收气室折射后，一部分经波长λ1的滤光片滤波之后入射至λ1光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ1光波的红外辐射接收器将采集的信号发送至处理器；该红外光波经过吸收气室折射后，一部分经波长λ2的滤光片滤波之后入射至λ2光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ2光波的红外辐射接收器将采集的信号发送至处理器。应用于煤矿安全监测。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于红外光谱的传感器。
技术介绍
瓦斯事故是煤矿发生最多的重大、特大事故，会带来重大的人员伤亡和经济损失。为此，瓦斯浓度监测成为煤矿生产监管部门主要的工作之一。同时，开展煤矿瓦斯检测工作成为煤矿是否能够生产的必要条件。目前，用于瓦斯浓度监测的传感器几乎在国内各个煤矿中使用。但其现有的瓦斯·传感器具有检测范围窄、检测精度低，并且很难检测高浓度瓦斯等问题。另外，气敏检测传感器的互换性、一致性差，需要经常调校，并且使用不方便。因此研究和开发新型矿用高灵敏度红外瓦斯传感器对提高我国煤矿安全监测水平、防止煤矿瓦斯事故等提供了有力的保障。对我国煤炭事业的可持续性发展起着重大而深远的意义。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有的瓦斯传感器具有检测范围窄、检测精度低，并且很难检测高浓度瓦斯的问题，提供一种基于红外光谱的高灵敏度传感系统。本技术为基于红外光谱的高灵敏度传感系统，它包括红外辐射发射源、吸收气室、波长λ I的滤光片、波长λ 2的滤光片、λ I光波的红外辐射接收器、λ 2光波的红外辐射接收器和处理器；红外辐射发射源发射红外光波至吸收气室，该红外光波经过吸收气室折射后，一部分经波长λ I的滤光片滤波之后入射至λ I光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ I光波的红外辐射接收器将采集的信号发送至处理器；该红外光波经过吸收气室折射后，一部分经波长λ 2的滤光片滤波之后入射至λ2光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ 2光波的红外辐射接收器将采集的信号发送至处理器。本技术的优点是通过设计合理的气室结构和信号调理电路，成功地将热释电探测器的信号提取出来，实现对数据采样、数据处理、超限声光报警、实时显示浓度值、CAN总线以及RS485总线通信、电流/频率信号输出等功能。将其广泛地应用于煤矿安全监测中，会带来较高的经济和社会效益方面。附图说明图I为本技术的结构示意图；图2为红外热释电探测器内部电路图；图3为吸收气室2的结构示意图；图4为DAC与AD694的接口电路图；图5为红外辐射发射源I的调制电路图。具体实施方式具体实施方式一下面结合图I和图3说明本实施方式，基于红外光谱的高灵敏度传感系统，它包括红外辐射发射源I、吸收气室2、波长λ I的滤光片3、波长λ 2的滤光片4、λ I光波的红外辐射接收器5、λ 2光波的红外辐射接收器6和处理器7 ；红外辐射发射源I发射红外光波至吸收气室2，该红外光波经过吸收气室2折射后，一部分经波长λ I的滤光片3滤波之后入射至λ I光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ I光波的红外辐射接收器将采集的信号发送 至处理器；该红外光波经过吸收气室2折射后，一部分经波长λ 2的滤光片4滤波之后入射至λ 2光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ 2光波的红外辐射接收器将采集的信号发送至处理器。具体实施方式二 下面结合图I和图3说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的吸收气室2的进一步说明，本实施方式所述吸收气室2内设置有反射镜8和温度传感器9 ;所述反射镜8固定安装在吸收气室2内壁上，并且与吸收气室2外部的红外辐射发射源I、波长λ I的滤光片3和波长λ 2的滤光片4相对设置；温度传感器9与波长λ I的滤光片3同侧，并设置在波长λ I的滤光片3的上方。具体实施方式三下面结合图I说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的λ I光波的红外辐射接收器5和λ 2光波的红外辐射接收器6的进一步说明，本实施方式所述的λ I光波的红外辐射接收器5和λ 2光波的红外辐射接收器6均采用红外热释电探测器实现的。具体实施方式四下面结合图I说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的处理器7的进一步说明，本实施方式所述的处理器7是采用C8051RM1单片机实现的。具体实施方式五下面结合图I和图6说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述的基于红外光谱的高灵敏度传感系统，它还包括声光报警电路，该声光报警电路是由光电耦合器3U1、限流电阻3R1、LED灯IR、NPN型三极管T6和滤波电容3CI组成，所述光电耦合器3U1内的发光二级管的阳极连接限流电阻3R1的一端，光电耦合器3U1内的发光二极管的阴极接电源地；光电耦合器3U1内的光敏三级管的集电极同时连接LED灯IR的一端和NPN型三极管T6的集电极连接；光电耦合器3U1内的光敏三极管的发射极连接NPN型三极管T6的基极，NPN型三极管T6的发射极连接电源地；LED灯IR的另一端连接电源正极，滤波电容3CI的正极连接电源正极，该滤波电容3CI的负极连接电源地。具体实施例下面结合图I至图5说明被实施例(I)设计基于红外光谱的高灵敏度传感系统，使整个系统紧凑，并采用新型的非分光红外(NDIR)技术，提高探测的灵敏度；采用白炽灯红外光源作为红外辐射发射源并且采用热释电红外探测器作为红外辐射接收器件，通过实验的方法，确定红外光源调制频率和采样气室长度这两个关键性参数，并在实验室条件下，对传感器的稳定性、响应时间和灵敏度进行了测试和分析； (2)采用微弱信号的放大滤波电路，运算放大器选用LM324，提高整个检测系统的信噪比和精度；(3)选用C8051RM1单片机作为核心，完成A/D采样和数据处理、判断处理、数据的传输等功能，声光报警电路由蜂鸣器、限流电阻、LED和NPN型三极管构成，由单片机的Pl. 7 (SOUND) 口控制声音报警，由单片机的Pl. 6 (LIGHT) 口控制9786光报警，信号输出使用红外遥控器上的制式切换按键，选择是标准或者是非标准信号输出制式。如电流信号O 5mAU 5mA、0 10mA、4 20mA 以及频率信号 O 500Hz、200 600 960Hz、200 1000Hz,200 1000 1960Hz、0 5000Hz等方式输出。当输出电流信号时，由单片机内部的数/模转化器(DAC)来实现，当需要输出频率信号时，由单片机内部的可编程计数器阵列(PCAO)来完成。(4)当甲烷气体浓度达到预设定报警点(O. 75%,1% )时，通过发光、发声等方式报警。软件方面采用模块化编程方法，充分利用单片机低功耗的特性，采用定时中断方式，并通过对单片机编程实现了红外瓦斯传感器的主程序、信号采样、数据处理、信号输出、键盘输入、数据通信等各模块功能。最后，通过对这些程序模块的设计研究，设计出满足红外瓦斯传感器功能及技术要求的软件程序。本技术不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。权利要求1.基于红外光谱的高灵敏度传感系统，其特征是它包括红外辐射发射源(I)、吸收气室⑵、波长λ I的滤光片(3)、波长λ 2的滤光片(4)、λ I光波的红外辐射接收器(5)、λ 2光波的红外辐射接收器(6)和处理器(7)； 红外辐射发射源(I)发射红外光波至吸收气室(2)， 该红外光波经过吸收气室(2)折射后，一部分经波长λ I的滤光片(3)滤波之后入射至λ I光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ I光波的红外辐射接收器将采集的信号发送至处理器； 该红外光波经过吸收气室(2)折射后，一部分经波长λ 2的滤光片(4)滤波之后入射至λ 2光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ 2光波的红外辐射接本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于红外光谱的高灵敏度传感系统，其特征是：它包括红外辐射发射源(1)、吸收气室(2)、波长λ1的滤光片(3)、波长λ2的滤光片(4)、λ1光波的红外辐射接收器(5)、λ2光波的红外辐射接收器(6)和处理器(7)；红外辐射发射源(1)发射红外光波至吸收气室(2)，该红外光波经过吸收气室(2)折射后，一部分经波长λ1的滤光片(3)滤波之后入射至λ1光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ1光波的红外辐射接收器将采集的信号发送至处理器；该红外光波经过吸收气室(2)折射后，一部分经波长λ2的滤光片(4)滤波之后入射至λ2光波的红外辐射接收器的光敏面内；λ2光波的红外辐射接收器将采集的信号发送至处理器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史健婷，王建才，陶金，陈亦男，刘付刚，
申请(专利权)人：黑龙江科技学院，
类型：实用新型
国别省市：