技術領域

本發明涉及一種傳感器，尤其是涉及一種濃度傳感器。

背景技術

隨著工業生產的不斷發展，對煤炭的需求量越來越大，然而隨著開采規模的不斷擴大，使得煤礦事故不斷發生，如瓦斯事故在煤礦事故中的比例越來越高。為了防止煤礦事故的發生，保障礦工的健康和安全，促進生產的發展，提高煤炭企業的經濟效益，需要對井下的環境進行檢測，對可能造成災害的各種有害氣體進行準確的測量和控制，所以瓦斯濃度的監控對煤礦生產安全有著重要意義。

現有的瓦斯濃度的測量方法主要有載體催化式、光干涉式以及離子化式。載體催化劑式法是利用瓦斯在催化劑元件上的氧化生熱引起電阻變化來測定瓦斯濃度的，這種測量方式的缺點是探測元件壽命短，測量的硫化物及硅蒸汽會使元件中毒而失效。光干涉法是利用光波對空氣和瓦斯折射率的不同所產生的光程差，引起干涉條紋移動來實現對瓦斯濃度的測量，這種測量方式濃度指示不明顯，受氣溫影響嚴重，特別是在空氣、氧氣或氮氣不足時，會產生誤差，且應用的光學元件具有結構復雜、成本較高和自動檢測困難的缺陷。離子化式：氣體在放射性元素的輻射作用下發生電離，在氣體介質中的兩個電極之間產生電流。這種測量方式測量低濃度的瓦斯很困難，且空氣濕度對檢測的結果有很大的影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術測量氣體濃度的方法具有結構復雜、測量精度低、受外部環境影響大以及安全性差等的缺陷，提供一種濃度傳感器，該濃度傳感器采用紅外光譜吸收原理，使得濃度傳感器具有靈敏度高、壽命長、價格便宜、維護簡單、安全防爆且不存在元件中毒現象。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

本發明提供了一種濃度傳感器，其特點在于，該濃度傳感器包括一光電轉換單元、一電信號處理單元和一計算單元，該光電轉換單元包括一第一光電轉換單元和一第二光電轉換單元，該第一光電轉換單元包括一第一紅外光源、一第一濾光片、一第一氣室和一第一紅外傳感器，該第二光電轉換單元包括一第二紅外光源、一第二濾光片、一第二氣室和一第二紅外傳感器；

該第一紅外光源用于發出第一紅外光，該第一紅外光經該第一濾光片濾光后被該第一氣室中的待測氣體吸收，該第一紅外傳感器用于接收被該待測氣體吸收的第一紅外光并轉換為第一電信號；

該第二紅外光源用于發出第二紅外光，該第二紅外光經該第二濾光片濾光后被該第二氣室中的參考氣體吸收，該第二紅外傳感器用于接收被該參考氣體吸收的第二紅外光并轉換為第二電信號；

該電信號處理單元用于將接收到的該第一電信號和該第二電信號經處理后得到的一第一數字信號和一第二數字信號傳輸至該計算單元；

該計算單元用于根據接收到的該第一數字信號和該第二數字信號計算出該待測氣體的濃度。

較佳地，該待測氣體為瓦斯氣體。

較佳地，該參考氣體為空氣。當然，該待測氣體還可以為工業生產中其它的有害氣體，該參考氣體的選擇也并不局限于空氣。

較佳地，該第一濾光片和該第二濾光片均為一窄帶干涉濾光片。

較佳地，該第一濾光片的中心波長為4.26um，半波帶寬為180nm。

較佳地，該第二濾光片的中心波長為4.0um，半波帶寬為90nm。該第一濾光片作為選擇待測氣體的濾光片，其中心波長為4.26um表明該第一濾光片在該中心波長下通過的紅外光為該第一氣室中的待測氣體的吸收峰，即該中心波長與該待測氣體的吸收峰相對應，有利于對該待測氣體的濃度的檢測。該第二濾光片作為選擇參考氣體的濾光片，其中心波長的選擇最有利于該參考氣體吸收紅外光。

較佳地，該第一紅外光源和該第二紅外光源均為一IRL715（紅外光源的型號）光源。

較佳地，該第一紅外傳感器和該第二紅外傳感器均為一熱電堆傳感器。

較佳地，該計算單元用于根據lambert-beer定律（朗波-比爾定律）計算出該待測氣體的濃度。

本發明的該濃度傳感器采用紅外光譜吸收原理，當紅外光輻射通過該待測氣體時，該待測氣體的分子吸收光能量，由于不同的氣體對紅外光有不同的吸收光譜，氣體的特征光譜吸收強度與氣體的濃度有關，利用這一原理，可測量某種氣體。氣體的分子對紅外光的選擇性吸收遵循lambert-beer定律，因此，根據待測氣體對紅外光的吸收和參考氣體對紅外光的吸收，利用lambert-beer定律，可以計算出該待測氣體的濃度。

較佳地，該電信號處理單元包括一濾波電路、一差動放大電路和一數模轉換器；

該濾波電路用于對該第一電信號和該第二電信號進行濾波；