红外气体传感器浓度信号处理方法-山东科威数控机床有限公司

专利名称：红外气体传感器浓度信号处理方法
技术领域：
本发明涉及红外气体传感器，具体是一种用以高精度确定目标气体浓度的红外气体传感器浓度信号处理方法。
背景技术：
现有红外气体传感器主要以数据查表法来确定所检测目标气体的气体浓度C，其理论如下红外气体传感器的输出信号分为参照通道的输出信号uK6f.与检测通道
的输出信号uA。t.，两输出信号uKrf.、uA。t.与目标气体对红外光的吸收率I/Io有如下关系UACL/URcf＝ I/Io(a)10 入射光强，即红外光源经窄带光学滤波片滤光后入射参照通道与检测通道的红外光强度，一般在氮气条件下测得；I 透射光强，即红外气体传感器检测通道内由目标气体(又称被测气体)吸收后的红外光强度；局限于单色光的郎伯_比尔定律I = IQ exp (- e lCn)(b)C:目标气体浓度；e 目标气体对红外光的吸收系数；1:目标气体入射光程；n 修正常数，依赖于光程与目标气体成分；定义Io－I/Io为目标气体对红外气体传感器红外光的相对吸收率，用符号Fa表示 (Fractional absorbance)，即
权利要求
一种红外气体传感器浓度信号处理方法，所述红外气体传感器的输出信号分为参照通道的输出信号URef.与检测通道的输出信号UAct.，两输出信号URef.、UAct.与目标气体对红外光的吸收率有如下关系 <mrow><mfrac> <msub><mi>U</mi><mrow> <mi>Act</mi> <mo>.</mo></mrow> </msub> <msub><mi>U</mi><mrow> <mi>Ref</mi> <mo>.</mo></mrow> </msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mi>I</mi> <msub><mi>I</mi><mi>O</mi> </msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>I0入射光强，即红外光源经窄带光学滤波片滤光后入射参照通道与检测通道的红外光强度，一般在氮气条件下测得；I透射光强，即红外气体传感器检测通道内由目标气体吸收后的红外光强度；基于只局限于单色光的郎伯比尔定律I＝IO exp( εlCn)(2)C目标气体浓度；ε目标气体对红外光的吸收系数；l目标气体入射光程；n修正常数，依赖于光程与目标气体成分；其特征在于考虑到，红外光源经窄带光学滤波片滤光后入射检测通道的红外光在其波长范围内必然存在一些波长范围内的光不会被目标气体吸收，即存在非吸收波段，因此，将式(2)转换为 <mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><msub> <mi>I</mi> <mi>O</mi></msub><mo>×</mo><mrow> <mo>(</mo> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>S</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>×</mo> <msup><mi>e</mi><mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mi>Σϵl</mi> <msup><mi>C</mi><mi>n</mi> </msup> <mo>)</mo></mrow> </msup> <mo>+</mo> <mi>S</mi> 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</mrow>S非吸收波段占检测通道入射红外光波长范围的比例系数，表征了非吸收波段对红外气体传感器检测通道输出信号UAct.的贡献；α指数常数，与郎伯比尔定律中εl的平均值相关；β幂常数，取决于目标气体的光谱特性；在目标气体不存在的情况下，红外气体传感器检测通道输出信号UAct.与参照通道输出信号URef.的比值定义为红外气体传感器的零位输出比，用符号Z表示，即Z＝U′Act./U′Ref.(6)U′Act.在目标气体不存在的情况下，红外气体传感器检测通道输出信号UAct.的峰峰值；U′Ref.在目标气体不存在的情况下，红外气体传感器参照通道输出信号URef.的峰峰值；在目标气体存在的情况下，红外气体传感器透射光强I与入射光强I0的比值与红外气体传感器的零位输出比Z相关，即则式(5)可转换为 <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mi>U</mi> <mrow><mi>Act</mi><mo>.</mo> </mrow></msub><mrow> <msub><mi>U</mi><mrow> <mi>Ref</mi> <mo>.</mo></mrow> </msub> <mo>×</mo> <mi>Z</mi></mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>S</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>S</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>exp</mi><mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mi>α</mi> <msup><mi>C</mi><mi>β</mi> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mo>&DoubleRightArrow;</mo><mi>C</mi><mo>=</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mfrac> <mrow><mi>ln</mi><mrow> <mo>(</mo> 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2.根据权利要求1所述的红外气体传感器浓度信号处理方法，其特征在于还包括实时测量温度补偿方法引入温度补偿参数X，结合温度关系补偿红外气体传感器内目标气体对红外光的吸收率‘，定义温度补偿后红外气体传感器内目标气体对红外光的吸收率 (f = (yr^hm(13)
全文摘要
本发明涉及红外气体传感器，具体是一种用以高精度确定目标气体浓度的红外气体传感器浓度信号处理方法。解决了目前红外气体传感器所用气体浓度确定方法检测精度不高的问题，红外气体传感器浓度信号处理方法就如下因素进行修正1、在目标气体不存在的情况下红外气体传感器零位输出比对检测结果的影响；2、入射检测通道的红外光波长范围内非吸收波段对检测结果的影响；并实施两次温度补偿1、引入温度补偿参数，实现实时温度补偿；2、对理想气体定律中温度的影响实现二次补偿；最终获得高检测精度的目标气体浓度。方法合理、有效，能很大程度地提高红外气体传感器的检测精度，满足对于检测精度要求高的场合的实际使用需要。
文档编号G01N21/31GK101949833SQ20101029897
公开日2011年1月19日申请日期2010年9月30日优先权日2010年9月30日
发明者任勇峰, 刘俊, 张文栋, 李锦明, 熊继军, 王洪亮, 秦丽, 薛晨阳, 谭秋林申请人:中北大学