(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210992003.2 (22)申请日 2022.08.17 (71)申请人 刘飞 地址 710000 陕西省西安市高新区里花 南 路6号信凯大厦3层 申请人 李孝峰　蔡志英 (72)发明人 刘飞　李孝峰　蔡志英　黄晓燕　 (74)专利代理 机构 西安佳士成专利代理事务所 合伙企业(普通 合伙) 61243 专利代理师 吕晓辉 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于差分红外信号探测的气体含量分 析装置 (57)摘要 本发明属于气体 分析技术领域,涉及一种基 于差分红外信号探测的气体含量 分析装置， 包括 红外光源、 气室、 差分 红外信号转换模块、 信号调 理模块、 模数转换模块、 控制器模块、 温度采集模 块、 电源模块； 本发明首先处理差分红外传感器 的信号， 通过整流、 滤波、 放大等环节后， 传感器 的信号转换为包含气体含量信息的直流电平， 再 由模数转换器转换为数字量， 并由控制器计算实 际的气体含量： 实现对指定气体的含量分析， 本 发明具有测量精准、 可靠、 适应性强、 转换速度 快、 仪器寿命长。 权利要求书1页 说明书7页 附图5页 CN 115436312 A 2022.12.06 CN 115436312 A 1.一种基于差分红外信号探测的气体含量分析装置,其特征在于： 包括红外光源、 气 室、 差分红外信号转换模块、 信号调理模块、 模数转换模块、 控制器模块、 温度采集模块、 电 源模块； 所述红外光源产生的红外线用于分析 所述气室内的气体含量； 所述气室内充入气体， 通过不同气体对红外线的选择性吸收以检测分析所充入的气 体； 所述差分红外信号转换模块用于将所述气室内输出的电压测量信号差分放大并转换 为包含有正负双极性的交流信号； 所述信号调理模块用于来自所述自差分红外信号转换模块的交流信号并进行整流、 滤 波； 所述模数转换模块用于将来自所述信号调理模块输出的信号进行模数转换； 所述控制器模块用于将来自所述模数转换模块的数字信号转换为被测气体的准确含 量并传输给 上位机； 所述温度采集模块用于采集环境温度值并传输 至所述模数转换模块； 所述电源 模块用于给整个系统供电； 所述红外光源连接至气室， 所述气室电连接所述差分红外信号转换模块， 所述差分红 外信号转换模块电连接所述信号调理模块， 所述信号调理模块电连接所述模数转换模块， 所述模数转换模块电连接控制器模块， 所述控制 器模块电连接所述上位机， 所述温度采集 模块电连接所述模数转换模块。 2.如权利要求1所述的一种基于差分红外信号探测的气体含量分析装置， 其特征在于： 所述差分红外信号转换模块包括差分红外探测器、 差分放大器， 所述差分红外探测器电连 接所述差分放大器， 所述差分放大器电连接信号调理模块。 3.如权利要求1所述的一种基于差分红外信号探测的气体含量分析装置， 其特征在于： 所述信号调理模块包括精密整流电路、 低通滤波器， 所述差分红外信号转换模块电连接至 所述精密整流电路， 所述精密整流电路电连接至所述低通滤波器， 所述低通滤波器电连接 至所述模数转换模块。 4.如权利要求1所述的一种基于差分红外信号探测的气体含量分析装置， 其特征在于： 所述控制器模块 为ARM控制器。 5.如权利要求1所述的一种基于差分红外信号探测的气体含量分析装置， 其特征在于： 还包括模拟开关， 所述模拟开关由控制器模块控制以实现红外光源的通断， 所述模拟开关 的两端分别电连接控制器模块、 红外光源。 6.如权利要求1所述的一种基于差分红外信号探测的气体含量分析装置， 其特征在于： 所述控制器模块 通过RS485串口通讯电连接 至上位机 。 7.如权利要求1所述的一种基于差分红外信号探测的气体含量分析装置， 其特征在于： 所述信号调理模块与模数转换模块之间还串联有同相放大器。 8.如权利要求1所述的一种基于差分红外信号探测的气体含量分析装置， 其特征在于： 所述气室 分别输出两路信号， 一路为 参考信号， 一路为测量信号。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115436312 A 2一种基于差分红外信号 探测的气体 含量分析装 置 技术领域 [0001]本发明属于气体检测技术领域， 具体涉及 一种基于差分红外信号探测的气体含量 分析装置 。 背景技术 [0002]气体含量分析的方法多种多样， 各有优缺点。 传统的电化学法， 基于化学反应生成 的微弱电流信号进 行检测， 设备简单， 便于安装， 但传感器寿命有限， 需要定期更换， 且每种 气体需要使用对应的传感器， 测量不便， 精度也一般； 气相色谱法， 灵敏度高， 但工艺要求极 高， 且设备复杂； 因此需要一种测量更加精准、 可靠的装置来 解决这些问题。 发明内容 [0003]本发明解决技术问题所采取的技术方案是： 一种基于差分红外信号探测的气体含 量分析装置， 包括红外光源、 气室、 差分红外信号转换模块、 信号调理模块、 模数转换模块、 控制器模块、 温度采集模块、 电源 模块； [0004]红外光源产生的红外线用于分析所述气室内的气体含量； 气室内充入气体， 通过 不同气体对红外线的选择性吸收以检测分析所充入的气 体； 差分红外信号转换模块用于将 所述气室内输出的电压测量信号差 分放大并转换为包含有正负双极性的交流信号； 信号调 理模块用于来自所述自差分红外信号转换模块的交流信号并进行整流、 滤波； 模数转换模 块用于将来自所述信号调理模块输出的信号进行模数转换； 控制器模块用于将来自所述模 数转换模块的数字信号转换为被测气体的准确含量并传输给上位机； 温度采集模块用于采 集环境温度值并传输 至所述模数转换模块； 电源 模块用于给整个系统供电； [0005]红外光源连接至气室， 气室电连接所述差分红外信号转换模块， 差分红外信号转 换模块电连接信号调理模块， 信号调理模块电连接模数转换模块， 模数转换模块电连接控 制器模块， 控制器模块电连接上位机， 温度采集模块电连接模 数转换模块； 所述温度采集模 块根据所采用的温度传感器的输出信号， 经过模数转换后， 亦由控制器模块换为环境温度 值， 在计算气体含量时， 算法需要根据 环境温度值来进 行补偿， 使得气 体含量的计算更加准 确； 所述电源模块， 将 外界输入的+6V电源， 经过变换， 得到整个装置系统所使用的不同电源 电压， 包括 ±5V、 +3.3V、 +6V， 还为红外光源加热提供电源。 [0006]优选的， 所述差分红外信号转换模块包括差分红外探测器、 差分放大器， 所述差分 红外探测器电连接差 分放大器， 差 分放大器电连接信号调理模块； 差 分红外信号转换模块， 将差分红外探测器输出 的微弱电压信号， 通过差分放大器进行差分信号放大， 初步将差分 红外探测器的信号转换为具备驱动能力的单端信号， 该信号是包含有正负双极性的交流信 号， 需继续调理成为模数转换器能够识别的信号。 [0007]优选的， 所述信号调理模块包括精密整流电路、 低通滤波器， 差分红外信号转换模 块电连接至精密整流电路， 精密整流电路电连接至低通滤波器， 低通滤波器电连接至模数 转换模块； 信号调理模块接 收来自差分红外信号转换模块的交流信号， 首先通过精密整流说　明　书 1/7 页 3 CN 115436312 A 3