CO、CO2、SO2红外集成气体传感器设计

材料为氟化钙 （CaF2），可通过波长范围为2～9.5μm的红外光，CO、CO2、SO2三种气体的特征吸收带都处于此波长范围内，抛物面反射镜的配置可使红外光源发出平行红外光，防止反射光、折射光等造成的光强度和光程改变的影响。

传感器的进气口和出气口上配置有疏水型防尘防潮过滤膜，可防止空气中的粉尘、水汽等的影响，具有较好的防潮防尘特性，能提高传感器的抗干扰性和延长产品使用寿命。

CO2集成探测器为一组带通带中心波长为4.26μm滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器组成的；CO集成探测器为一组带通带中心波长为4.67μm滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器组成的，SO2集成探测为一组带通带中心波长为7.30μm滤光片的测量红外探测器和带相应特定波长滤光片的参比红外探测器组成的。红外探测器和相应的滤光片封装在一起，可避免其他气体光信号对红外探测器的干扰。测量红外探测器和参比红外探测器与相应的滤光片是集成在一起的集成元件，有利于传感器的小型化和稳定性的提高。测量红外探测器和参比红外探测器与相应滤光片的配置，采用了双波长单光路的差分光学结构 ，能消除气室光学元器件、其他干扰气体以及环境变化等因素的影响，并且产生一个只与待测气体相关的信号，提高了抗干扰能力和测量精度。

因光源波长的稳定性易受到温度的影响，因此配置的温度传感器采集环境温度，再利用单机片对其进行修正。

声光报警系统的配置，能对危险环境做出及时和准确的报警。当检测到测量气体浓度超出限值时，单机片输出信号，此时LED闪烁，并发出报警声，以便工作人员采取相应的预防措施，防止发生严重事故。

2.3 系统软件设计

单片机采用了C500系列，在保持与80C51兼容的前提下，增强了各项性能，尤其是增强了电磁兼容性能，增加了CAN总线接口。单机片系统准确读取接收到的信号，通过初始化操作，协调硬件电路的正常工作，并对气室长度、温度、气体交叉干扰等影响测量精度和准度的因素进行自动校准，并对数据进行处理和储存。

3 工作流程

图2为CO、CO2、SO2红外集成气体传感器的工作流程图。气体经进气口进入气室，红外光源发出平行脉冲波，经由气室后平行照射到集成探测器上，经滤光后，波长为4.26μm的红外光照射到CO2集成探测器中的测量红外探测器和参比红外探测器上，波长为4.67μm的红外光照射到CO集成探测器中的测量红外探测器和参比红外探测器上，波长为7.30μm的红外光照射到SO2集成探测器中的测量红外探测器和参比红外探测器上，以上三组信号和温度传感器的数据被传至信号放大处理器处理后传至单片机系统，单片机系统对接收到的数据进行处理和储存并在显示屏上显示，经处理过的数据经由声光报警系统后，若气体测量浓度超过一定限值则指示灯变亮且发出报警声。

4 结论

本文介绍了一种基于红外差分吸收光谱检测原理的CO、CO2、SO2红外集成气体传感器。该传感器为单光源多组分红外检测器，采用了配有抛物面反射镜且封装窗口材料为氟化钙的宽带脉冲红外光源、含有疏水型防尘防潮膜的进出气口、集成红外探测器和高性能的C500系列单机片系统，在实现传感器集成化、小型化的同时，能够稳定、准确、及时的完成自动在线测量CO、CO2、SO2三组分气体。能够很好地满足工业和环境等领域的迫切需要。

（通讯作者：张建红）

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作者简介

胡建明（1981-），男，工程师，云南省永胜县人。研究方向为电子技术。

通信作者：张建红（1970-），女，高级工程师。江苏省苏州市人。研究方向为电子技术应用研究。

作者单位

云南省昆明市 650223

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