本发明涉及物理测试，特别涉及一种非分光型红外气体传感器及其气体测试方法。

  1、天然气作为生活能源之一，其安全性与生命、财产息息相关，天然气泄漏可能会造成危害环境、伤害人身财产安全的难以处理的后果。现有家用天然气检测装置主要是采用催化燃烧型产品，虽然价格低，但存在稳定性差、校正周期短、容易中毒、必须在有氧环境下工作、常规使用的寿命短等问题。因此就需要一种可靠性高、灵敏度较高且低成本的气体传感器。

  1、本发明的目的是设计一种可靠性高、灵敏度较高且低成本的气体传感器，提供一种非分光型红外气体传感器及其气体测试方法。

  4、红外探测气室，所述红外探测气室包括发送端、气室、接收端，气室内存在待测气体时，发送端根据mcu控制单元发送的高电平向接收端发射红外光，接收端包括参考通道、测量通道，参考通道向mcu控制单元发送参考电压，测量通道向mcu控制单元发送测量电压；

  5、mcu控制单元，用于根据参考电压、测量电压计算出红外探测气室的出射光强度，再根据朗伯比尔定律计算出待测气体的浓度。

  7、参考通道通过运放外围电路向mcu控制单元发送参考电压，运放外围电路用于对参考通道输出的参考电压进行放大；

  8、测量通道通过运放外围电路向mcu控制单元发送测量电压，运放外围电路用于对测量通道输出的测量电压进行放大。

  9、还包括参考电路，所述参考电路与运放外围电路的输入端连接，用于向运放外围电路提供参考电压。

  10、还包括测温外围电路，所述测温外围电路包括连接于参考电路和mcu控制单元的adc3口之间的线路，以及连接于红外探测气室的接收端和mcu控制单元的adc0口之间的线、所述mcu控制单元根据adc0口的电压和adc3口的电压，计算出红外探测气室的环境和温度：

  13、其中，t为红外探测气室的环境和温度；在同环境下，v_adc0为mcu控制单元的adc0口所接收到的电压值；v_adc3为mcu控制单元的adc3口所接收到的电压值；为已知的固定系数。

  14、还包括红外灯驱动单元，mcu控制单元通过红外灯驱动单元向红外探测气室的发送端发送高电平，通过红外灯驱动单元给红外灯提供足够的驱动电流。

  16、步骤1，将传感器分别放入空气、与待测气体同类型且已知浓度的气体中，基于朗伯比尔定律，对传感器进行校零校准，得出校零校准后的入射光强度、吸收系数、光程长度；

  17、步骤2，在校零校准时，获取传感器放入空气中时的红外探测气室的环境和温度；

  18、步骤3，基于朗伯比尔定律，结合校零校准后得出的入射光强度、吸收系数、光程长度、空气中的环境和温度，以及测试待测气体时的环境和温度，计算得到待测气体的浓度。

  22、再将传感器放入与待测气体同类型的气体中，且已知浓度为xc，根据朗伯比尔定律有：

  24、其中，i0为入射光强度；ilow为空气环境中的出射光强度，ic为待测气体环境中的出射光强度；xlow为空气环境中待测气体的浓度，xc为待测气体环境中待测气体的浓度；k为吸收系数；l为光程长度；

  25、ilow等于空气环境时测量电压v_act与参考电压v_ref的比值，ic等于待测气体环境时测量电压v_act与参考电压v_ref的比值；由于ilow、ical由测量得知，xlow、xcal也已知，联立式（1）、式（2），计算得出校零校准后的i0，以及校零校准后的吸收系数k与光程长度l的乘积kl。

  29、其中，tlow为校零校准时空气环境中的环境和温度；在同环境下，v_adc0为mcu控制单元的adc0口所接收到的电压值；v_adc3为mcu控制单元的adc3口所接收到的电压值；为已知的固定系数。

  33、其中，fa为吸收率；i0为校零校准后得到的入射光强度；i为出射光强度，i=v_act/v_ref，v_act为mcu控制单元接收到的测量电压，v_ref为mcu控制单元接收到的参考电压；

  38、式（5）中，kl为校零校准后的吸收系数k与光程长度l的乘积；式（6）中，tlow为校零校准时空气环境中测量的环境温度；式（7）中，t为测量待测气体时的环境温度，为已知的固定系数，v_adc0为测量待测气体时mcu控制单元的adc0口所接收到的电压值；v_adc3为测量待测气体时mcu控制单元的adc3口所接收到的电压值。

  40、（1）本发明红外探测气室以待测气体吸收特定波长的红外光作为检测原理，且红外光为非分光型红外光，结构、光源驱动简单，由于光源不分光，出射光功率大，因此后端处理电路简单。

  41、（2）本发明的红外探测气室为双通道，分别为参考通道、测量通道，参考通道不受气室内气体影响，向mcu控制单元输出固定的参考电压；测量通道向mcu控制单元输出的测量电压随气室内待测气体的浓度变化而变化，mcu控制单元将测量电压和参考电压的比值作为红外探测气室的出射光强度，进而计算出待测气体的浓度，而不是传统方式简单的根据红外探测气室输出的电压直接计算出待测气体的浓度，本方案相比于传统的方式在计算待测气体浓度时考虑到整体电路的基础电压，测量结果更加可靠。

  42、（3）本发明在测试一种待测气体之前，基于朗伯比尔定律，将传感器分别放入空气和与待测气体同类型且已知浓度的气体中，对传感器进行校零校准，得到校零校准后的入射光强度i0，和吸收系数k和光程长度l的乘积，将校零校准后的i0、kl带回朗伯比尔定律，如此计算出来的待测气体浓度值更加准确。

  43、（4）本发明在测试一种待测气体之前，在对传感器进行校零校准时，同时获取传感器放入空气中时的红外探测气室的环境和温度，在正式测试待测气体时，也获取红外探测气室的环境和温度，使用环境和温度对待测气体浓度值进行补偿，进而弥补气温变化对传感器测量造成的误差。

  2.根据权利要求1所述的非分光型红外气体传感器，其特征是：还包括运放外围电路；

  3.根据权利要求2所述的非分光型红外气体传感器，其特征是：还包括参考电路，所述参考电路与运放外围电路的输入端连接，用于向运放外围电路提供参考电压。

  4.根据权利要求3所述的非分光型红外气体传感器，其特征是：还包括测温外围电路，所述测温外围电路包括连接于参考电路和mcu控制单元的adc3口之间的线路，以及连接于红外探测气室的接收端和mcu控制单元的adc0口之间的线所述的非分光型红外气体传感器，其特征是：还包括红外灯驱动单元，mcu控制单元通过红外灯驱动单元向红外探测气室的发送端发送高电平，通过红外灯驱动单元给红外灯提供足够的驱动电流。

  6.根据权利要求1-5任一项所述的非分光型红外气体传感器的气体测试方法，其特征是：包括以下步骤：

  7.根据权利要求6所述的非分光型红外气体传感器的气体测试方法，其特征是：所述步骤1具体包括以下步骤：

  8.根据权利要求7所述的非分光型红外气体传感器的气体测试方法，其特征是：所述步骤2具体包括以下步骤：

  9.根据权利要求8所述的非分光型红外气体传感器的气体测试方法，其特征是：所述步骤3具体包括以下步骤：

  本发明涉及物理测试技术领域，公开非分光型红外气体传感器及其气体测试方法，传感器包括红外探测气室，所述红外探测气室包括发送端、气室、接收端，接收端包括参考通道、测量通道，参考通道输出参考电压，测量通道输出测量电压；MCU控制单元，用于根据参考电压、测量电压计算出红外探测气室的出射光强度，再根据朗伯比尔定律计算出待测气体的浓度；方法有步骤：将传感器分别放入空气、与待测气体同类型且已知浓度的气体中，对传感器进行校零校准；测试待测气体的浓度。本发明提出的传感器可靠性高、灵敏度较高且低成本，测试方法准确度高。