(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 202210393294.3 (22)申请日 2022.04.15 (71)申请人 苏州谱融传感科技有限公司 地址 215600 江苏省苏州市张家港保税区 科技创业园B幢3 06室 (72)发明人 方聪　刘源　焦耀武　汪尧威　 赵伟刚　 (74)专利代理 机构 苏州启华专利代理事务所 (普通合伙) 32357 专利代理师 徐伟华 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种快调制NDIR气体传感器 (57)摘要 本发明公开了一种快调制NDIR气体传感器， 包括光学腔体、 红外光源、 电致变色器件、 红外光 敏感器件、 信号调理电路、 温度传感器件、 带ADC 的单片机、 光源电源、 信号电源、 单片机电源及调 制单元， 所述红外光源、 电致变色器件及红外敏 感器件设置在光学腔体内， 其通过光源电源为红 外光源恒定供电并产生恒定的辐射， 调制单元为 电致变色器件 供电， 并输出特定规律的连续的电 压驱动电致变色器件的透过率光谱产生时域上 的周期改变， 对穿过电致变色器件的、 红外光源 辐射的红外光束在光谱和时间域上产生双重调 制， 以达到提高红外光敏感器件信号信噪比和气 体光谱吸收波段利用率的效果。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 114813609 A 2022.07.29 CN 114813609 A 1.一种快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 包括光学腔体、 红外光源、 电致变色器件、 红外光敏感器件、 信号调理电路、 温度传感器件、 带ADC的单片 机、 光源电源、 信号电源、 单片 机电源及调制单元， 所述红外光源、 电致变色器件及红外敏感器件设置在光学腔体内， 其 中， 红外光源辐射的红外光束在光学腔体 内沿限定的路径传播， 穿过电致变色器件的膜层 进入红外光敏感器件并产生被调制的电压信号， 电压信号通过信号调理电路进行放大、 滤 波处理， 进一步被单片 机的ADC转换为采样数据， 并在单片 机中与温度传感器件输出的温度 信号进行运 算处理， 得到气体浓度值； 单片机电源为单片机供电， 光源电源为红外光源供电， 信号电源为红外光敏感器件、 信 号调理电路、 温度传感器件供电， 调制单元为电致变 色器件供电， 所述调制单元驱动电致变 色器件的透过率光谱产生时域上 的周期改变， 对穿过电致变色器件的、 红外光源辐 射的红 外光束在光谱和 时间域上产生双重调制， 所述调制单元设置于单片机外或置于单片机内 部。 2.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述调制单元单元为调 制电源， 所述调制电源在单片机的控制下为电致变色器件供电； 所述光源电源为红外光源恒定供电并产生恒定的辐射， 单片机通过I/O口控制调制电 源输出一定占空比的高低电平以驱动电致变色器件的透过率光谱产生时域上的周期改变， 对穿过电致变色器件的、 红外光源辐射的红外光束在光谱和时间域上产生双重调制； 电致变色器件的透过率光谱曲线随所施加的电压在特定规律下变化， 在调制电源输出 的高低固定幅值的电平调制下， 电致变色器件的透过率光谱也在两种状态下切换， 通过调 节单片机I/O口输出控制电平的频率以调整电致变 色器件的透过率光谱切换速度以及红外 光敏感器件输出电压的频率。 3.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述光源电源在单片机 的控制下为红外光源供电， 所述调制单元单元为调制电源， 所述调制电源在单片机的控制 下为电致变色器件供电； 所述单片机通过一路I/O口控制光源电源输出一定占空比的高低电平驱动红外光源产 生特定周期调制的红外辐 射， 单片机通过另一路I/O口控制调制电源输出一定占空比的高 低电平驱动电致变色器件的透过率光谱产生时域上的特定周期改变， 对穿过电致变色器件 的、 红外光源辐射的红外光束在光谱和时间域上产生多重调制； 电致变色器件的透过率光谱曲线随所施加的电压在特定规律下变化， 在调制电源输出 的高低固定幅值的电平调制下， 电致变色器件的透过率光谱也在两种状态下切换， 通过调 节单片机I/O口输出控制电平的频率以调整电致变 色器件的透过率光谱切换速度以及红外 光敏感器件输出电压的频率。 4.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述光源电源为红外光 源恒定供电并产生恒定的辐射， 所述调制单 元为设置在单片机内的DAC模块； 所述DAC模块输出特定规律的、 连续的电压驱动电致变色器件的透过率光谱产生时域 上的周期改变， 对穿过电致变色器件的、 红外光源辐 射的红外光束在光谱和时间域上产生 连续双重调制； 电致变色器件的透过率光谱曲线随所施加的 电压在特定规律下变化， 在单片DAC模块权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114813609 A 2输出的连续平滑的电压驱动下， 电致变色器件的透过率光谱也在连续平滑的改变， 通过调 节单片机的DAC输出电压的频率以调整电致变色器件的透过率光谱切换速度以及红外光敏 感器件输出电压的频率。 5.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述光学腔体采用了表 面金属、 高红外 反射材料， 所述红外光源采用宽光谱白炽灯、 MEMS光源中的一种或两者的组 合， 所述红外光敏感器件 采用了热释电红外 探测器， 所述温度传感器件 采用热敏电阻。 6.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述信号调理电路采用 了基于运 算放大器、 带高低通滤波的同相放大电路。 7.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述信号电源采用了 LDO芯片， 所述 光源电源和调制电源均采用带使能管脚的LDO 芯片。 8.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述电致变色器件的安 装方式为集成在红外光源的窗口表面和/或集成在红外光敏感器件的窗口表面和/或集成 在光学腔体的光路上。 9.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述电致变色器件的材 质为电解质基全固态聚合物电致变色材 料， 内部及表面采用金属离 子源及微结构调控。 10.根据权利 要求4所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， DAC模块输出的电压波 形为正弦波， 单片 机的ADC采集红外光敏感器件产生的、 通过信号调理电路进 行放大滤波处 理的电压信号， 并在单片 机内部通过调制 信号的相位相关性进行电压信号幅值计算后获得 气体浓度数据。 11.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述光学腔体上设置 有与外部快速通气的接口。 12.根据权利要求1所述的快调制NDIR气体传感器， 其特征在于， 所述信号调理电路包 含相敏检测硬件电路。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114813609 A 3