(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 202210775050.1 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 安徽农业大 学 地址 230036 安徽省合肥市长江西路13 0号 (72)发明人 唐七星　马运庆　刘路　廖娟　 王玉伟　高华　 (74)专利代理 机构 安徽省合肥新 安专利代理有 限责任公司 34101 专利代理师 陆丽莉　何梅生 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01) G05D 23/32(2006.01) (54)发明名称 一种减少温漂影响的多点恒温红外气体检 测系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种减少温漂影响的多点恒 温红外气体检测系统及方法， 该系统包括： 红外 光源、 隔热层、 帕尔贴、 温度检测模块、 加热棒、 滤 光片、 探测器、 单片机、 信号放大模块、 A/D转换器 模块、 信号采集模块和NDIR传感器， 在光源室， 气 室， 探测器室内分别加入温度检测模块、 加热棒 和帕尔贴， 并通过温度算法进行多点测温， 精准 控制与调整， 以达到各自的目标温度， 从而能降 低温度对检测的影响， 并能提高CO、 CO2气体检测 精度与稳定性。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114965341 A 2022.08.30 CN 114965341 A 1.一种减少温漂影响的多点恒温红外气体检测系统， 其特征在于， 包括： 红外光源(1)、 隔热层(2)、 帕尔贴(3)、 温度检测模块(4)、 加热棒(5)、 滤光片(6)、 探测器(7)、 单片机、 信号 放大模块、 A/D转换器模块、 信号采集模块和NDIR传感器； 所述NDIR传感器包括： 光源室、 NDIR气室、 探测器室； 所述红外光源(1)设置在所述光源室内， 在所述光源室的内表面覆盖有所述隔热层 (2)， 在所述隔热层(2)上设置若干个帕尔贴(3)和加热棒(5)及其对应的温度检测模块(4)， 且每个帕尔贴和 加热棒与每 个温度检测模块间隔设置； 所述单片机利用温度检测模块(4)对所述光源室进行多点温度检测， 并利用所述帕尔 贴(3)和加热棒(5)对光源室进 行多点温度控制， 使 得光源室内的温度保持在所设定的目标 温度t1； 所述NDIR气 室中设置有一个进气口和一个出气口， 且所述NDIR气室的长度为l， 在所述 NDIR气室 的内表面覆盖有所述隔热层(2)， 并在所述隔热层上也设置有若干个帕尔 贴和加 热棒及其对应的温度检测模块(4)， 且每 个帕尔贴和 加热棒与每 个温度检测模块间隔设置； 所述单片机利用温度检测模块对所述NDIR气室进行多点温度检测， 并利用帕尔贴和加 热棒对NDIR气室进行多点温度控制， 使得气室内的温度保持在所设定的目标温度t2； 所述滤光片(6)和探测器(7)设置在探测器室内， 并在所述探测器室的内表面也覆盖有 隔热层， 在所述探测器室的隔热层上设置有若干个帕尔贴(3)和加热棒(5)及其对应的温度 检测模块， 且每 个加热棒与每 个温度检测模块间隔设置； 所述单片机利用温度检测模块对探测器室进行多点温度检测， 并利用帕尔贴(3)和加 热棒(5)对所述探测器室进行多点温度控制， 使得探测 器室内的温度保持在所设定的目标 温度t3； 从所述NDIR气室的进气口中通入待检测气体后， 所述单片机控制光源室的红外光源 (1)发出红外光并经过NDI R气室后所产生的干扰光线， 并由所述探测器 室内的滤光片(6)进 行过滤处理， 得到滤光后的红外光； 所述探测器(7)将滤光后的红外光转换为电压信号并发 送给信号采集模块， 由所述信号采集模块对电压信号进 行信号采集， 得到目标电压信号； 再 由所述信号放大模块对所述目标电压信号进 行放大处理， 得到放大后的电压信号； 所述A/D 转换模块将放大后的电压信号转变为数字信号后传递给所述单片 机， 用于对待检测气 体进 行气体浓度检测。 2.一种减少温漂影响的多点恒温红外气体检测方法， 其特征在于， 是应用于由权利要 求1所述的多点恒温红外气体检测系统和LADRC控制器所组成的检测环境中， 所述LADRC控 制器包括： 跟踪微分器TD、 扩展状态观测器ESO以及线性状态误差反馈控制器LSEF； 所述多 点恒温红外气体 检测方法是按照如下步骤进行： 步骤1、 通过所述进气口向所述NDIR气室中通入一定的浓度的一氧化碳、 二氧化碳和氮 气的混合气体； 步骤2、 利用温度检测模块对所述光源室、 NDIR气 室、 探测器室的温度进行实时检测， 得 到第n个采样时刻的光源室的实时温度z1(n)、 NDIR气 室的实时温度z2(n)、 探测器的实时温 度z3(n)； 步骤3、 目标温度t1、 t2、 t3输入所述跟踪微 分器TD中， 并输出所述光源室的目标 温度t1在 第n个采样时刻的过渡 过程t′1(n)以及过度过程t ′1(n)的微分信号t ″1(n)、 NDIR气室的目标权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114965341 A 2温度t2在第n个采样时刻的过渡过程t ′2(n)以及过度过程t ′2(n)的微分信号t ″2(n)、 探测器 室的目标温度t3在第n个采样时刻的过渡过程t ′3(n)以及过度过程t ′3(n)的微分信号t ″3 (n)； 步骤4、 令LADRC控制器在第n个采样时刻分别对所述光源室、 NDIR气室、 探测器室输出 的调整量 为p1(n)、 p2(n)、 p3(n)； 步骤5、 所述第n个采样时刻的光源室温度 z1(n)、 NDIR气室温度z2(n)、 探测器温度z3(n) 和三个调整量p1(n)、 p2(n)、 p3(n)一起输入到所述扩展状态观测器ESO中， 并分别输出过渡 过程t′1(n)的跟踪信号s ′1(n)、 过渡过程t ′2(n)的跟踪信号s ′2(n)、 过渡过程t ′3(n)的跟踪 信号s′3(n)、 微分信号t ″1(n)的跟踪微分信号s ″1(n)、 微分信号t ″2(n)的跟踪微分信号s ″2 (n)、 微分信号t ″3(n)的跟踪微分信号s ″3(n)， 以及所述光源室在第n个采样时刻的补 偿信号 s1(n)、 NDIR气室在第n个采样时刻的补偿信号s2(n)、 探测器室在第n个采样时刻的补 偿信号 s3(n)； 步骤6、 将过度过程t ′1(n)、 t′2(n)、 t′3(n)分别与跟踪信号s ′1(n)、 s′2(n)、 s′3(n)进行 计算， 得到第n个采样时刻的跟踪误差信号e1(n)、 e2(n)、 e3(n)； 步骤7、 将微分信号t ″1(n)、 t″2(n)、 t″3(n)分别与跟踪微分信号s ″1(n)、 s″2(n)、 s″3(n) 进行计算， 得到第n个采样时刻的微分误差信号e ′1(n)、 e′2(n)、 e′3(n)； 步骤8、 所述跟踪误差信号e1(n)、 e2(n)、 e3(n)输入到线性状态误差反馈控制器LSEF中， 并输出所述光源室的调整量p ′1(n)、 NDIR气室的调整量p ′2(n)、 探测器室的调整量p ′3(n)， 再根据补偿信号s1(n)、 s2(n)、 s3(n)改变帕尔贴(3)和加热棒(5)的输入电流， 从而使得所述 光源室的实时温度z1(n)、 NDIR气室的实时温度z2(n)、 探测器的实时温度z3(n)分别达到目 标温度t1、 t2、 t3； 步骤9、 若 实时温度 z1(n)、 z2(n)、 z3(n)分别达到目标温度t1、 t2、 t3， 则所述光源室、 NDIR 气室和探测器室中的加热棒、 帕尔贴保持当前输入电流， 使得在目标温度t1、 t2、 t3工作运 行， 否则， 将n+1赋值给n后， 返回步骤2顺序执 行。 3.根据权利要求2所述的一种减少温漂影响的多点恒温红外气体检测方法， 其特征在 于， 所述跟踪微分器TD是利用式(1)得到相应输出、 所述扩展状态观测器ESO是利用式(2)得 到相应输出、 所述线性状态误差反馈控制器LSEF利用式(3)得到相应输出； 式(1)中， e(n)是所述光源室、 NDIR气室或探测器室在第n个采样时刻的偏差量， T为采 样周期， r为决定跟踪速度的因子， h为滤波因子， t(n)是所述光源室、 NDIR气室或探测器室 在第n个采样时刻的目标温度， t ′(n)是所述光源室、 NDIR气室或探测器 室在第n个采样时刻 的过渡过程， t′(n+1)是所述光源室、 NDIR气室或探测器室在第n +1个采样时刻的过渡 过程， t″(n)是所述光源室、 NDIR气室或探测器室在第n个采样时刻的过渡 过程微分信号， t ″(n+1) 是所述光源室、 NDIR气室或探测器室在第n+1个采样时刻的过渡过程微分信号， fh是fhan (·)的表达式， fhan( ·)是离散时间优化控制综合 函数；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114965341 A 3