CN103822891B - 一种小尺寸ndir型气体传感器的光学结构 - Google Patents

一种小尺寸ndir型气体传感器的光学结构 Download PDF

Info

Publication number
CN103822891B
CN103822891B CN201410048364.7A CN201410048364A CN103822891B CN 103822891 B CN103822891 B CN 103822891B CN 201410048364 A CN201410048364 A CN 201410048364A CN 103822891 B CN103822891 B CN 103822891B
Authority
CN
China
Prior art keywords
upper body
lower body
reflection
detector
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410048364.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103822891A (zh
Inventor
陶春辉
李淼
张健
高会议
董俊
李华龙
郑守国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WUXI CAS INTELLIGENT AGRICULTURAL DEVELOPMENT CO LTD
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
WUXI CAS INTELLIGENT AGRICULTURAL DEVELOPMENT CO LTD
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WUXI CAS INTELLIGENT AGRICULTURAL DEVELOPMENT CO LTD, Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical WUXI CAS INTELLIGENT AGRICULTURAL DEVELOPMENT CO LTD
Priority to CN201410048364.7A priority Critical patent/CN103822891B/zh
Publication of CN103822891A publication Critical patent/CN103822891A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103822891B publication Critical patent/CN103822891B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构，包括相对布置的上部本体和下部本体，其上均设置反射凹槽,两相邻反射凹槽之间设置隔板，上部本体的反射凹槽的中心位置处对应下部本体的隔板位置处，下部本体的反射凹槽的中心位置处对应上部本体的隔板位置处，光源、探测器分别布置在上部本体和下部本体的边角处，上部本体和下部本体共同围成由光源到探测器的光学路径。本发明由于优化结构从而减小了尺寸，用微组装来实现也能使其整体尺寸在1cm×1cm。另外，因为是小尺寸器件，所以可以使用MEMS工艺进行制作，可使此类传感器大大降低成本，同时MEMS工艺可以做到降低产品个体差异性，从而达到批量生产的目的。

Description

一种小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构
技术领域
本发明涉及NDIR型气体传感器技术领域，尤其是一种小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构。
背景技术
气体传感器在室外环境质量、室内空气质量、有毒气体检测等各方面已经广泛应用，目前，主流的气体传感器有半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器和红外吸收气体传感器等几种。其中红外吸收气体传感器有最好的性能参数，包括灵敏度、可靠性、精确度、抗干扰、选择性、校准周期、使用寿命等性能都是最好的。
NDIR型气体传感器的原理为：在红外光范围内，大多数气体都会在一定的波段带内对红外光有吸收作用，正是利用这种吸收作用来检测特定气体浓度，一般由光源、光学结构（气室）、探测器（含滤波片）三部分构成。光源辐射出红外光，经过气室中待测气体的吸收，到达探测器的能量会减小，通过探测器探测其减小程度，由比尔-朗伯特定律来给出气体浓度，比尔-朗伯特定律的计算公式如下：
其中，I0为光源辐射的光强；I为光通过吸收气体吸收后的光强；c为吸收气体的浓度；L为光通过吸收气体的路径长度；α为气体对红外光的吸收率。由以上原理可知，要使该种气体传感器达到一定性能要求，需要使光路满足一定长度，这将会增加整体的尺寸，因此，尺寸太大是这种气体传感器的一个重要不足，同时其造价也是最昂贵的。另外，虽然它的校准周期是最长的，但这种气体传感器批量生产时差异性很大，严重影响其大规模使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尺寸小、成本低、便于实现批量生产的小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构，包括相对布置的上部本体和下部本体，其上均设置反射凹槽,两相邻反射凹槽之间设置隔板，上部本体的反射凹槽的中心位置处对应下部本体的隔板位置处，下部本体的反射凹槽的中心位置处对应上部本体的隔板位置处，光源、探测器分别布置在上部本体和下部本体的边角处，上部本体和下部本体共同围成由光源到探测器的光学路径；所述上部本体朝向下部本体的一侧呈凹形，在该凹形内部沿横向自上而下布置平板，平板和隔板垂直交叉布置，反射凹槽位于平板和隔板所围成的区域内，反射凹槽的底面呈半圆状或抛物面状；上部本体的左、右侧侧板内壁上均自上而下设置反射斜板，反射斜板呈八字状布置，探测器与光源呈对角线分别布置在上部本体的边角处，平板、反射斜板和隔板共同围成由光源到探测器的光学路径。
所述下部本体朝向上部本体的一侧呈凹形，在该凹形内部沿横向自上而下布置平板，平板和隔板垂直交叉布置，反射凹槽位于平板和隔板所围成的区域内，反射凹槽的底面呈半圆状或抛物面状；下部本体的左、右侧侧板内壁上均自上而下设置反射斜板，反射斜板呈八字状布置，探测器与光源呈对角线分别布置在下部本体的边角处，平板、反射斜板和隔板共同围成由光源到探测器的光学路径。
所述上部本体的左、右两侧侧板上开设用于空气对流的气孔。
所述下部本体的左、右两侧侧板上开设用于空气对流的气孔。
由上述技术方案可知，本发明的气室结构由上部本体和下部本体两部分构成，其上含有很多交叉的反射凹槽和用于来回多次反射的反射斜板，其中反射凹槽除了能增加光路长度，还有聚焦和增加反射角度的作用，从而减小能量损失，提高光线利用率；来回多次反射主要用于提高光路长度来减小尺寸。本发明由于优化结构从而减小了尺寸，用微组装来实现也能使其整体尺寸在1cm×1cm。另外，因为是小尺寸器件，所以可以使用MEMS工艺进行制作，可使此类传感器大大降低成本，同时MEMS工艺可以做到降低产品个体差异性，从而达到批量生产的目的。
附图说明
图1为本发明中上部本体的结构示意图；
图2为本发明的侧视截面图；
图3为本发明在1瓦的光源辐射光线下探测器探测的能量分布示意图。
具体实施方式
一种小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构，包括相对布置的上部本体1和下部本体2，其上均设置反射凹槽3,两相邻反射凹槽3之间设置隔板4，上部本体1的反射凹槽3的中心位置处对应下部本体2的隔板4位置处，下部本体2的反射凹槽3的中心位置处对应上部本体1的隔板4位置处，光源7、探测器8分别布置在上部本体1和下部本体2的边角处，可以呈对角线布置也可以呈非对角线布置，只要二者对应光源的起始端和接收端即可，上部本体1和下部本体2共同围成由光源7到探测器8的光学路径，如图1、2所示。由于上部本体1和下部本体2相对布置共同组成一个气室的整体，光源7发出的光先反射到上部本体1的反射凹槽3内，再反射到下部本体2的反射凹槽3内，由图2可以看出，经过不断的反射，最终反射到探测器8上。
如图1所示，所述上部本体1朝向下部本体2的一侧呈凹形，在该凹形内部沿横向自上而下布置平板9，平板9和隔板4垂直交叉布置，反射凹槽3位于平板9和隔板4所围成的区域内，反射凹槽3的底面呈半圆状或抛物面状；上部本体1的左、右侧侧板内壁上均自上而下设置反射斜板5，反射斜板5呈八字状布置，探测器8与光源7呈对角线分别布置在上部本体1的边角处，可减轻光源7、探测器8的相互影响，平板9、反射斜板5和隔板4共同围成由光源7到探测器8的光学路径。所述上部本体1的左、右两侧侧板上开设用于空气对流的气孔6。同层两相邻反射凹槽3之间的距离可调，可通过调节该尺寸，获得更好的光线利用率，同层两相邻反射凹槽3之间的距离也就是同层两相邻反射凹槽3之间的隔板4的宽度。反射凹槽3和反射斜板5共同完成光线来回反射的目的，探测器8包含一对红外探测滤波片，其中，一个为含气体吸收带的红外探测，另一个为不含吸收波长的参考红外探测，图中箭头方向为光线路线方向。
如图2所示，所述下部本体2朝向上部本体1的一侧呈凹形，在该凹形内部沿横向自上而下布置平板9，平板9和隔板4垂直交叉布置，反射凹槽3位于平板9和隔板4所围成的区域内，反射凹槽3的底面呈半圆状或抛物面状；下部本体2的左、右侧侧板内壁上均自上而下设置反射斜板5，反射斜板5呈八字状布置，探测器8与光源7呈对角线分别布置在下部本体2的边角处，可减轻光源7、探测器8的相互影响，平板9、反射斜板5和隔板4共同围成由光源7到探测器8的光学路径。所述下部本体2的左、右两侧侧板上开设用于空气对流的气孔6。反射凹槽3和反射斜板5共同完成光线来回反射的目的，探测器8包含一对红外探测滤波片，其中，一个为含气体吸收带的红外探测，另一个为不含吸收波长的参考红外探测，图中箭头方向为光线路线方向。
如图3所示，光源辐射能量一瓦时，探测器8上的能量分布，可看出，能量分布较均匀，还可通过对反射凹槽3的参数优化达到更好的聚集效果。
综上所述，本发明的气室结构由上部本体1和下部本体2两部分构成，其上含有很多交叉的反射凹槽3和用于来回多次反射的反射斜板5，其中反射凹槽3除了能增加光路长度，还有聚焦和增加反射角度的作用，从而减小能量损失，提高光线利用率；来回多次反射主要用于提高光路长度来减小尺寸。本发明由于优化结构从而减小了尺寸，用微组装来实现也能使其整体尺寸在1cm×1cm。另外，因为是小尺寸器件，所以可以使用MEMS工艺进行制作，可使此类传感器大大降低成本，同时MEMS工艺可以做到降低产品个体差异性，从而达到批量生产的目的。

Claims (4)

1.一种小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构，其特征在于：包括相对布置的上部本体（1）和下部本体（2），其上均设置反射凹槽（3）,两相邻反射凹槽（3）之间设置隔板（4），上部本体（1）的反射凹槽（3）的中心位置处对应下部本体（2）的隔板（4）位置处，下部本体（2）的反射凹槽（3）的中心位置处对应上部本体（1）的隔板（4）位置处，光源（7）、探测器（8）分别布置在上部本体（1）和下部本体（2）的边角处，上部本体（1）和下部本体（2）共同围成由光源（7）到探测器（8）的光学路径；所述上部本体（1）朝向下部本体（2）的一侧呈凹形，在该凹形内部沿横向自上而下布置平板（9），平板（9）和隔板（4）垂直交叉布置，反射凹槽（3）位于平板（9）和隔板（4）所围成的区域内，反射凹槽（3）的底面呈半圆状或抛物面状；上部本体（1）的左、右侧侧板内壁上均自上而下设置反射斜板（5），反射斜板（5）呈八字状布置，探测器（8）与光源（7）呈对角线分别布置在上部本体（1）的边角处，平板（9）、反射斜板（5）和隔板（4）共同围成由光源（7）到探测器（8）的光学路径。
2.根据权利要求1所述的小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构，其特征在于：所述下部本体（2）朝向上部本体（1）的一侧呈凹形，在该凹形内部沿横向自上而下布置平板（9），平板（9）和隔板（4）垂直交叉布置，反射凹槽（3）位于平板（9）和隔板（4）所围成的区域内，反射凹槽（3）的底面呈半圆状或抛物面状；下部本体（2）的左、右侧侧板内壁上均自上而下设置反射斜板（5），反射斜板（5）呈八字状布置，探测器（8）与光源（7）呈对角线分别布置在下部本体（2）的边角处，平板（9）、反射斜板（5）和隔板（4）共同围成由光源（7）到探测器（8）的光学路径。
3.根据权利要求1所述的小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构，其特征在于：所述上部本体（1）的左、右两侧侧板上开设用于空气对流的气孔（6）。
4.根据权利要求2所述的小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构，其特征在于：所述下部本体（2）的左、右两侧侧板上开设用于空气对流的气孔（6）。
CN201410048364.7A 2014-02-12 2014-02-12 一种小尺寸ndir型气体传感器的光学结构 Active CN103822891B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410048364.7A CN103822891B (zh) 2014-02-12 2014-02-12 一种小尺寸ndir型气体传感器的光学结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410048364.7A CN103822891B (zh) 2014-02-12 2014-02-12 一种小尺寸ndir型气体传感器的光学结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103822891A CN103822891A (zh) 2014-05-28
CN103822891B true CN103822891B (zh) 2016-04-20

Family

ID=50758060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410048364.7A Active CN103822891B (zh) 2014-02-12 2014-02-12 一种小尺寸ndir型气体传感器的光学结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103822891B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201666870U (zh) * 2010-03-26 2010-12-08 无锡沃浦光电传感科技有限公司 双模远距离红外气体传感器
CN102265126A (zh) * 2008-10-24 2011-11-30 派洛斯有限公司 红外线光检测器及其生产
CN203069508U (zh) * 2013-01-31 2013-07-17 广东卓耐普智能技术股份有限公司 一种红外气体传感器
CN203148841U (zh) * 2012-11-26 2013-08-21 江苏远望仪器有限公司 高灵敏度多次反射光学吸收装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002286636A (ja) * 2001-01-19 2002-10-03 Advantest Corp 化学物質検出方法及び装置
JP2004053405A (ja) * 2002-07-19 2004-02-19 Horiba Ltd インラインガス分析計
JP2005337875A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Matsushita Electric Works Ltd ガスセンサ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102265126A (zh) * 2008-10-24 2011-11-30 派洛斯有限公司 红外线光检测器及其生产
CN201666870U (zh) * 2010-03-26 2010-12-08 无锡沃浦光电传感科技有限公司 双模远距离红外气体传感器
CN203148841U (zh) * 2012-11-26 2013-08-21 江苏远望仪器有限公司 高灵敏度多次反射光学吸收装置
CN203069508U (zh) * 2013-01-31 2013-07-17 广东卓耐普智能技术股份有限公司 一种红外气体传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN103822891A (zh) 2014-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205593914U (zh) 一种便携式污染气体浓度检测装置
CN104155241B (zh) 一种光程可调的长程光学吸收池
CN101592601B (zh) 高效小体积红外气体传感器
CN103822893B (zh) 一种ndir气体传感器
CN102128804A (zh) 一种侧壁进/出气的红外气体传感器
CN204203093U (zh) 一种全反射式长光程co分析仪
CN201876411U (zh) 一种长光程气室装置
CN104359850A (zh) 一种基于三椭球体吸收腔室结构的红外气体传感器
CN104111226A (zh) 一种小体积长光程的气体检测用光学腔体
CN103245634A (zh) 单片集成式微型红外气体传感器
CN205719925U (zh) 一种光程可调气体吸收池
CN103822891B (zh) 一种小尺寸ndir型气体传感器的光学结构
CN201749601U (zh) 光纤气体传感器实验装置
CN103837489A (zh) 高灵敏度多次反射光学吸收装置
CN106596408A (zh) 一种基于三角形结构的长程光谱吸收池
CN205749201U (zh) 一种改善测量效果的水泥粒度在线检测装置
CN101592600B (zh) 高灵敏度快速响应红外瓦斯传感器
CN2935133Y (zh) 光学传感器
CN108507959A (zh) 一种可变光程气体吸收气室传感系统
CN103163903A (zh) 一种太阳跟踪传感器
CN102283653B (zh) 一种基于激光测距的测量装置及其测量方法
CN101592603B (zh) 低能耗红外瓦斯传感器
CN109490213A (zh) 微型紫外吸收大气臭氧传感器
CN101968351A (zh) 植物叶片运动方位角度测量仪
CN208059884U (zh) 一种高性能智能测量仪

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant