CN104280357B - 红外气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种红外气体传感器，包括光学腔体、信号采集电路板以及分别连接在所述信号采集电路板上的红外光源和探测器，其特征在于：所述光学腔体的腔壁上设置有光源安装孔和探测器安装孔，所述红外光源安装在所述光源安装孔内，所述探测器安装在所述探测器安装孔内；所述光学腔体的内壁、所述反射柱的圆柱形反射面、所述光学反射块的光源反射面和接收反射面构成红外气体传感器的“C”形光路。其具有结构简单、装配方便、外形小巧、光路长的优点。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体的说，涉及了一种红外气体传感器。
背景技术
红外气体传感器是运用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的目标气体进行探测。红外气体传感器通常有红外光源、光学腔体、探测器、信号采集和处理电路四部分组成。通常的红外气体传感器采用红外光源在光学腔体的一端发射红外光谱，探测器在光学腔体的另外一端接收红外光谱的光学结构，红外光谱发出后，被光学腔体的目标气体吸收并经光学腔体内壁多次反射后汇聚到探测器上，通过对探测器接收的光谱信号进行分析便得到目标气体的信息。
常见的红外光源和探测器多是圆柱状，红外光源和探测器需要和光学腔体结合成一个完整的光路，而且红外光源和探测器的引脚需要焊接在电路板上，这种现状造成了光学腔体的设计局限于红外光源、探测器和电路板的焊接方式。为了降低传感器整体尺寸，需要减少光学腔体的体积，为了增加红外气体传感器的灵敏度和分辨率又需要一个较长的光路。光学腔体的设计，对红外气体传感器的性能、稳定性、灵敏度等因素起着至关重要的影响。随着科技的进步，红外气体传感器向小型化发展，具有设计工艺简单、装配方便的小型光学腔体成为红外气体传感器的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种具有结构简单、装配方便、外形小巧、光路长的红外气体传感器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种红外气体传感器，包括光学腔体、信号采集电路板以及分别连接在所述信号采集电路板上的红外光源和探测器，所述光学腔体的腔壁上设置有光源安装孔和探测器安装孔，所述红外光源安装在所述光源安装孔内，所述探测器安装在所述探测器安装孔内；
所述光学腔体是圆柱状光学腔体，所述光学腔体内设置有反射柱和光学反射块，所述反射柱的中心位于所述光学腔体的中心，所述光学反射块位于所述光学腔体的内壁与所述反射柱之间，所述反射柱的外侧面具有圆柱形反射面，所述光学反射块的两侧分别具有光源反射面和接收反射面，所述红外光源和所述探测器分别靠近所述光学反射块的两侧设置，且所述光学腔体的内壁、所述反射柱的圆柱形反射面、所述光学反射块的光源反射面和接收反射面构成红外气体传感器的红外光路，其中，所述光源反射面对应所述红外光源设置以便将所述红外光源发出的光会聚并射向所述光学腔体的内壁或/和所述反射柱的圆柱形反射面，所述接收反射面对应所述探测器设置以便将射向所述光学腔体的内壁或/和所述反射柱的圆柱形反射面的经多次反射后的光会聚并射向所述探测器。
基于上述，所述光学腔体由圆形底板和盖合在所述圆形底板上的圆桶形上壳体构成，其中，所述光源安装孔和所述探测器安装孔设置在所述圆形底板上，所述信号采集电路板设置在所述圆形底板的下部。
基于上述，所述红外光源是柱状光源，其垂直焊接在所述信号采集电路板上。
基于上述，所述光源反射面为球面，所述红外光源的发光端中心为所述光源反射面的球心。
基于上述，所述光源反射面为抛物柱面，所述红外光源的发光端中心为所述光源反射面的焦点。
基于上述，所述光源反射面为圆柱面，所述光源反射面与所述圆形底板垂直设置，所述红外光源的发光端中心在所述光路的中轴线上。
基于上述，所述接收反射面为球面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收反射面的焦点。
基于上述，所述接收反射面为抛物柱面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收反射面的焦点。
基于上述，所述接收反射面为倾斜向下的平面。
基于上述，所述光学腔体的内壁、所述反射柱的圆柱形反射面、所述光学反射块的光源反射面和接收反射面表面设有反光层。
本发明相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，所述光学腔体腔壁上设有所述光源安装孔和所述探测器安装孔，所述红外光源、所述探测器分别连接所述信号采集电路板，极大的方便了所述红外光源、所述探测器和所述信号采集电路板的装配以及所述红外光源、所述探测器和所述光学腔体的配合。进一步说，所述光学腔体的内壁、所述反射柱的圆柱形反射面、所述光学反射块的光源反射面和接收反射面构成红外气体传感器的“C”形光路，保证长光路的情况下，所述光学腔体尽可能小。其具有结构简单、装配方便、外形小巧、光路长的优点。
附图说明
图1是本发明的剖面图。
图2是本发明的光路图。
图3是本发明的拆分图。
图中：1.红外光源，2.探测器，3. 信号采集电路板，4.圆形底板，5.上壳体，51.气体扩散窗口，6.光学反射块，61.接收反射面,62.光源反射面，7.光源安装孔，8.探测器安装孔，9.反射柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1和图2所示，一种红外气体传感器，包括光学腔体、信号采集电路板3以及分别连接在所述信号采集电路板上的红外光源1和探测器2，所述光学腔体的腔壁上设置有光源安装孔7和探测器安装孔8，所述红外光源1安装在所述光源安装孔7内，所述探测器2安装在所述探测器安装孔8内。所述光学腔体腔壁上设有所述光源安装孔7和所述探测器安装孔8，所述红外光源1、所述探测器2分别连接所述信号采集电路板3，极大的方便了所述红外光源1、所述探测器2和所述信号采集电路板3的装配以及所述红外光源1、所述探测器2和所述光学腔体的配合。
所述光学腔体是圆柱状光学腔体，所述光学腔体内设置有反射柱9和光学反射块6，所述反射柱9的中心位于所述光学腔体的中心，所述光学反射块6位于所述光学腔体的内壁与所述反射柱9之间，所述反射柱9的外侧面具有圆柱形反射面，所述光学反射块6的两侧分别具有光源反射面62和接收反射面61，所述红外光源1和所述探测器2分别靠近所述光学反射块6的两侧设置，且所述光学腔体的内壁、所述反射柱的圆柱形反射面、所述光学反射块6的光源反射面62和接收反射面61构成红外气体传感器的红外光路，所述红外光路为“C”形。其中，所述光源反射面62对应所述红外光源1设置以便将所述红外光源1发出的光会聚并射向所述光学腔体的内壁和所述反射柱9的圆柱形反射面，所述接收反射面61对应所述探测器1设置以便将射向所述光学腔体的内壁和所述反射柱的圆柱形反射面的光经多次反射后会聚并射向所述探测器2，使得本发明具有结构简单、装配方便、外形小巧、光路长的优点。
本发明提供了一种具体的实施方式，所述光学腔体由圆形底板4和盖合在所述圆形底板4上的圆桶形上壳体5构成，其中，所述光源安装孔7和所述探测器安装孔8设置在所述圆形底板4上，所述信号采集电路板3设置在所述圆形底板4的下部。
所述红外光源1是柱状光源，其垂直焊接在所述信号采集电路板3上。
所述光源反射面62为球面，所述红外光源1的发光端中心为所述光源反射面62的球心。
在其他实施例中，所述光源反射面为抛物柱面，所述红外光源的发光端中心为所述光源反射面的焦点；或者所述光源反射面为圆柱面，所述光源反射面与所述圆形底板垂直设置，所述红外光源的发光端中心在所述光路的中轴线上。
所述接收反射面61为倾斜向下的平面。
在其他实施例中，所述接收反射面为球面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收反射面的焦点；或者所述接收反射面为抛物柱面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收反射面的焦点。
所述接收反射面无论是球面还是抛物柱面，或是倾斜向下的平面，其作用是将经多次反射后的光线汇聚到所述探测器光敏接收区上，所述接收反射面设置为平面，制造加工简单，成本低；所述接收反射面设置为曲面，光线聚焦效果好，红外气体传感器灵敏度高。
所述光学腔体的内壁、所述反射柱9的圆柱形反射面、所述光学反射块6的光源反射面62和接收反射面61表面设有反光层，所述反光层由金构成，其反射率可达95%以上。
所述圆筒形上壳体5设有气体扩散窗口，方便所述光学腔体内外气体交换。所述气体扩散窗口设有防水防尘透气网，防止水、灰尘进入所述光学腔体附着在其内壁，影响光线反射效果。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种红外气体传感器，包括光学腔体、信号采集电路板以及分别连接在所述信号采集电路板上的红外光源和探测器，其特征在于：所述光学腔体的腔壁上设置有光源安装孔和探测器安装孔，所述红外光源安装在所述光源安装孔内，所述探测器安装在所述探测器安装孔内；
所述光学腔体是圆柱状光学腔体，所述光学腔体内设置有反射柱和光学反射块，所述反射柱的中心位于所述光学腔体的中心，所述光学反射块位于所述光学腔体的内壁与所述反射柱之间，所述反射柱的外侧面具有圆柱形反射面，所述光学反射块的两侧分别具有光源反射面和接收反射面，所述红外光源和所述探测器分别靠近所述光学反射块的两侧设置，且所述光学腔体的内壁、所述反射柱的圆柱形反射面、所述光学反射块的光源反射面和接收反射面构成红外气体传感器的红外光路，其中，所述光源反射面对应所述红外光源设置以便将所述红外光源发出的光会聚并射向所述光学腔体的内壁或/和所述反射柱的圆柱形反射面，所述接收反射面对应所述探测器设置以便将射向所述光学腔体的内壁或/和所述反射柱的圆柱形反射面的经多次反射后的光会聚并射向所述探测器。
2.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于：所述光学腔体由圆形底板和盖合在所述圆形底板上的圆桶形上壳体构成，其中，所述光源安装孔和所述探测器安装孔设置在所述圆形底板上，所述信号采集电路板设置在所述圆形底板的下部。
3.根据权利要求1或2所述的红外气体传感器，其特征在于：所述红外光源是柱状光源，其垂直焊接在所述信号采集电路板上。
4.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于：所述光源反射面为球面，所述红外光源的发光端中心为所述光源反射面的球心。
5.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于：所述光源反射面为抛物柱面，所述红外光源的发光端中心为所述光源反射面的焦点。
6.根据权利要求2所述的红外气体传感器，其特征在于：所述光源反射面为圆柱面，所述光源反射面与所述圆形底板垂直设置，所述红外光源的发光端中心在所述光路的中轴线上。
7.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于：所述接收反射面为球面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收反射面的焦点。
8.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于：所述接收反射面为抛物柱面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收反射面的焦点。
9.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于：所述接收反射面为倾斜向下的平面。
10.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于：所述光学腔体的内壁、所述反射柱的圆柱形反射面、所述光学反射块的光源反射面和接收反射面表面设有反光层。
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