CN104280358A - 微型红外气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型红外气体传感器，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；所述光学腔体腔面、所述光源围挡反射面、所述反射曲面和所述接收聚焦反射面构成红外气体传感器的光路，保证长光路的情况下，所述光学腔体尽可能小。该微型红外气体传感器具有结构简单、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，涉及了一种微型红外气体传感器。
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、光路长的微型红外气体传感器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种微型红外气体传感器，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；
所述光学腔体内设置有光源围挡反射面、反射曲面和接收聚焦反射面，其中，所述光源围挡反射面分别对应所述红外光源、所述反射曲面设置以便将所述红外光源发出的光会聚并射向所述反射曲面或/和经所述光学腔体内壁多次反射后射向所述反射曲面，所述反射曲面对应所述接收聚焦反射面设置以便将射向所述反射曲面的光会聚并射向所述接收聚焦反射面或/和经所述光学腔体内壁多次反射后射向所述接收聚焦反射面，所述接收聚焦反射面对应所述探测器设置以便将射向所述接收聚焦反射面的光会聚并射向所述探测器。
基于上述，所述光学腔体由底板和盖合在所述底板上的上壳体构成，其中，所述光源安装孔和所述探测器安装孔设置在所述底板上，所述信号采集电路板设置在所述底板的下部。
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，所述光源围挡反射面和所述接收聚焦反射面位于所述光学腔体的一端，所述反射曲面设置在所述光学腔体的另一端，所述反射曲面与所述光源围挡反射面、所述接收聚焦反射面相对。
基于上述，所述反射曲面为椭圆柱面，所述光反射曲面的两个焦点分别是所述红外光源的发光端中心和所述接收聚焦反射面中心；
或者所述反射曲面为球面，所述反射曲面的球心在所述红外光源的发光端中心与所述接收聚焦反射面中点连线的中垂线上；
或者所述反射曲面为圆柱面，所述反射曲面垂直设置在所述底板上，所述反射曲面的中心在所述红外光源的发光端中心与所述接收聚焦反射面中点连线的中垂线上。
基于上述，所述光源围挡反射面是球面，所述红外光源的发光端中心是所述光源围挡反射面的球心；
或者所述光源围挡反射面是抛物柱面，所述红外光源的发光端中心是所述光源围挡反射面的焦点；
或者所述光源围挡反射面为多个平面和/或曲面的组合，多个所述曲面是球面和/或抛物柱面，所述红外光源的发光端中心是多个所述曲面的球心和/或焦点。
基于上述，所述光源围挡反射面由第一平面、第二抛物柱面、第三平面、第四平面、第五平面、第六抛物柱面和第七平面顺序连接而成，所述第一平面和所述第七平面之间设有红外光源辐射缺口，所述第一平面和所述第七平面之间距离等于所述红外光源辐射缺口的宽，所述第四平面和所述红外光源辐射缺口相对，所述第二抛物柱面和所述第六抛物柱面为同一抛物柱面相对称的两部分。
基于上述，所述接收聚焦反射面为抛物柱面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收聚焦反射面的焦点；
或者所述接收聚焦反射面为球面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收聚焦反射面的焦点；
或者所述接收聚焦反射面是平面，所述接收聚焦反射面倾斜向下；
或者所述接收聚焦反射面是多个平面和/或曲面的组合，多个所述曲面为球面和/或抛物柱面，所述探测器的光敏接收区中心是多个所述曲面的焦点。
基于上述，所述光学腔体设有多个气体扩散窗口，所述气体扩散窗口设有防水防尘透气网。
本发明相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，所述光学腔体设有所述光源安装孔和所述探测器安装孔，所述红外光源和所述探测器分别与所述信号采集电路板连接，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，所述光源围挡反射面、所述反射曲面、所述接收聚焦反射面与所述光学腔体内壁构成气体传感器的光路，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是本发明的俯视结构示意图。
图2是本发明的剖视图1。
图3是本发明的剖视图2。
图4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.光源安装孔，5.探测器安装孔，6.底板，7.上壳体，71.气体扩散孔,81.光源围挡反射面，82.反射曲面，83接收聚焦反射面，84红外光源辐射缺口。
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，一种微型红外气体传感器，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4和探测器安装孔5，所述红外光源1安装在所述光源安装孔内4，所述探测器2安装在所述探测器安装孔5内。所述光学腔体腔壁上设有所述光源安装孔4和所述探测器安装孔5，并且所述红外光源1、所述探测器2的连接在所述信号采集电路板上，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。
所述光学腔体内设置有光源围挡反射面81、反射曲面82和接收聚焦反射面83，其中，所述光源围挡反射面81分别对应所述红外光源1、所述反射曲面82设置以便将所述红外光源1发出的光会聚并射向所述反射曲面82和经所述光学腔体内壁多次反射后射向所述反射曲面82，所述反射曲面82对应所述接收聚焦反射面83设置以便将射向所述反射曲面82的光会聚并射向所述接收聚焦反射面83和经所述光学腔体内壁多次反射后射向所述接收聚焦反射面83，所述接收聚焦反射面83对应所述探测器2设置以便将射向所述接收聚焦反射面83的光会聚并射向所述探测器2。
所述光源围挡反射面81和所述接收聚焦反射面83位于所述光学腔体的一端，所述反射曲面82设置在所述光学腔体的另一端，所述反射曲面82与所述光源围挡反射面81、所述接收聚焦反射面83相对。所述红外光源1辐射出的大部分光线经所述光源围挡反射面81反射聚集到所述反射曲面82上，再被所述反射曲面82反射到所述接收聚焦反射面83上，最终被所述接收聚焦反射面83反射到所述探测器3的光敏接收区；少部分光线经所述光学腔体的内壁多次反射直接到所述探测器3的光敏接收区或经多次反射最终被所述接收聚焦反射面83反射到所述探测器3的光敏接收区，保证长光路的情况下，所述光学腔体尽可能小。
所述光学腔体由底板6和盖合在所述底板6上的上壳体7构成，其中，所述光源安装孔4和所述探测器安装孔5设置在所述底板6上，所述信号采集电路板3设置在所述底板6的下部。
本发明提供了一种具体的实施方式，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。
所述反射曲面82为圆柱面，所述反射曲面82垂直设置在所述底板6上，所述反射曲面82的中心在所述红外光源1的发光端中心与所述接收聚焦反射面83中点连线的中垂线上。
在其他实施例中所述反射曲面可设置为椭圆柱面，所述光反射曲面的两个焦点分别是所述红外光源的发光端中心和所述接收聚焦反射面中心。或者所述反射曲面设置为球面，所述反射曲面的球心在所述红外光源的发光端中心与所述接收聚焦反射面中点连线的中垂线上。
所述反射曲面无论是椭圆柱面还是球面，或是圆柱面，其作用是将所述红外光源辐射出的大部分光线反射汇聚到所述接收聚焦反射面上。
所述光源围挡反射面81为多个平面和曲面的组合，多个所述曲面是抛物柱面，所述红外光源的发光端中心是多个所述曲面的焦点。
本发明提供了一种具体的结构，所述光源围挡反射面81由第一平面、第二抛物柱面、第三平面、第四平面、第五平面、第六抛物柱面和第七平面顺序连接而成，所述第一平面和所述第七平面之间设有红外光源辐射缺口84，所述第一平面和所述第七平面之间距离等于所述红外光源辐射缺口84的宽，所述第四平面和所述红外光源辐射缺口84相对，所述第二抛物柱面和所述第六抛物柱面为同一抛物柱面相对称的两部分。
在其他实施例中所述光源围挡反射面可设置为球面，所述红外光源的发光端中心是所述光源围挡反射面的球心。或者所述光源围挡反射面设置为抛物柱面，所述红外光源的发光端中心是所述光源围挡反射面的焦点。
所述光源围挡反射面无论是球面，抛物柱面，或是多个平面和曲面的组合，其作用是将所述红外光源1辐射出的光线反射到汇聚到所述红外光源辐射缺口84，直接射向所述反射曲面82或经所述光学腔体内壁多次反射后射向所述反射曲面82，并防止所述红外光源1辐射出的光线直接照射到所述探测器2上。
所述接收聚焦反射面83是平面，所述接收聚焦反射面83倾斜向下。
在其他实施例中所述接收聚焦反射面可设置为球面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收聚焦反射面的焦点；或者所述接收聚焦反射面为抛物柱面，所述探测器2的光敏接收区中心是所述接收聚焦反射面的焦点；或者所述接收聚焦反射面是多个平面和曲面的组合，多个所述曲面为抛物柱面，所述探测器2的光敏接收区中心是多个所述曲面的焦点。
所述接收聚焦反射面无论是球面，抛物柱面，还是平面，或是多个面的组合，其作用是将经所述反射曲面82反射到所述接收聚焦反射面或者经所述光学腔体内壁多次反射后射向接收聚焦反射面的光线聚焦到所述探测器2的光敏接收区。
所述光学腔体设有多个气体扩散窗口71，方便所述光学腔体内外气体交换。所述气体扩散窗口71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 (9)
1.一种微型红外气体传感器，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；
所述光学腔体内设置有光源围挡反射面、反射曲面和接收聚焦反射面，其中，所述光源围挡反射面分别对应所述红外光源、所述反射曲面设置以便将所述红外光源发出的光会聚并射向所述反射曲面或/和经所述光学腔体内壁多次反射后射向所述反射曲面，所述反射曲面对应所述接收聚焦反射面设置以便将射向所述反射曲面的光会聚并射向所述接收聚焦反射面或/和经所述光学腔体内壁多次反射后射向所述接收聚焦反射面，所述接收聚焦反射面对应所述探测器设置以便将射向所述接收聚焦反射面的光会聚并射向所述探测器。
2.根据权利要求1所述的微型红外气体传感器，其特征在于：所述光学腔体由底板和盖合在所述底板上的上壳体构成，其中，所述光源安装孔和所述探测器安装孔设置在所述底板上，所述信号采集电路板设置在所述底板的下部。
3.根据权利要求1或2所述的微型红外气体传感器，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所述的微型红外气体传感器，其特征在于：所述光源围挡反射面和所述接收聚焦反射面位于所述光学腔体的一端，所述反射曲面设置在所述光学腔体的另一端，所述反射曲面与所述光源围挡反射面、所述接收聚焦反射面相对。
5.根据权利要求4所述的微型红外气体传感器，其特征在于：所述反射曲面为椭圆柱面，所述光反射曲面的两个焦点分别是所述红外光源的发光端中心和所述接收聚焦反射面中心；
或者所述反射曲面为球面，所述反射曲面的球心在所述红外光源的发光端中心与所述接收聚焦反射面中点连线的中垂线上；
或者所述反射曲面为圆柱面，所述反射曲面垂直设置在所述底板上，所述反射曲面的中心在所述红外光源的发光端中心与所述接收聚焦反射面中点连线的中垂线上。
6.根据权利要求4所述的微型红外气体传感器，其特征在于：所述光源围挡反射面是球面，所述红外光源的发光端中心是所述光源围挡反射面的球心；
或者所述光源围挡反射面是抛物柱面，所述红外光源的发光端中心是所述光源围挡反射面的焦点；
或者所述光源围挡反射面为多个平面和/或曲面的组合，多个所述曲面是球面和/或抛物柱面，所述红外光源的发光端中心是多个所述曲面的球心和/或焦点。
7.根据权利要求6所述的微型红外气体传感器，其特征在于：所述光源围挡反射面由第一平面、第二抛物柱面、第三平面、第四平面、第五平面、第六抛物柱面和第七平面顺序连接而成，所述第一平面和所述第七平面之间设有红外光源辐射缺口，所述第一平面和所述第七平面之间距离等于所述红外光源辐射缺口的宽，所述第四平面与所述红外光源辐射缺口相对，所述第二抛物柱面和所述第六抛物柱面为同一抛物柱面相对称的两部分。
8.根据权利要求4所述的微型红外气体传感器，其特征在于： 所述接收聚焦反射面为抛物柱面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收聚焦反射面的焦点；
或者所述接收聚焦反射面为球面，所述探测器的光敏接收区中心是所述接收聚焦反射面的焦点；
或者所述接收聚焦反射面是平面，所述接收聚焦反射面倾斜向下；
或者所述接收聚焦反射面是多个平面和/或曲面的组合，多个所述曲面为抛物柱面，所述探测器的光敏接收区中心是多个所述曲面的焦点。
9.根据权利要求1所述的微型红外气体传感器，其特征在于：所述光学腔体设有多个气体扩散窗口，所述气体扩散窗口设有防水防尘透气网。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 450001 Zhengzhou high tech Development Zone, Henan, Cedar Road, No. 169 Applicant after: Hanwei Technology Group Limited by Share Ltd Address before: 450001 Zhengzhou high tech Development Zone, Henan, Cedar Road, No. 169 Applicant before: Henan Hanwei Electronics Co., Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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