CN107860737A - 红外气体传感器 - Google Patents
红外气体传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107860737A CN107860737A CN201711063669.5A CN201711063669A CN107860737A CN 107860737 A CN107860737 A CN 107860737A CN 201711063669 A CN201711063669 A CN 201711063669A CN 107860737 A CN107860737 A CN 107860737A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ellipsoidal reflector
- cylindrical mirror
- mirror
- reflector
- light
- 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.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N ferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
Abstract
本发明设计的红外气体传感器，包括壳体，在壳体内设有光学检出机构和线路板，所述的线路板上包括解算电路和输出电路，所述的光学检出机构包括红外光源、光路通道和热电堆传感器；光学通道采用平面反射镜模式，隔离光学通道和电路板的直接接触，形成了封闭而独立的光学通道，从而减少了电路板本身对光学通道的污染。同时优化了光路通道的结构，光线从光源到达传感器需经过多次反射，并通过各种曲面反射镜尽量汇聚光线，极大的提高了光源能量的利用率，从而增加检测的精确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，特别是一种红外气体传感器。
背景技术
红外气体传感器是一种利用不同气体对不同的红外波段有不同的透射率，从而检测分析气体的设备。其需要发射红外光线穿过被检测的气体，然后接受穿过气体的光线，分析接收到光线的相应波段的感应值，得出检测结论。现有技术中，由于结构设计、对传感器体积要求等各个因素导致，红外光线穿过气体的光路较短使得气体与光线接触不充分，另一方面光路设计不合理又会导致光线能量衰减较大，上述两个因素对检测的结果都是指数级的影响，最终会使得其检测结果误差较大。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种光路长，光源能量衰减少，检测结果精确的红外气体传感器。
本发明设计的红外气体传感器，包括壳体，在壳体内设有光学检出机构和线路板，所述的线路板上包括解算电路和输出电路，所述的光学检出机构包括红外光源、光路通道和热电堆传感器；
所述的光路通道是由第一椭球反射镜、第二椭球反射镜、圆柱反射镜、第一柱面反射镜、第二柱面反射镜、第三柱面反射镜、平面反射镜以及连接前述各个反射镜的反射平面组成的封闭空间，其中第一椭球反射镜、第二椭球反射镜、圆柱反射镜、第二柱面反射镜以及平面反射镜设置在光路通道的一侧，第一柱面反射镜和第三柱面反射镜设置在光路通道的另一侧，光路两侧的各个反射镜交错相对设置；
所述的第一椭球反射镜的一侧长轴顶端向其椭球面外凸出通过圆柱反射镜连接第二椭球反射镜，第一椭球反射镜和第二椭球反射镜两个焦点重合，红外光源设置在靠近第二椭球反射镜的椭球反射镜第一焦点上，椭球反射镜的第二焦点为椭球反射镜第二焦点；
所述的第一柱面反射镜能将穿过椭球反射镜第二焦点的光反射汇聚到第二柱面反射镜上，第二柱面反射镜能将经由穿过椭球反射镜第二焦点、并通过第一柱面反射镜反射的光反射到第三柱面反射镜上，并最终通过第三柱面反射镜反射汇聚到平面反射镜上；
所述的平面反射镜与水平面成角度设置，能将经由第三柱面反射镜反射汇聚的光反射到设置在光路通道出口的热电堆传感器上。
进一步地，所述的解算电路包括轨到轨放大器、AD转换和解算单元，所述的输出电路UART通讯模块、DA转换、PWM和IO接点。
更进一步地，所述的第一椭球反射镜的两焦点之间的间距为12mm，且椭球反射镜第一焦点到第一椭球反射镜的长轴端的距离为1mm，椭球反射镜第一焦点到第二椭球反射镜的长轴端的距离为1.5mm，圆柱反射镜的直径为4.15mm；
第一柱面反射镜弧面的中点与光源在同一水平线上，其中点到光源的距离为20.7mm，半径为13mm，其弦与Y轴夹角为10°；
第二柱面反射镜弧面的中点与光源的水平距离为4mm，垂直距离为6mm，半径为22mm其弦与Y轴夹角为4°；
第三柱面反射镜弧面的中点与光源的水平距离为21.08mm，垂直距离为9mm，半径为19mm，其弦与Y轴夹角为2.3°。
与现有技术相比，本发明所得到的红外气体传感器，光学通道采用平面反射镜模式，隔离光学通道和电路板的直接接触，形成了封闭而独立的光学通道，从而减少了电路板本身对光学通道的污染。同时优化了光路通道的结构，光线从光源到达传感器需经过多次反射，并通过各种曲面反射镜尽量汇聚光线，极大的提高了光源能量的利用率，从而增加检测的精确性。
其中所述热电堆传感器可以是双通道传感器也可以是单通道传感器。所述的双通道传感器包含检测通道和参考通道，而单通道传感器包含仅检测通道。
所述轨到轨放大器，可以获得零交越失真，适合驱动AD转换芯片，而不会造成差动线性衰减，实现高精密度应用
所述AD转换为12位或16位AD转换，热电堆传感器感应出来的电压转换成对应的数字。
所述解算CPU单元，采用低功率ARM Cortex-M3或Cortex-M4 内核的CPU。
所述UART通讯模块，采用串口通讯协议，累加和校验模式，输出解算出来的二氧化碳浓度，输入设置参数、校正值。
所述DA转换为12位或16位DA转换，解算出来的二氧化碳浓度转换成对应的电压值。
所述PWM,将解算出来的二氧化碳浓度转换成对应的脉冲数。
所述IO接点，根据解算出来的二氧化碳浓度与设置的二氧化碳浓度对比，给定IO接点的开关值。
附图说明
图1是本发明的模块图。
图2是本发明的光路俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1。
如图1-2所示，本实施例描述的外气体传感器，包括壳体15，在壳体15内设有光学检出机构1和线路板，所述的线路板上包括解算电路2和输出电路3，所述的光学检出机构1包括红外光源12、光路通道4和热电堆传感器。其中所述的光路通道4设置在壳体15上部，为封闭的盒体结构，所述的线路板设置在壳体15下部光路通道4的下方。
所述的光路通道4是由第一椭球反射镜5、第二椭球反射镜6、圆柱反射镜7、第一柱面反射镜8、第二柱面反射镜9、第三柱面反射镜10、平面反射镜11以及连接前述各个反射镜的反射平面组成的封闭空间，其中第一椭球反射镜5、第二椭球反射镜6、圆柱反射镜7、第二柱面反射镜9以及平面反射镜11设置在光路通道4的一侧，第一柱面反射镜8和第三柱面反射镜10设置在光路通道4的另一侧，光路两侧的各个反射镜交错相对设置；
所述的第一椭球反射镜5的一侧长轴顶端向其椭球面外凸出通过圆柱反射镜7连接第二椭球反射镜6，第一椭球反射镜5和第二椭球反射镜6两个焦点重合，红外光源12设置在靠近第二椭球反射镜6的椭球反射镜第一焦点13上，椭球反射镜的第二焦点14为椭球反射镜第二焦点14；
所述的第一柱面反射镜8能将穿过椭球反射镜第二焦点14的光反射汇聚到第二柱面反射镜9上，第二柱面反射镜9能将经由穿过椭球反射镜第二焦点14、并通过第一柱面反射镜8反射的光反射到第三柱面反射镜10上，并最终通过第三柱面反射镜10反射汇聚到平面反射镜11上；
所述的平面反射镜11与水平面成角度设置，能将经由第三柱面反射镜10反射汇聚的光反射到设置在光路通道4出口的热电堆传感器上。
所述的解算电路2包括轨到轨放大器、AD转换和解算单元，所述的输出电路3UART通讯模块、DA转换、PWM和IO接点。
所述的第一椭球反射镜5的两焦点之间的间距为12mm，且椭球反射镜第一焦点13到第一椭球反射镜5的长轴端的距离为1mm，椭球反射镜第一焦点13到第二椭球反射镜6的长轴端的距离为1.5mm，圆柱反射镜7的直径为4.15mm；
第一柱面反射镜8弧面的中点与光源在同一水平线上，其中点到光源的距离为20.7mm，半径为13mm，其弦与Y轴夹角为10°；
第二柱面反射镜9弧面的中点与光源的水平距离为4mm，垂直距离为6mm，半径为22mm其弦与Y轴夹角为4°；
第三柱面反射镜10弧面的中点与光源的水平距离为21.08mm，垂直距离为9mm，半径为19mm，其弦与Y轴夹角为2.3°。
使用上述结构的光路通道4，根据测量，到达传感器的光能量约为光源总能量的28%，与现有技术的产品相比，光能量提高20%左右。
Claims (3)
1.一种红外气体传感器，包括壳体，在壳体内设有光学检出机构和线路板，所述的线路板上包括解算电路和输出电路，其特征是所述的光学检出机构包括红外光源、光路通道和热电堆传感器；
所述的光路通道是由第一椭球反射镜、第二椭球反射镜、圆柱反射镜、第一柱面反射镜、第二柱面反射镜、第三柱面反射镜、平面反射镜以及连接前述各个反射镜的反射平面组成的封闭空间，其中第一椭球反射镜、第二椭球反射镜、圆柱反射镜、第二柱面反射镜以及平面反射镜设置在光路通道的一侧，第一柱面反射镜和第三柱面反射镜设置在光路通道的另一侧，光路两侧的各个反射镜交错相对设置；
所述的第一椭球反射镜的一侧长轴顶端向其椭球面外凸出通过圆柱反射镜连接第二椭球反射镜，第一椭球反射镜和第二椭球反射镜两个焦点重合，红外光源设置在靠近第二椭球反射镜的椭球反射镜第一焦点上，椭球反射镜的第二焦点为椭球反射镜第二焦点；
所述的第一柱面反射镜能将穿过椭球反射镜第二焦点的光反射汇聚到第二柱面反射镜上，第二柱面反射镜能将经由穿过椭球反射镜第二焦点、并通过第一柱面反射镜反射的光反射到第三柱面反射镜上，并最终通过第三柱面反射镜反射汇聚到平面反射镜上；
所述的平面反射镜与水平面成角度设置，能将经由第三柱面反射镜反射汇聚的光反射到设置在光路通道出口的热电堆传感器上。
2.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征是所述的热电堆传感器包含双通道传感器和单通道传感器，解算电路包括轨到轨放大器、AD转换和解算单元，所述的输出电路UART通讯模块、DA转换、PWM和IO接点。
3.根据权利要求2所述的红外气体传感器，其特征是所述的第一椭球反射镜的两焦点之间的间距为12mm，且椭球反射镜第一焦点到第一椭球反射镜的长轴端的距离为1mm，椭球反射镜第一焦点到第二椭球反射镜的长轴端的距离为1.5mm，圆柱反射镜的直径为4.15mm；
第一柱面反射镜弧面的中点与光源在同一水平线上，其中点到光源的距离为20.7mm，半径为13mm，其弦与Y轴夹角为10°；
第二柱面反射镜弧面的中点与光源的水平距离为4mm，垂直距离为6mm，半径为22mm其弦与Y轴夹角为4°；
第三柱面反射镜弧面的中点与光源的水平距离为21.08mm，垂直距离为9mm，半径为19mm，其弦与Y轴夹角为2.3°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711063669.5A CN107860737B (zh) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | 红外气体传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711063669.5A CN107860737B (zh) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | 红外气体传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107860737A true CN107860737A (zh) | 2018-03-30 |
| CN107860737B CN107860737B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=61700514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711063669.5A Active CN107860737B (zh) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | 红外气体传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107860737B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108983304A (zh) * | 2018-07-30 | 2018-12-11 | 安徽科达自动化集团股份有限公司 | 一种精密红外光电传感器 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4657397A (en) * | 1982-06-25 | 1987-04-14 | Oskar Oehler | Light collector and its use for spectroscopic purposes |
| CN2303293Y (zh) * | 1997-06-04 | 1999-01-06 | 侯蓝田 | 气体浓度检测装置 |
| US6120166A (en) * | 1998-03-09 | 2000-09-19 | Janos Technology Inc. | Light source apparatus for a spectral analyzer |
| CN102495003A (zh) * | 2011-11-16 | 2012-06-13 | 上海芯敏微系统技术有限公司 | 小型长光程红外气体传感器模块 |
| CN104280358A (zh) * | 2014-09-05 | 2015-01-14 | 河南汉威电子股份有限公司 | 微型红外气体传感器 |
| US20150192517A1 (en) * | 2014-01-06 | 2015-07-09 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies | Miniature gas sensor |
| CN106404705A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-02-15 | 电子科技大学 | 一种高精度红外多气体检测装置 |
| CN207439927U (zh) * | 2017-11-02 | 2018-06-01 | 杭州麦乐克科技股份有限公司 | 红外气体传感器 |
-
2017
- 2017-11-02 CN CN201711063669.5A patent/CN107860737B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4657397A (en) * | 1982-06-25 | 1987-04-14 | Oskar Oehler | Light collector and its use for spectroscopic purposes |
| CN2303293Y (zh) * | 1997-06-04 | 1999-01-06 | 侯蓝田 | 气体浓度检测装置 |
| US6120166A (en) * | 1998-03-09 | 2000-09-19 | Janos Technology Inc. | Light source apparatus for a spectral analyzer |
| CN102495003A (zh) * | 2011-11-16 | 2012-06-13 | 上海芯敏微系统技术有限公司 | 小型长光程红外气体传感器模块 |
| US20150192517A1 (en) * | 2014-01-06 | 2015-07-09 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies | Miniature gas sensor |
| CN104280358A (zh) * | 2014-09-05 | 2015-01-14 | 河南汉威电子股份有限公司 | 微型红外气体传感器 |
| CN106404705A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-02-15 | 电子科技大学 | 一种高精度红外多气体检测装置 |
| CN207439927U (zh) * | 2017-11-02 | 2018-06-01 | 杭州麦乐克科技股份有限公司 | 红外气体传感器 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108983304A (zh) * | 2018-07-30 | 2018-12-11 | 安徽科达自动化集团股份有限公司 | 一种精密红外光电传感器 |
| CN108983304B (zh) * | 2018-07-30 | 2024-02-20 | 安徽科达自动化集团股份有限公司 | 一种精密红外光电传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107860737B (zh) | 2024-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7256227B2 (ja) | 全血ヘモグロビンパラメータ又は全血ビリルビンパラメータを測定するＣＯＯｘシステムに搭載可能な較正光モジュール | |
| CN205593914U (zh) | 一种便携式污染气体浓度检测装置 | |
| US10180393B2 (en) | Sample cell | |
| CN203132991U (zh) | 无可动部件的多通道角度调制型spr传感器检测系统 | |
| CN104155241A (zh) | 一种光程可调的长程光学吸收池 | |
| CN108931504A (zh) | 一种环形多点反射式光电气体传感器探头 | |
| CN104132911A (zh) | 开放式长光程co和ch4在线检测仪器 | |
| CN106290209A (zh) | 一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪 | |
| CN101672769B (zh) | 气体浓度测量仪 | |
| CN102680402A (zh) | 石英音叉增强型光声谱气体池 | |
| CN104165857A (zh) | 一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器 | |
| CN207439927U (zh) | 红外气体传感器 | |
| CN107860737A (zh) | 红外气体传感器 | |
| CN107884353A (zh) | 一种适用于烟气连续监测系统的气体吸收池光路结构 | |
| CN100498285C (zh) | 基于光纤光栅的检测仪 | |
| CN102230882B (zh) | 一种采用Herroitt多次反射样品室的气体检测平台 | |
| CN103837489A (zh) | 高灵敏度多次反射光学吸收装置 | |
| CN102954839B (zh) | 一种时域泵浦探测的光学延迟扫描装置及方法 | |
| CN202676592U (zh) | 烟谱测量装置用光学系统 | |
| CN109358019A (zh) | 基于红外光谱分析的气体传感器 | |
| CN207133191U (zh) | 能够降低检测下限的非色散红外气体传感器 | |
| CN101625306B (zh) | 一种用于气体浓度测量的装置 | |
| CN205786294U (zh) | 多波段多气体检测装置 | |
| CN202018419U (zh) | 一种采用Herroitt多次反射样品室的气体检测平台 | |
| CN106442354A (zh) | 一种气体检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |