CN109682772B - 非分光红外气体传感器 - Google Patents
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Abstract
一种非分光红外气体传感器，应用于传感器技术领域，包括：光发射器(10)、聚光器(20)和光接收器(30)，光发射器(10)，用于发射红外光，聚光器(20)内开设有聚光部(21)，聚光部(21)包括两个聚光中心，聚光器(20)用于将红外光汇聚至两个聚光中心，光接收器(30)，用于接收由两个聚光中心汇聚而成的两束红外光，由光源发射的红外光汇聚到两个聚光中心并进入光接收器，相比于传统的汇聚于一个聚光中心，提升传感器信噪比，同时适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种非分光红外气体传感器。
背景技术
非分光红外(NDIR)气体传感器用一个宽光谱光源作为红外传感器的光源，光线穿过光路中的被测气体，透过窄带滤波片，到达红外探测器。其工作原理是基于不同气体分子吸收特定波长的红外光的特性，利用气体浓度与吸收强度关系(朗伯-比尔Lambert-Beer定律)鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。随着红外光源、传感器及电子技术的发展，非分光红外(NDIR)气体传感器在国内外得到了迅速的发展。
但现有非分光红外气体传感器采用气室，使光源发射的红外光使光尽可能多的达到探测器，从而通过提高信号强度来提升传感器信噪比。然而，气室结构用于管路式红外气体传感器时是没有问题的。但用于扩散式气体传感器时，就需要在光管上开几排透气孔，这时就存在一个问题。如果开的通气孔较大，导致腔体对光的约束性能，光外泄严重；如果通气孔开的很小，就会导致气体扩散很缓慢，严重影响响应时间。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种非分光红外气体传感器，可将光源发射的红外光汇聚到两个中心并进入两个探测器，提升传感器信噪比的同时适用范围广。
为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种非分光红外气体，包括：
光发射器(10)、聚光器(20)和光接收器(30)；
所述光发射器(10)，用于发射红外光；
所述聚光器(20)内开设有聚光部(21)，所述聚光部(21)包括两个聚光中心，所述聚光器(20)用于将所述红外光汇聚至所述两个聚光中心；
所述光接收器(30)，用于接收由所述两个聚光中心汇聚而成的两束红外光。
进一步地，所述聚光部(21)为形状呈两个锥形的通孔，且所述两个锥形通孔部分重叠；
所述两个聚光中心分别位于所述两个锥形通孔的中心线上。
进一步地，所述光发射器(10)上开设有光源收容部(11)和光反射部(12)，所述光源收容部(11)和所述光反射部(12)连通；
所述光源收容部(11)，用于收容所述光源；
所述光反射部(12)，用于使所述光源发射的红外光保持准直。
进一步地，所述光反射部(12)为一个形状呈锥形的通孔，所述锥形通孔的的锥顶面与所述光源收容部(11)连通。
进一步地，所述光接收器(30)开设有滤光片收容部(31)和两个探测器收容部(32)；
所述滤光片收容部(31)内的滤光片贴覆在所述探测器收容部(32)内的探测器的光接收面上。
进一步地，所述两个锥形通孔的内表面光滑，或，所述两个锥形通孔的内表面上镀有一层金属膜。
进一步地，所述两个锥形通孔的锥形张角分别不大于90度。
进一步地，所述传感器还包括气室(40)，所述气室(40)位于所述光发射器(10)和所述聚光器(20)之间，并与所述光发射器(10)和所述聚光器(20)紧密连接，所述气室(40)用于约束由所述光发射器(10)发射的红外光。
进一步地，所述传感器还包括：
驱动电路板、信号调理电路板和主控电路板；
所述驱动电路板与所述光源固定连接，用于驱动所述光源发射红外光；
所述信号调理电路板，用于调理探测器内的光信号，与所述探测器收容部(32)内的探测器电连接；
所述主控电路板与所述驱动电路板和所述信号调理电路板电连接，用于控制所述驱动电路板和所述信号调理电路板。
进一步地，所述传感器还包括底座(40)；
所述光发射器(10)、气室(40)、聚光器(20)和光接收器(30)均设置在所述底座(50)上。
从上述本发明实施例可知，本发明提供的非分光红外气体传感器包括光发射器、聚光器和光接收器，光发射器，用于发射红外光，聚光器内开设有聚光部，聚光部包括两个聚光中心，聚光器用于将红外光汇聚至两个聚光中心，光接收器，用于接收由两个聚光中心汇聚而成的两束红外光，由光源发射的红外光汇聚到两个聚光中心并进入光接收器，相比于传统的汇聚于一个聚光中心，提升传感器信噪比，同时适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的非分光红外气体传感器的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的非分光红外气体传感器中光发射器的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的非分光红外气体传感器中聚光器的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的非分光红外气体传感器中光接收器的结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明一实施例提供的非分光红外气体传感器的结构示意图，该传感器包括：
光发射器(10)、聚光器(20)和光接收器(30)。
光发射器(10)，用于发射红外光。具体的，光发射器(10)上开设有光源收容部(11)和光反射部(12)，光源收容部(11)和光反射部(12)连通。
进一步地，如图2所示，光反射部(12)用于使光源发射的红外光保持准直，其为一个形状呈锥形的通孔，光源收容部(11)为一个收容孔。其中，锥形通孔的锥顶面与收容孔的孔底连通，当收容于光源收容部(11)内的光源将红外光发射后，红外光进入光反射部(12)内，光反射部(12)将红外光汇聚，以将更多的红外光传达至下一部件。
其中，准直是指保持光线之间平行。由于通常光线是发散的，即开始相邻的两条光线传播后会相离越来越远，在本发明实施例中，采用锥形的光反射部(12)，可使红外光保持准直，汇聚红外光。
聚光器(20)内开设有聚光部(21)，聚光部(21)包括两个聚光中心，聚光器(20)用于将红外光汇聚至两个聚光中心。
具体的，请参阅图3，聚光部(21)为形状呈两个锥形的通孔，且两个锥形通孔部分重叠，聚光中心分别位于两个锥形通孔的中心线上。在此，将两个锥形的通孔的表面称为双锥形反射面，当红外光传达至聚光器(20)后，进入聚光器(20)内的聚光部(21)，经由双锥形反射面将红外光的能量汇聚于两个聚光中心，将更多的红外光传达至光接收器(30)。
进一步地，两个锥形通孔的表面光滑，或，两个锥形通孔的表面镀有一层金属膜。
进一步地，两个锥形通孔的锥形张角分别不大于90度。
光接收器(30)，用于接收由两个聚光中心汇聚而成的两束红外光。如图4所示，光接收器(30)开设有滤光片收容部(31)和两个探测器收容部(32)，滤光片收容部(31)内的滤光片贴覆在探测器收容部(32)内的探测器的光接收面上。当汇聚于两个聚光中心的红外光传达至光接收器(30)后，红外光穿过滤光片收容部(31)内内的滤光片，到达探测器收容部(32)内的探测器。
在本发明实施例中，滤光片收容部(31)的形状以圆形凹槽为例，探测器收容部(32)以收容孔为例，在圆形凹槽的底面上开设有两个探测器收容部(32)。
更多的，滤光片收容部(31)内收容的滤光片为两块带宽不同的滤光片，以当红外光穿过两块带宽不同的滤光片后，分别得到一个信号光和参考光。
可理解的，光发射器(10)、聚光器(20)和光接收器(30)的形状不受限制，只需保持三者之间均紧密连接，以放置光线外散，其连接方式，可通过螺栓连接或粘接等。在本发明实施例中，光发射器(10)、聚光器(20)和光接收器(30)的形状以马蹄形为例。
进一步地，传感器还包括气室(40)，气室(40)位于光发射器(10)和聚光器(20)之间，并与光发射器(10)和聚光器(20)紧密连接，气室(40)用于约束由光发射器(10)发射的红外光，使红外光尽可能多的达到聚光器(20)，从而到达探测器。
更多的，气室(40)上开设有多个通孔，用于气体快速进出探测器。
进一步地，传感器还包括：驱动电路板、信号调理电路板和主控电路板。
驱动电路板与光源固定连接，用于驱动光源发射红外光。
信号调理电路板，用于调理探测器内的光信号，与探测器收容部(32)内的探测器电连接。
主控电路板与驱动电路板和信号调理电路板电连接，用于控制驱动电路板和信号调理电路板。
进一步地，传感器还包括底座(40)。
光发射器(10)、气室(40)、聚光器(20)和光接收器(30)均设置在底座(50)上，且与底座(50)紧密相连。
本发明实施例并未示出驱动电路板、信号调理电路板和主控电路板的具体位置，可理解的，在不影响本发明实施例实施的前提下，驱动电路板、信号调理电路板和主控电路板的具体位置不受限制。
在本发明实施例中，非分光红外气体传感器包括光发射器、聚光器和光接收器，光发射器，用于发射红外光，聚光器内开设有聚光部，聚光部包括两个聚光中心，聚光器用于将红外光汇聚至两个聚光中心，光接收器，用于接收由两个聚光中心汇聚而成的两束红外光，由光源发射的红外光汇聚到两个聚光中心并进入光接收器，相比于传统的汇聚于一个聚光中心，提升传感器信噪比，同时适用范围广。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供非分光红外气体传感器的描述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种非分光红外气体传感器，其特征在于，包括：
光发射器(10)、聚光器(20)和光接收器(30)；
所述光发射器(10)，用于发射红外光；
所述聚光器(20)内开设有聚光部(21)，所述聚光部(21)包括两个聚光中心，所述聚光器(20)用于将所述红外光汇聚至所述两个聚光中心；所述聚光部(21)为形状呈两个锥形的通孔，且所述两个锥形通孔部分重叠；所述两个聚光中心分别位于所述两个锥形通孔的中心线上；
所述光接收器(30)，用于接收由所述两个聚光中心汇聚而成的两束红外光。
2.根据权利要求1所述的非分光红外气体传感器，其特征在于，所述光发射器(10)上开设有光源收容部(11)和光反射部(12)，所述光源收容部(11)和所述光反射部(12)连通；
所述光源收容部(11)，用于收容所述光源；
所述光反射部(12)，用于使所述光源发射的红外光保持准直。
3.根据权利要求2所述的非分光红外气体传感器，其特征在于，所述光反射部(12)为一个形状呈锥形的通孔，所述锥形通孔的的锥顶面与所述光源收容部(11)连通。
4.根据权利要求1所述的非分光红外气体传感器，其特征在于，所述光接收器(30)开设有滤光片收容部(31)和两个探测器收容部(32)；
所述滤光片收容部(31)内的滤光片贴覆在所述探测器收容部(32)内的探测器的光接收面上。
5.根据权利要求1所述的非分光红外气体传感器，其特征在于，所述两个锥形通孔的内表面光滑，或，所述两个锥形通孔的内表面上镀有一层金属膜。
6.根据权利要求1或5所述的非分光红外气体传感器，其特征在于，所述两个锥形通孔的锥形张角分别不大于90度。
7.根据权利要求1所述的非分光红外气体传感器，其特征在于，所述传感器还包括气室(40)，所述气室(40)位于所述光发射器(10)和所述聚光器(20)之间，并与所述光发射器(10)和所述聚光器(20)紧密连接，所述气室(40)用于约束由所述光发射器(10)发射的红外光。
8.根据权利要求4所述的非分光红外气体传感器，其特征在于，所述传感器还包括：
驱动电路板、信号调理电路板和主控电路板；
所述驱动电路板与光源固定连接，用于驱动所述光源发射红外光；
所述信号调理电路板，用于调理探测器内的光信号，与所述探测器收容部(32)内的探测器电连接；
所述主控电路板与所述驱动电路板和所述信号调理电路板电连接，用于控制所述驱动电路板和所述信号调理电路板。
9.根据权利要求7所述的非分光红外气体传感器，其特征在于，所述传感器还包括底座(50 )；
所述光发射器(10)、气室(40)、聚光器(20)和光接收器(30)均设置在所述底座(50)上。
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