CN110243807B - 多功能气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能气体传感器，包括激光发射器和激光接收器，气体腔室由实心导电透明玻璃棒和空心金属管之间的间隙构成，实心导电透明玻璃棒连接偏置电压的正极，空心金属管连接偏置电压的负极，在催化剂膜的间隔区设有用于反射激光的抛光面，气体腔室的两端密封，一端连接有进气管，另一端连接有出气管，激光发射器和激光接收器分设于实心导电透明玻璃棒的两端，当开启激光发射器和激光接收器时，激光接收器发射的激光从实心导电透明玻璃棒的一端倾斜射入，经所述抛光面多次反射照射于设置在实心导电透明玻璃棒另一端的激光接收器上。本发明的多功能气体传感器，兼具激光气体传感器和电离式气体传感器两种功能。
Description
技术领域
本发明涉及等离子传感器，尤其是一种多功能气体传感器。
背景技术
现有的气体传感器有两种，一种是激光气体传感器，另一种是电离式传感器。激光气体传感器的检测原理是：使用激光发射器发射激光照射被测气体，激光接收器接收照射被测气体后的激光，依据被测气体对特定波长的激光具有的吸收作用，分析检测出被测气体的浓度(如申请公布号为CN 107994456A的《TO封装激光器及气体传感器》、授权公告号为CN 205317667U的《激光气体传感器》、申请公布号为CN 107991238A的《一种激光甲烷气体传感器》)；电离式传感器的检测原理是：通过在电极极板之间加载电压，使得被测气体电离，通过检测电极极板间的电流数据，从而分析出被测气体的浓度(如授权公告号为CN102081071B的《碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器》)。
在实际应用中，有些时候需要使用激光气体传感器，有些时候需要使用电离式传感器，由于现有的上述两种气体传感器不能通用，这就需要经常更换，工作量大，效率低，或者同时安装激光式和电离式两套气体传感器，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种多功能气体传感器，兼具激光气体传感器和电离式气体传感器两种功能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多功能气体传感器，包括激光发射器和激光接收器，气体腔室由实心导电透明玻璃棒和空心金属管之间的间隙构成，所述实心导电透明玻璃棒连接偏置电压的正极，空心金属管连接偏置电压的负极，在空心金属管的内壁上绕圆周均布且沿轴向等间距的设有用于促进被测气体分解或降解的催化剂膜，在所述催化剂膜的间隔区设有用于反射激光的抛光面，所述气体腔室的两端密封，一端连接有进气管，另一端连接有出气管，所述激光发射器和激光接收器分设于实心导电透明玻璃棒的两端，当开启激光发射器和激光接收器时，激光接收器发射的激光从实心导电透明玻璃棒的一端倾斜射入，经所述抛光面多次反射照射于设置在实心导电透明玻璃棒另一端的激光接收器上。
所述催化剂膜为锐钛型纳米TiO2膜和/或BiVO4/g-C3N4膜。
所述催化剂膜为：以多孔碳化硅为基底，将多壁碳纳米管生长在所述碳化硅基底之上、并经过超声表面切平之后、采用电化学沉积法将锐钛型纳米TiO2沉积在所述多壁碳纳米管表面构成所述锐钛型纳米TiO2膜，然后将纳米钒酸铋(BiVO4)与类石墨相碳化氮(g-C3N4)按照重量比1︰2混合、以磁控模具溅射的方式在所述锐钛型纳米TiO2膜表面形成所述BiVO4/g-C3N4膜的方块阵列，每一个所述BiVO4/g-C3N4膜方块的大小为0.1×0.1×0.02mm。
所述偏置电压为100-255V。
所述激光接收器将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理。
所述多功能气体传感器安装在硬质直导管或可弯折导管的前端，硬质直导管或可弯折导管的后端连接有抽气泵，多功能气体传感器的外围设有防护网。
一种多功能气体传感器，气体腔室由实心导电透明玻璃棒和空心金属管之间的间隙构成，所述实心导电透明玻璃棒连接偏置电压的正极，空心金属管连接偏置电压的负极，所述气体腔室的两端密封，一端连接有进气管，另一端连接有出气管。
在空心金属管的内壁上设有用于促进被测气体电离的碳纳米管薄膜。
与现有技术相比本发明的有益效果是：于采用上述技术方案，气体腔室由实心导电透明玻璃棒和空心金属管之间的间隙构成，这种结构，两电极面由于均是圆柱面，比平板电极大大缩小了尺寸；在空心金属管的内壁上绕圆周均布且沿轴向等间距的设有用于促进被测气体电离的碳纳米管薄膜、或用于促进被测气体分解或降解的催化剂膜，在所述碳纳米管薄膜或催化剂膜的间隔区设有用于反射激光的抛光面，这种结构，可以通过在电极极板之间加载电压，使得被测气体电离，通过检测电极极板间的电流数据，从而分析出被测气体的浓度，实现电离式气体传感器的功能；还可以先通过在电极极板之间加载电压，使得被测气体电离，再使用激光发射器发射激光照射电离后的被测气体，激光接收器接收照射电离后的被测气体的激光，依据电离后的被测气体对特定波长的激光具有的吸收作用，分析检测出被测气体的浓度，实现对被测气体的两种不同方法的测量，更加具有可靠性。
进一步的有益效果是：本发明的多功能气体传感器，由于体积小，可以安装在硬质直导管或可弯折导管的前端，深入到较深的难以到达的细小检测处，甚至可以凿孔插入待检测处，通过抽气泵，将待测气体抽入多功能气体传感器进行现场检测，极大扩展了应用范围。
本发明的另一种简单结构为：所述气体腔室由实心导电透明玻璃棒和空心金属管之间的间隙构成，所述实心导电透明玻璃棒连接偏置电压的正极，空心金属管连接偏置电压的负极，所述气体腔室的两端密封，一端连接有进气管，另一端连接有出气管，这种结构比平板电极大大缩小了展开尺寸，可以安装在硬质直导管或可弯折导管的前端，深入到较深的难以到达的细小检测处，甚至可以凿孔插入待检测处，通过抽气泵，将待测气体抽入多功能气体传感器进行现场检测，极大扩展了应用范围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A向剖面图；
图3是图1的B-B向剖面图；
图4是本发明连接了硬质直导管的结构示意图；
图5是本发明连接了可弯折导管的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清晰，以下结合附图1至5，对本发明进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明的保护范围。
本发明是一种多功能气体传感器，包括激光发射器6和激光接收器7，气体腔室2由实心导电透明玻璃棒1和空心金属管3之间的间隙构成，所述实心导电透明玻璃棒1连接偏置电压的正极，空心金属管3连接偏置电压的负极，在空心金属管3的内壁上绕圆周均布且沿轴向等间距的设有用于促进被测气体分解或降解的催化剂膜5，在催化剂膜5的间隔区设有用于反射激光的抛光面，所述气体腔室2的两端密封，一端连接有进气管8，另一端连接有出气管9，所述激光发射器6和激光接收器7分设于实心导电透明玻璃棒1的两端，当开启激光发射器6和激光接收器7时，激光接收器7发射的激光4从实心导电透明玻璃棒1的一端倾斜射入，经所述抛光面多次反射照射于设置在实心导电透明玻璃棒1另一端的激光接收器7上。
作为优选，所述催化剂膜5为锐钛型纳米TiO2膜和/或BiVO4/g-C3N4膜。作为进一步的优选，所述催化剂膜5为：以多孔碳化硅为基底，将多壁碳纳米管生长在所述碳化硅基底之上、并经过超声表面切平之后、采用电化学沉积法将锐钛型纳米TiO2沉积在所述多壁碳纳米管表面构成所述锐钛型纳米TiO2膜，然后将纳米钒酸铋BiVO4与类石墨相碳化氮g-C3N4按照重量比1︰2混合、以磁控模具溅射的方式在所述锐钛型纳米TiO2膜表面形成所述BiVO4/g-C3N4膜的方块阵列，每一个所述BiVO4/g-C3N4膜方块的大小为0.1×0.1×0.02mm。所述激光接收器7将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理。所述偏置电压为100-255V。
作为一种应用，所述多功能气体传感器01可以安装在硬质直导管02或可弯折导管03的前端，硬质直导管02或可弯折导管03的后端连接有抽气泵04，多功能气体传感器01的外围设有防护网05。由于所述多功能气体传感器01体积小，可以深入到较深的难以到达的细小检测处，甚至可以凿孔插入待检测处，通过抽气泵，将待测气体抽入多功能气体传感器进行现场检测，极大扩展了应用范围。例如，可以做成一种用于复杂的微小孔洞内毒害气体检测、制药厂下水道剧毒气体的检测、危化品仓库探测、爆炸火灾现场的毒害气体探测等。
实施例1：在电极之间施加电压，实验测量6ppm、12ppm、20ppm、25ppm、30ppm五种不同浓度H2S气体的电离电流，结果如下：
实施例2：在电极之间施加220V的偏置电压，并且采用光路导入光束，实验测量5ppm、10ppm、15ppm、20ppm、25ppm五种不同浓度CO2气体的出射光在波长620nm处的光强，结果如下：
Claims (4)
1.一种多功能气体传感器的应用方法，所述多功能气体传感器包括激光发射器（6）和激光接收器（7），气体腔室（2）由实心导电透明玻璃棒（1）和空心金属管（3）之间的间隙构成，所述实心导电透明玻璃棒（1）连接偏置电压的正极，空心金属管（3）连接偏置电压的负极，所述偏置电压为100-255V，在空心金属管（3）的内壁上绕圆周均布且沿轴向等间距的设有用于促进被测气体分解或降解的催化剂膜（5），所述催化剂膜（5）为锐钛型纳米TiO2膜和/或BiVO4/g-C3N4膜，在催化剂膜（5）的间隔区设有用于反射激光的抛光面，所述气体腔室（2）的两端密封，一端连接有进气管（8），另一端连接有出气管（9），所述激光发射器（6）和激光接收器（7）分设于实心导电透明玻璃棒（1）的两端，当开启激光发射器（6）和激光接收器（7）时，激光发射器（6）发射的激光（4）从实心导电透明玻璃棒（1）的一端倾斜射入，经所述抛光面多次反射照射于设置在实心导电透明玻璃棒（1）另一端的激光接收器（7）上，所述多功能气体传感器的应用方法包括：
先通过在电极极板之间加载电压，使得被测气体电离，通过检测电极极板间的电流数据，从而分析出被测气体的浓度，以实现电离式气体传感器的功能；再使用激光发射器发射激光照射电离后的被测气体，激光接收器接收照射电离后的被测气体的激光，依据电离后的被测气体对特定波长的激光具有的吸收作用，分析检测出被测气体的浓度，以实现对被测气体的两种不同方法的测量。
2.根据权利要求1所述的多功能气体传感器的应用方法，其特征在于，所述催化剂膜（5）为：以多孔碳化硅为基底，将多壁碳纳米管生长在所述碳化硅基底之上、并经过超声表面切平之后、采用电化学沉积法将锐钛型纳米TiO2沉积在所述多壁碳纳米管表面构成所述锐钛型纳米TiO2膜，然后将纳米钒酸铋（BiVO4）与类石墨相碳化氮（g-C3N4）按照重量比1︰2混合、以磁控模具溅射的方式在所述锐钛型纳米TiO2膜表面形成所述BiVO4/g-C3N4膜的方块阵列，每一个所述BiVO4/g-C3N4膜方块的大小为0.1×0.1×0.02mm。
3.根据权利要求2所述的多功能气体传感器的应用方法，其特征在于：所述激光接收器（7）将接收的激光信号传输给光电检测CCD，通过该光电检测CCD将光信号转换成电信号，所述电信号通过数据采集卡传输至计算机进行分析处理。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的多功能气体传感器的应用方法，其特征在于：所述多功能气体传感器（01）安装在硬质直导管（02）或可弯折导管（03）的前端，硬质直导管（02）或可弯折导管（03）的后端连接有抽气泵（04），多功能气体传感器（01）的外围设有防护网（05）。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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