CN110361353A - 具有自适应反光件的气体浓度检测装置及报警装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有自适应反光件的气体浓度检测装置及报警装置，该具有自适应反光件的气体浓度检测装置包括光源、自适应反光件以及双通道检测器，光源安装于自适应反光件内，光源发出的光线经自适应反光件聚焦后照射至双通道检测器，双通道检测器包括位于同一水平面上的检测通道和参考通道，检测通道用于检测被气体吸收后的第一波长光的第一光强度，参考通道用于检测未被气体吸收的第二波长光的第二光强度，通过第一光强度和第二光强度得到气体的浓度。通过将光源安装于自适应反光件内，利用自适应反光件对光源发出的光线进行准直，以提升光源出射光的光强度，进而提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及气体浓度监测技术领域，特别是涉及一种具有自适应反光件的气体浓度检测装置及报警装置。
背景技术
红外可燃气监测报警装置具有寿命长、可靠性好、检测精度高等诸多优点，因而受到用户青睐，特别是对寿命与可靠性要求很高的应用场合。
由于报警装置的采样方式普遍需要采用扩散式结构，而中远红外光谱是线光源，难以进行有效准直，光源发出光的光能较为分散，在反射后光能尤为分散，需要检测器具有极高的灵敏度。
发明内容
本发明主要提供一种报警装置及具有自适应反光件的气体浓度检测装置，以解决光源出射光较分散的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具有自适应反光件的气体浓度检测装置，所述具有自适应反光件的气体浓度检测装置包括光源、自适应反光件以及双通道检测器，所述光源安装于所述自适应反光件内，所述光源发出的光线经所述自适应反光件聚焦后照射至所述双通道检测器，所述双通道检测器包括位于同一水平面上的检测通道和参考通道，所述检测通道用于检测被气体吸收后的第一波长光的第一光强度，所述参考通道用于检测未被气体吸收的第二波长光的第二光强度，通过所述第一光强度和所述第二光强度得到气体的浓度。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种报警装置，所述报警装置包括报警器和如前文所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，所述报警器与所述具有自适应反光件的气体浓度检测装置电连接，用于在所述具有自适应反光件的气体浓度检测装置检测到可燃气体的浓度大于预设值时发出警示音。
本发明的有益效果是：本发明通过将光源安装于自适应反光件内，利用自适应反光件对光源发出的光线进行准直，以提升光源出射光的光强度，降低光线传输过程中的光损耗，进而提升入射至双通道检测器的光强度，通过所述检测通道的第一光强度和所述参考通道的第二光强度做差分运算处理，消除光源功率波动和反射损耗因素干扰，获得气体浓度测量结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图，其中：
图1是本发明一实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的立体结构示意图；
图2是图1中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的剖视结构示意图；
图3是图2中的自适应反光件的立体结构示意图；
图4是本发明一实施例中的自适应反光件的加工流程示意图；
图5是图2中的安装筒的立体结构示意图；
图6是图2中的安装座的立体结构示意图；
图7是图2中的安装座与光源和双通道检测器的分解结构示意图；
图8是图2中的局部放大结构示意图；
图9是图2中的安装筒的立体结构示意图；
图10是本发明实施例中的气体浓度检测方法的流程示意图。
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，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
由于报警装置的采样方式普遍需要采用扩散式结构，而中远红外光谱是线光源，难以进行有效准直，光源发出光的光能较为分散，在反射后光能尤为分散，需要检测器具有极高的灵敏度，因此本发明在气体浓度检测装置设置自适应反光件，以形成有自适应反光件的气体浓度检测装置100。
本发明提供一种具有自适应反光件的气体浓度检测装置100，请参阅图1和图2，图1是本发明一实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的立体结构示意图，图2是图1中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的剖视结构示意图。具有自适应反光件的气体浓度检测装置100包括光源10、自适应反光件20以及双通道检测器30，光源10安装于自适应反光件20内，光源10发出的光线经自适应反光件20聚焦后照射至双通道检测器30，双通道检测器30包括位于同一水平面上的检测通道和参考通道，检测通道用于检测被气体吸收后的第一波长光的第一光强度，参考通道用于检测未被气体吸收的第二波长光的第二光强度，通过第一光强度和第二光强度得到气体的浓度。检测通道和参考通道位于同一水平面上，可以使得进入检测通道和参考通道中的入射光同时进入，进而降低补偿误差，提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的检测精度。
本发明实施例通过将光源10安装于自适应反光件20内，利用自适应反光件20对光源10发出的光线进行准直，以提升光源10出射光的光强度，降低光线传输过程中的光损耗，进而提升入射至双通道检测器30的光强度，提升双通道检测器30的检测灵敏度以及检测精度，进而提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的检测精度。
其中，在本实施例中，双通道检测器30可以采用热释电可燃气检测器，包括光敏电阻和与光敏电阻电连接的电路板，光敏电阻在光线的照射下，阻值会发生变化，进而改变流过其的电流的大小，电路板接收电流的大小，并将其转换成周期性的电信号，电信号经电路放大调理后，由A/D转换器转换成数字信号。
具体地，两路探测通道均将探测的光强度转化为电信号，并通过两路通道信号做差分处理，消除光源功率波动、传播损耗引起的光强度扰动干扰，得到气体吸收作用下探测的光强度差分变化。在相同光与气体作用距离下，随着气体浓度的增大，双通道检测器30光强度差分信号变化增大，因而，建立气体浓度与双通道检测器30光强度差分信号一一对应的数学关系曲线，实现气体浓度传感测量，构成双通道检测器30。
当然，在其它实施例中，还可以根据需要使用其它类型的双通道检测器30，本发明实施例不做具体限定。
其中，如图2和图3所示，图3是图2中的自适应反光件的立体结构示意图。在本实施例中，自适应反光件20的表面上开设有反光槽22，反光槽22的侧壁形成反光面221，光源10安装于反光槽22的中心。
具体地，在本实施例中，反光槽22为具有一开口的凹槽，光源10出射的光线经开口射出。凹槽呈喇叭状，以用于将光线汇聚后出射。
其中，如图4所示，图4是本发明一实施例中的自适应反光件的加工流程示意图。自适应反光件20可以通过以下制作步骤加工得到：
S101：统计多个光源10的灯丝形状尺寸。
S102：利用光源10的灯丝形状尺寸进行建模以获得反光面221的最优形状曲线。
S103：利用反光面221的最优形状曲线在自适应反光件20上加工出反光槽22，对反光槽22的侧壁进行抛光，并在抛光后的反光槽22的侧壁上镀一层防氧化保护膜24。
其中，在本实施例中，防氧化保护膜24可以为铝反射膜，当然，在其它实施例中，还可以根据需要电镀或者涂覆其它类型的防氧化保护膜24，例如：50～200nm金膜、50～200nm银膜、100～200nm二氧化钛膜、100～200nm五氧化二钒膜、100～200nm二氧化硅膜、100～200nm氟化镁膜、100～200nm氮化硅膜，这些类型的膜不仅防氧化而且反射率高。镀于反光槽22侧壁上的防氧化保护膜24可以防止反光槽22的侧壁被氧化，进而提升反光面221的反射率，降低光损耗。
进一步地，请参阅图2和图3，自适应反光件20包括光源部21和与光源部21连接的反光部23，光源部21上开设有装配孔212，反光部23上开设有反光槽22，光源10安装于装配孔212中且延伸至反光槽22内。
具体地，在本实施例中，反光槽22开设在反光部23上，装配孔212自反光槽22的圆心位置处延伸贯穿光源部21，光源10安装于装配孔212中，且延伸设置于反光槽22内。通过在自适应反光件20上开设用于装配光源10的装配孔212，可以便于固定光源10，以使得具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的内部结构更加紧凑，且也可以缩小具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的体积。另外，自适应反光件20的结构也便于固定连接，以便于自适应反光件20的安装。
在另一实施例中，自适应反光件20设置为反光罩，光源10安装于反光罩的中心。由于反光罩加工便捷，故而，可以降低具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的加工成本。
可选地，可以设置经自适应反光件20反光出射的光线为平行光，以减少光线的扩散，避免光线在传输的过程中接触障碍物，使得较多比例的光线入射至双通道检测器30，进而提升光源10的光能利用率。
在本实施例中，设置经自适应反光件20反光出射的光线的张角小于15°。其中，光线的张角指的是：反光出射的光线的方向与光源10出光方向的最大夹角。通过设置光线的张角小于15°，可以在满足较高光能利用率的同时，降低反光面221的加工精度，进而降低加工成本。
进一步地，在本实施例中，如图3所示，自适应反光件20的反光面221为光滑的曲面，以降低加工难度。当然，在其它实施例中，反光面221还可以设置为由多个平面拼接形成。例如，可以采用多个三角形的平面依次连接形成。或者采用多个六边形的平面依次拼接形成。或者采用其它多边形的平面拼接形成，本发明实施例不做具体限定。
进一步地，如图2和图5所示，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括凹面反射镜40和安装筒50，安装筒50具有相对的第一端51和第二端53。光源10和双通道检测器30设置在安装筒50的第一端51，凹面反射镜40设置在安装筒50的第二端53。光源10发出的光线经凹面反射镜40反射后照射至双通道检测器30。本实施例通过设置凹面反射镜40，一方面可以对光源10的出射光进行聚焦以提升光强度，另一方面也可以在保证一定光程的条件下，缩短光源10与双通道检测器30之间的距离，使得结构更加紧凑，进而减小具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的体积。
其中，在本实施例中，凹面反射镜40采用玻璃加工而成，并进行镜面抛光，最后镀金。本实施例通过设置凹面反射镜40，可以将光能汇聚到双通道检测器30上，以弥补双通道检测器30光敏面小，灵敏度较低的缺点。
在本实施例中，光源为发出3000纳米至7000纳米之间波段的中红外光源，这一波段的光更容易被待测气体吸收，例如甲烷对波长为3310纳米的光的吸收强度是波长为1670纳米的光的200倍，从而提高了多具有自适应反光件的气体浓度检测装置的探测精度。第一波长光的中心波长可以设置为3200nm～3400nm，这一波段的光更容易被甲烷吸收，例如甲烷对波长为3310nm的光的吸收强度是波长为1670nm的光的200倍，从而提高了双通道检测器30的探测精度。第一波长光的中心波长也可以设置为4200nm～4300nm，这一波段的光更容易被二氧化碳吸收。第一波长光的中心波长也可以设置为4600nm～4700nm，这一波段的光更容易被一氧化碳吸收。第二波长光的中心波长可以设置为3930nm至3950nm，这一波段的光不容易被气体吸收。
本发明另一方面还提供一种报警装置，报警装置包括报警器和具有自适应反光件的气体浓度检测装置，报警器与具有自适应反光件的气体浓度检测装置电连接，用于在具有自适应反光件的气体浓度检测装置检测到可燃气体的浓度大于预设值时发出警示音。
其中，在本实施例中，具有自适应反光件的气体浓度检测装置的结构与上述实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的结构相同，请参照上述实施例中的描述，此处不再赘述。可燃气体的浓度的预设值可以根据可燃气体的种类以及防爆安装等级进行设置，本发明实施例不做具体限定。
本发明提供一种具有自适应反光件的气体浓度检测装置100，请参阅图1和图2，图1是本发明一实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的立体结构示意图，图2是图1中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的剖视结构示意图。具有自适应反光件的气体浓度检测装置100包括光源10、凹面反射镜40、双通道检测器30以及安装座60，安装座60上开设有光源安装孔62和检测器安装孔64，光源10装配于光源安装孔62内，双通道检测器30装配于检测器安装孔64内，凹面反射镜40与安装座60相对设置，光源10发出的光线照射至凹面反射镜40，凹面反射镜40汇聚并反射光线至双通道检测器30。
本发明实施例通过设置安装座60，并在安装座60上同时开设光源安装孔62和检测器安装孔64，以用于安装光源10和双通道检测器30，可以使得结构更加紧凑，且通过一个元件即可以同时固定光源10和双通道检测器30，进而减少了元件的数量，且也降低了安装复杂度，便于安装和拆卸，同时提高了安装精度。
进一步地，如图2所示，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括安装筒50，安装筒50具有相对的第一端51和第二端53。安装座60连接于安装筒50的第一端51，凹面反射镜40设置于安装筒50的第二端53。通过设置安装筒50，可以将光源10、凹面反射镜40以及双通道检测器30集成于一体，便于安装。
可选地，如图2所示，光源安装孔62的轴线与检测器安装孔64的轴线相对安装筒50的轴线倾斜设置。
在本实施例中，如图2所示，光源安装孔62的轴线与检测器安装孔64的轴线关于安装筒50的轴线对称设置，以使得经凹面反射镜40聚焦后的光线可以垂直入射双通道检测器30，进而提升光能的利用率。
进一步地，如图2和图5所示，图5是图2中的安装筒的立体结构示意图。安装筒50包括安装部52和筒体部54，筒体部54中空设置，并连接于安装部52的一侧，安装部52远离筒体部54的表面上开设有安装槽522，安装座60容置于安装槽522，光源10和双通道检测器30固定于安装座60上，凹面反射镜40设置于筒体部54远离安装部52的一侧。在安装槽522的底部开设有连通安装槽522和筒体部54内部的避让孔524，光源10发出的光线经避让孔524入射凹面反射镜40，经凹面反射镜40汇聚反射后的光线经避让孔524入射双通道检测器30。
其中，在本实施例中，如图2、5和图6所示，图6是图2中的安装座的立体结构示意图。安装槽522为台阶槽，台阶槽包括嵌套设置的第一凹槽521和第二凹槽523，第一凹槽521嵌套设置在第二凹槽523的底部，避让孔524位于第一凹槽521的底面。安装座60包括固定部61和连接部63，光源安装孔62和检测器安装孔64开设于固定部61上。固定部61容置于第一凹槽521内，连接部63与第二凹槽523的底面固定连接。通过将安装槽522设置为台阶槽，一方面便于对安装座60进行限位，防止安装座60发生移动；另一方面也可以缩短安装座60与安装筒50轴向上的长度，进而使得结构更加紧凑，体积更加小巧。
其中，在本实施例中，固定部61和连接部63为一体结构，当然，在其它实施例中，也可以将固定部61和连接部63可拆卸连接，本发明实施例不做具体限定。
可选地，在本实施例中，设置安装槽522为圆形槽，连接部63呈环形，且环形连接部63设置在固定部61的相对两侧。通过设置环形的连接部63，可以缩小连接部63的体积，进而便于在安装槽522内设置其它元件，以使得结构更加紧凑，且体积更加小巧。
进一步地，如图2所示，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括自适应反光件20，自适应反光件20装配于光源安装孔62内，自适应反光件20的表面上开设有反光槽22，反光槽22的侧壁形成反光面221，光源10安装于反光槽22的中心。
具体地，在本实施例中，反光槽22为具有一开口的凹槽，光源10出射的光线经开口射出。凹槽呈喇叭状，以用于将光线汇聚后出射。
其中，如图4所示，图4是本发明一实施例中的自适应反光件的加工流程示意图。自适应反光件20可以通过以下制作步骤加工得到：
S101：统计多个光源10的灯丝形状尺寸。
S102：利用光源10的灯丝形状尺寸进行建模以获得反光面221的最优形状曲线。
S103：利用反光面221的最优形状曲线在自适应反光件20上加工出反光槽22，对反光槽22的侧壁进行抛光，并在抛光后的反光槽22的侧壁上镀一层防氧化保护膜24。
其中，在本实施例中，防氧化保护膜24可以为铝反射膜，当然，在其它实施例中，还可以根据需要电镀或者涂覆其它类型的防氧化保护膜24，例如：50～200nm金膜、50～200nm银膜、100～200nm二氧化钛膜、100～200nm五氧化二钒膜、100～200nm二氧化硅膜、100～200nm氟化镁膜、100～200nm氮化硅膜，这些类型的膜不仅防氧化而且反射率高。镀于反光槽22侧壁上的防氧化保护膜24可以防止反光槽22的侧壁被氧化，进而提升反光面221的反射率，降低光损耗。
通过在光源10外侧罩射自适应反光件20，可以对光源10发出的光线进行准直，以提升光源10出射光的光强度，降低光线传输过程中的光损耗，进而提升入射至双通道检测器30的光强度。
进一步地，如图7所示，图7是图2中的安装座与光源和双通道检测器的分解结构示意图。检测器安装孔64的孔壁和双通道检测器30的外壁上分别设有相互配合的限位槽642和限位柱32。通过在双通道检测器30和检测器安装孔64的孔壁之间设置相互配合的限位柱32和限位槽642，可以便于对双通道检测器30进行定位，防止双通道检测器30在检测器安装孔64内转动，进而提升双通道检测器30与自适应反光件20的连接稳定性。
进一步地，安装座60上开设有固定孔65，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括温度传感器70，温度传感器70设置于固定孔65中。
具体地，如图7所示，在安装座60背离安装筒50的表面上开设有固定孔65，温度传感器70设置于固定孔65中，以用于检测双通道检测器30中的电路板的温度，并在检测到电路板的温度较高时发出提醒，防止温度过高而损坏具有自适应反光件的气体浓度检测装置100。
可选地，在本实施例中，固定孔65为开设在安装座60上的盲孔，温度传感器70可以通过粘接剂或者螺钉等固定在固定孔65内，以提高具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的集成度，并减小具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的体积。当然，在其它实施例中，还可以将固定孔65设置为通孔，本发明实施例不做具体限定。
在本实施例中，光源为发出3000纳米至7000纳米之间波段的中红外光源，这一波段的光更容易被待测气体吸收，例如甲烷对波长为3310纳米的光的吸收强度是波长为1670纳米的光的200倍，从而提高了多具有自适应反光件的气体浓度检测装置的探测精度。第一波长光的中心波长可以设置为3200nm～3400nm，这一波段的光更容易被甲烷吸收，例如甲烷对波长为3310nm的光的吸收强度是波长为1670nm的光的200倍，从而提高了双通道检测器30的探测精度。第一波长光的中心波长也可以设置为4200nm～4300nm，这一波段的光更容易被二氧化碳吸收。第一波长光的中心波长也可以设置为4600nm～4700nm，这一波段的光更容易被一氧化碳吸收。第二波长光的中心波长可以设置为3930nm至3950nm，这一波段的光不容易被气体吸收。
本发明另一方面还提供一种报警装置，报警装置包括报警器和具有自适应反光件的气体浓度检测装置，报警器与具有自适应反光件的气体浓度检测装置电连接，用于在具有自适应反光件的气体浓度检测装置检测到可燃气体的浓度大于预设值时发出警示音。
其中，在本实施例中，具有自适应反光件的气体浓度检测装置的结构与上述实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的结构相同，请参照上述实施例中的描述，此处不再赘述。可燃气体浓度的预设值可以根据防爆需求进行设置，本发明实施例不做具体限定。
本发明提供一种具有自适应反光件的气体浓度检测装置100，请参阅图1和图2，图1是本发明一实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的立体结构示意图，图2是图1中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的剖视结构示意图。具有自适应反光件的气体浓度检测装置100包括光源10、凹面反射镜40、双通道检测器30、隔离镜80以及安装筒50，安装筒50具有安装槽522、检测腔55以及连通安装槽522和检测腔55的避让孔524，检测腔55用于容置待测气体，光源10和双通道检测器30设于安装槽522内，凹面反射镜40设于检测腔55内，隔离镜80遮盖避让孔524以隔离检测腔55和安装槽522，光源10发射的光线经避让孔524照射至凹面反射镜40，凹面反射镜40汇聚并反射的光线经避让孔524入射双通道检测器30。
本发明实施例通过设置遮盖避让孔524的隔离镜80，可以将安装有光源10以及双通道检测器30的安装槽522与用于容置待测气体的检测腔55隔离，从而可以防止位于检测腔55中的气体进入安装槽522内，避免待测气体接触光源10和双通道检测器30的电气部分，而发生爆炸，进而提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的安全性能。
其中，在本实施例中，隔离镜80能够允许红外光穿透，以在红外光范围内对待测气体的浓度进行检测，进而避免环境光的影响，提升检测精度。
可选地，隔离镜80可以为蓝宝石镜片、氟化钙镜片或者硅片等，本发明实施例不做具体限定。
进一步地，如图2和图6所示，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括安装座60，安装座60设于安装槽522内，安装座60上开设有光源安装孔62和检测器安装孔64，光源10装配于光源安装孔62内，双通道检测器30装配于检测器安装孔64内。通过设置安装座60，并在安装座60上同时开设光源安装孔62和检测器安装孔64，以用于安装光源10和双通道检测器30，可以使得结构更加紧凑，且通过一个元件即可以同时固定光源10和双通道检测器30，进而减少了元件的数量，且也降低了安装复杂度，便于安装和拆卸。
在本实施例中，如图2所示，光源安装孔62的轴线与检测器安装孔64的轴线关于安装筒50的轴线对称设置，以使得经凹面反射镜40聚焦后的光线可以垂直入射双通道检测器30，进而提升光能的利用率。
进一步地，如图2、图5和图6所示，安装槽522为台阶槽，台阶槽包括嵌套设置的第一凹槽521和第二凹槽523，第一凹槽521嵌套设置在第二凹槽523的底部，避让孔524位于第一凹槽521的底面。安装座60包括固定部61和连接部63，光源安装孔62和检测器安装孔64开设于固定部61上，固定部61容置于第一凹槽521内，连接部63与第二凹槽523的底面固定连接。通过将安装槽522设置为台阶槽，一方面便于对安装座60进行限位，防止安装座60发生移动；另一方面也可以缩短安装座60与安装筒50轴向上的长度，进而使得结构更加紧凑，体积更加小巧。
其中，在本实施例中，如图2和图8所示，图8是图2中的局部放大结构示意图。隔离镜80位于安装槽522内，第一凹槽521的底面上开设有镜片安装槽82，隔离镜80位于镜片安装槽82内，固定部61抵接于隔离镜80。通过设置用于容置隔离镜80的镜片安装槽82，可以限定隔离镜80的移动，仅需利用固定部61抵接于隔离镜80的露出于镜片安装槽82的端面，即可完成隔离镜80的固定，进而简化隔离镜80的固定结构，使得安装拆卸更加便捷。
可选地，如图8所示，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括弹性件90，弹性件90弹性夹设于固定部61与隔离镜80之间。通过在隔离镜80与固定部61的接触面之间设置弹性件90，可以防止固定部61与隔离镜80硬接触而损坏隔离镜80。
其中，在本实施例中，弹性件90设置为弹性垫圈。由于弹性垫圈为常用的标准件，将弹性件90设置为弹性垫圈可以降低生产成本，且也便于在弹性垫圈发生损坏时，对其进行更换。另外，环形的垫圈也可以避免遮挡避让孔524。用于制作弹性件90的材料可以为塑胶、硅胶等，本发明实施例不做具体限定。
在另一实施例中，隔离镜80位于检测腔55，并与安装筒50粘接连接。具体地，将隔离镜80设置于检测腔55开设避让孔524的表面上，以密封检测腔55。在本实施例中，可以利用粘接剂将隔离镜80与安装筒50粘接。当然，也可以采用紧固件连接等，本发明实施例不做具体限定。
在本实施例中，光源为发出3000纳米至7000纳米之间波段的中红外光源，这一波段的光更容易被待测气体吸收，例如甲烷对波长为3310纳米的光的吸收强度是波长为1670纳米的光的200倍，从而提高了多具有自适应反光件的气体浓度检测装置的探测精度。第一波长光的中心波长可以设置为3200nm～3400nm，这一波段的光更容易被甲烷吸收，例如甲烷对波长为3310nm的光的吸收强度是波长为1670nm的光的200倍，从而提高了双通道检测器30的探测精度。第一波长光的中心波长也可以设置为4200nm～4300nm，这一波段的光更容易被二氧化碳吸收。第一波长光的中心波长也可以设置为4600nm～4700nm，这一波段的光更容易被一氧化碳吸收。第二波长光的中心波长可以设置为3930nm至3950nm，这一波段的光不容易被气体吸收。
本发明另一方面还提供一种报警装置，报警装置包括报警器和具有自适应反光件的气体浓度检测装置，报警器与具有自适应反光件的气体浓度检测装置电连接，用于在具有自适应反光件的气体浓度检测装置检测到可燃气体的浓度大于预设值时发出警示音。
其中，在本实施例中，具有自适应反光件的气体浓度检测装置的结构与上述实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的结构相同，请参照上述实施例中的描述，此处不再赘述。可燃气体浓度的预设值可以根据防爆需求进行设置，本发明实施例不做具体限定。
本发明提供一种具有自适应反光件的气体浓度检测装置100，请参阅图1和图2，图1是本发明一实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的立体结构示意图，图2是图1中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的剖视结构示意图。具有自适应反光件的气体浓度检测装置100包括光源10、凹面反射镜40以及双通道检测器30，光源10发出的光线照射至凹面反射镜40，凹面反射镜40汇聚并反射光线至双通道检测器30，双通道检测器30与凹面反射镜40之间的距离等于凹面反射镜40的曲率半径，双通道检测器30包括检测通道和参考通道，检测通道用于检测被气体吸收后的第一波长光的第一光强度，参考通道用于检测未被气体吸收的第二波长光的第二光强度，通过第一光强度和第二光强度得到气体的浓度。
在本实施例中，在相同光与气体作用距离下，随着气体浓度的增大，双通道检测器30光强度差分信号变化增大，因而，建立气体浓度与探测器光强度差分信号一一对应的数学关系曲线，实现气体浓度传感测量，构成双通道检测器30。同时，采用集成的双通道检测器30同时探测第一波长光和第二波长光，使第一波长光和第二波长光具有完全相同的来源和传播路径，由外界环境、反射散射等造成的光强度扰动与光损耗完全相同，因此利用两者差分信号处理可有效消除光源强度波动、传播损耗引起的光强度动干扰，进而提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的检测精度。
本发明实施例设置凹面反射镜40与双通道检测器30之间的距离等于凹面反射镜40的曲率半径，即将双通道检测器30设置在凹面反射镜40的曲率中心位置处，可以保证凹面反射镜40聚焦后的焦点位于双通道检测器30上，进而提升双通道检测器30的入射光强度，提升双通道检测器30的检测灵敏度，进而提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的检测精度。
其中，在本实施例中，光线自光源10发出至入射双通道检测器30的路径长度为6～20cm。例如，可以将路径长度设置为6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm或20cm等，可以根据待测气体的种类灵活设置，本发明实施例不做具体限定。
进一步地，如图2所示，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括安装筒50，安装筒50具有相对的第一端51和第二端53。安装筒50中空设置，光源10和双通道检测器30设置于安装筒50的第一端51，凹面反射镜40设置于安装筒50的第二端53。通过设置安装筒50，可以将光源10、凹面反射镜40以及双通道检测器30集成于一体，便于安装。
其中，如图2和图9所示，图9是图2中的安装筒的立体结构示意图。安装筒50的第二端53上开设有反射镜安装孔56，凹面反射镜40设置于反射镜安装孔56内，反射镜安装孔56的孔径大于安装筒50的内径，反射镜安装孔56的轴线与安装筒50的轴线重合。通过在安装筒50的第二端53上开设反射镜安装孔56，并将凹面反射镜40设置于反射镜安装孔56内，可以保护凹面反射镜40，且可以缩短具有自适应反光件的气体浓度检测装置100轴向上的长度，进而缩小具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的体积。
在另一实施例中，也可以直接将凹面反射镜40设置于安装筒50的第二端53的端面上，或与安装筒50的第二端53的端面间隔设置，本发明实施例不做具体限定。
进一步地，如图2和图5所示，安装筒50的相对两侧壁上开设有通气孔57。具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括标定罩110，标定罩110套设在安装筒50的外侧，并与安装筒50的第一端51连接以形成检测腔55，检测腔55与安装筒50的内部连通，标定罩110上开设有进气孔112和出气孔114。
具体地，在本实施例中，标定罩110呈圆筒形，其中一端面上设置有开口，标定罩110罩设于安装筒50的外侧，且标定罩110形成有开口的表面与安装筒50的第一端51连接，进而密封形成检测腔55。检测腔55上开设有进气孔112和出气孔114，待测气体自进气孔112进入检测腔55，待测气体并从出气孔114流出。
其中，进气孔112位于标定罩110的侧壁上，并位于通气孔57在侧壁上的投影范围内，出气孔114位于标定罩110远离安装筒50的第一端51的端面上。通过将进气孔112设置于通气孔57在侧壁上的投影范围内，可以增大位于通气孔57中的待测气体的含量，进而提升待测气体的检测精度。
可选地，如图2所示，进气孔112设置在标定罩110靠近光源10的一侧，以延长待测气体的流通路径，提升待测气体在检测腔55中的气体含量，降低空气对待测气体的浓度的影响。
进一步地，如图2和图6所示，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括安装座60，安装座60上开设有光源安装孔62和检测器安装孔64，光源10装配于光源安装孔62内，双通道检测器30装配于检测器安装孔64内。通过设置安装筒50，可以将光源10、凹面反射镜40以及双通道检测器30集成于一体，便于安装。
可选地，如图2所示，在本实施例中，光源安装孔62的轴线与检测器安装孔64的轴线关于安装筒50的轴线对称设置，以使得经凹面反射镜40聚焦后的光线可以垂直入射双通道检测器30，进而提升光能的利用率。
在本实施例中，光源为发出3000纳米至7000纳米之间波段的中红外光源，这一波段的光更容易被待测气体吸收，例如甲烷对波长为3310纳米的光的吸收强度是波长为1670纳米的光的200倍，从而提高了多具有自适应反光件的气体浓度检测装置的探测精度。第一波长光的中心波长可以设置为3200nm～3400nm，这一波段的光更容易被甲烷吸收，例如甲烷对波长为3310nm的光的吸收强度是波长为1670nm的光的200倍，从而提高了双通道检测器30的探测精度。第一波长光的中心波长也可以设置为4200nm～4300nm，这一波段的光更容易被二氧化碳吸收。第一波长光的中心波长也可以设置为4600nm～4700nm，这一波段的光更容易被一氧化碳吸收。第二波长光的中心波长可以设置为3930nm至3950nm，这一波段的光不容易被气体吸收。
本发明另一方面还提供一种报警装置，报警装置包括报警器和具有自适应反光件的气体浓度检测装置，报警器与具有自适应反光件的气体浓度检测装置电连接，用于在具有自适应反光件的气体浓度检测装置检测到可燃气体的浓度大于预设值时发出警示音。
其中，在本实施例中，具有自适应反光件的气体浓度检测装置的结构与上述实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的结构相同，请参照上述实施例中的描述，此处不再赘述。可燃气体浓度的预设值可以根据防爆需求进行设置，本发明实施例不做具体限定。
本发明提供一种具有自适应反光件的气体浓度检测装置100，请参阅图1和图2，图1是本发明一实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的立体结构示意图，图2是图1中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置的剖视结构示意图。具有自适应反光件的气体浓度检测装置100包括光源10、凹面反射镜40以及双通道检测器30，光源10发出的光线照射至凹面反射镜40，凹面反射镜40汇聚并反射光线至双通道检测器30，双通道检测器30包括位于同一水平面上的检测通道和参考通道，检测通道用于检测被气体吸收后的第一波长光的第一光强度，参考通道用于检测未被气体吸收的第二波长光的第二光强度，通过第一光强度和第二光强度得到气体的浓度。检测通道和参考通道位于同一水平面上，可以使得进入检测通道和参考通道中的入射光同时进入，进而降低补偿误差，提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的检测精度。
在本实施例中，在相同光与气体作用距离下，随着气体浓度的增大，双通道检测器30光强度差分信号变化增大，因而，建立气体浓度与探测器光强度差分信号一一对应的数学关系曲线，实现气体浓度传感测量，构成双通道检测器30。同时，采用集成的双通道检测器30同时探测第一波长光和第二波长光，使第一波长光和第二波长光具有完全相同的来源和传播路径，由外界环境、反射散射等造成的光强度扰动与光损耗完全相同，因此利用两者差分信号处理可有效消除光源强度波动、传播损耗引起的光强度动干扰，进而提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的检测精度。
本发明实施例通过设置凹面反射镜40，可以提高到达双通道检测器30的光强度，进而提升双通道检测器30的灵敏度，通过设置双通道检测器30中的检测通道和参考通道位于同一水平面上，可以使得进入检测通道和参考通道中的入射光同时进入，进而降低补偿误差，提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的检测精度。
在本实施例中，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100包括设于检测通道中的第一窄带滤光片和设于参考通道中的第二窄带滤光片。进入检测通道中的光线经第一窄带滤光片滤波后得到第一波长光，进入参考通道中的光线经第二窄带滤光片滤波后得到第二波长光，第一波长光可被气体吸收，第二波长光不可被气体吸收。通过设置第一窄带滤光片和第二窄带滤光片，可灵活选择探测光谱波段。
其中，第二波长光线不可被气体吸收指得是，在理想情况下，气体不具有吸收第二波长光的能力，即，在理想情况下，第二波长光经过气体后，第二波长光的能量不发生变化。
具体地，在本实施例中，光源为发出3000纳米至7000纳米之间波段的中红外光源，这一波段的光更容易被待测气体吸收，例如甲烷对波长为3310纳米的光的吸收强度是波长为1670纳米的光的200倍，从而提高了多具有自适应反光件的气体浓度检测装置的探测精度。第一波长光的中心波长可以设置为3200nm～3400nm，这一波段的光更容易被甲烷吸收，例如甲烷对波长为3310nm的光的吸收强度是波长为1670nm的光的200倍，从而提高了双通道检测器30的探测精度。第一波长光的中心波长也可以设置为4200nm～4300nm，这一波段的光更容易被二氧化碳吸收。第一波长光的中心波长也可以设置为4600nm～4700nm，这一波段的光更容易被一氧化碳吸收。第二波长光的中心波长可以设置为3930nm至3950nm，这一波段的光不容易被气体吸收。
由于待测气体对于第一波长光具有较强的吸收作用，而待测气体对于第二波长光没有吸收作用，当光源10的出射光经过待测气体区域中后，第一波长光的能量降低，而第二波长光的能量基本不发生变化，故而可以得到与第一波长光的能量对应的第一光强度和与第二波长光的能量对应的第二光强度，进而，可以通过第一光强度和第二光强度计算得到待测气体的浓度。
在本实施例中，在相同光与气体作用距离下，随着气体浓度的增大，双通道检测器30光强度差分信号变化增大，因而，建立气体浓度与探测器光强度差分信号一一对应的数学关系曲线，实现气体浓度传感测量，构成双通道检测器30。同时，采用集成的双通道检测器30同时探测第一波长光和第二波长光，使第一波长光和第二波长光具有完全相同的来源和传播路径，由外界环境、反射散射等造成的光强度扰动与光损耗完全相同，因此利用两者差分信号处理可有效消除光源强度波动、传播损耗引起的光强度动干扰，进而提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的检测精度。
可选地，在一实施例中，可以设置经自适应反光件20反光出射的光线为平行光，以减少光线的扩散，避免光线在传输的过程中接触障碍物，使得较多比例的光线入射至双通道检测器30，进而提升光源10的光能利用率。
在本实施例中，设置经自适应反光件20反光出射的光线的张角小于15°，其中，光线的张角指的是：光线的方向与光源10出光方向的最大夹角。通过设置光线的张角小于15°，可以在满足较高光能利用率的同时，降低反光面221的加工精度，进而降低加工成本。
进一步地，如图2、图5和图6所示，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括安装筒50和安装座60，安装筒50具有相对的第一端51和第二端53。安装座60连接于安装筒50的第一端51，光源10和双通道检测器30设置于安装座60上。凹面反射镜40设置于安装筒50的第二端53。通过设置安装座60，并在安装座60上同时开设光源安装孔62和检测器安装孔64，以用于安装光源10和双通道检测器30，可以使得结构更加紧凑，且通过一个元件即可以同时固定光源10和双通道检测器30，进而减少了元件的数量，且也降低了安装复杂度，便于安装和拆卸。通过设置安装筒50，可以将光源10、凹面反射镜40以及双通道检测器30集成于一体，便于安装。
进一步地，如图2和图6所述，安装座60上开设有光源安装孔62和检测器安装孔64，光源10装配于光源安装孔62内，双通道检测器30装配于检测器安装孔64内，光源安装孔62的轴线与检测器安装孔64的轴线关于安装筒50的轴线对称设置，以使得经凹面反射镜40聚焦后的光线可以垂直入射双通道检测器30，进而提升光能的利用率。
可选地，在本实施例中，如图2和图5所示，安装筒50包括安装部52和筒体部54，筒体部54中空设置，并连接于安装部52的一侧，安装部52远离筒体部54的表面上开设有安装槽522，安装座60容置于安装槽522，光源10和双通道检测器30固定于安装座60上，凹面反射镜40设置于筒体部54远离安装部52的一侧。在安装槽522的底部开设有连通安装槽522和筒体部54内部的避让孔524，光源10发出的光线经避让孔524入射凹面反射镜40，经凹面反射镜40汇聚反射后的光线经避让孔524入射双通道检测器30。
进一步地，如图2和图8所示，筒体部54内形成有检测腔55，具有自适应反光件的气体浓度检测装置100还包括隔离镜80，隔离镜80夹设于安装槽522的底壁与安装座60之间，用于遮盖避让孔524以隔离检测腔55与安装槽522。本实施例通过设置用于隔离检测腔55与安装槽522的隔离镜80，可以防止位于检测腔55中的气体进入安装槽522内，避免待测气体接触光源10和双通道检测器30的电气部分，而发生爆炸，进而提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的安全性能。
请参阅图10，图10是本发明实施例中的气体浓度检测方法的流程示意图。本发明还提供一种气体浓度检测方法，包括：
S201：控制光源10周期性发光；
S202：控制凹面反射镜40聚焦并反射光源10的出射光至双通道检测器30，其中，双通道检测器30包括检测通道和参考通道，检测通道用于检测被气体吸收后的第一波长光的第一光强度，参考通道用于检测未被气体吸收的第二波长光的第二光强度；
S203：响应于第一光强度和第二光强度的比值与待测气体浓度之间的对应关系，获得待测气体的浓度。
其中，在本实施例中，光源10的发光频率为1-10HZ。例如可以为1HZ、2HZ、3HZ、4HZ、5HZ、6HZ、7HZ、8HZ、9HZ或者10HZ等。可以根据待测气体的种类以及待测气体的浓度进行设置，本发明实施例不做具体限定。
在相同光与气体作用距离下，随着气体浓度的增大，双通道检测器30光强度差分信号变化增大，因而，建立气体浓度与探测器光强度差分信号一一对应的数学关系曲线，实现气体浓度传感测量，构成双通道检测器30。同时，采用集成的双通道检测器30同时探测第一波长光和第二波长光，使第一波长光和第二波长光具有完全相同的来源和传播路径，由外界环境、反射散射等造成的光强度扰动与光损耗完全相同，因此利用两者差分信号处理可有效消除光源强度波动、传播损耗引起的光强度动干扰，进而提升具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的检测精度。
本发明另一方面还提供一种报警装置，报警装置包括报警器和具有自适应反光件的气体浓度检测装置，报警器与具有自适应反光件的气体浓度检测装置电连接，用于在具有自适应反光件的气体浓度检测装置检测到可燃气体的浓度大于预设值时发出警示音。
其中，在本实施例中，具有自适应反光件的气体浓度检测装置的结构与上述实施例中的具有自适应反光件的气体浓度检测装置100的结构相同，请参照上述实施例中的描述，此处不再赘述。可燃气体浓度的预设值可以根据防爆需求进行设置，本发明实施例不做具体限定。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有自适应反光件的气体浓度检测装置，其特征在于，所述具有自适应反光件的气体浓度检测装置包括光源、自适应反光件以及双通道检测器，所述光源安装于所述自适应反光件内，所述光源发出的光线经所述自适应反光件聚焦后照射至所述双通道检测器，所述双通道检测器包括位于同一水平面上的检测通道和参考通道，所述检测通道用于检测被气体吸收后的第一波长光的第一光强度，所述参考通道用于检测未被气体吸收的第二波长光的第二光强度，通过所述第一光强度和所述第二光强度得到气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，其特征在于，所述自适应反光件的表面上开设有反光槽，所述反光槽的侧壁形成反光面，所述光源安装于所述反光槽的中心。
3.根据权利要求2所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，其特征在于，所述自适应反光件包括光源部和与所述光源部连接的反光部，所述光源部上开设有装配孔，所述反光部上开设有所述反光槽，所述光源安装于所述装配孔中且延伸至所述反光槽内。
4.根据权利要求1所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，其特征在于，所述自适应反光件为反光罩，所述光源安装于所述反光罩的中心。
5.根据权利要求1所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，其特征在于，经所述自适应反光件反光出射的光线为平行光。
6.根据权利要求1所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，其特征在于，经所述自适应反光件反光出射的光线的张角小于15°。
7.根据权利要求1所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，其特征在于，所述自适应反光件的反光面上涂覆有防氧化保护膜。
8.根据权利要求1所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，其特征在于，所述自适应反光件的反光面为光滑的曲面，或所述反光面由多个平面拼接形成。
9.根据权利要求1所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，其特征在于，所述具有自适应反光件的气体浓度检测装置还包括凹面反射镜和安装筒，所述安装筒具有相对设置的第一端和第二端，所述光源和所述双通道检测器设置在所述安装筒的第一端，所述凹面反射镜设置在所述安装筒的第二端，所述光源发出的光线经所述凹面反射镜反射后照射至所述双通道检测器。
10.一种报警装置，其特征在于，所述报警装置包括报警器和如权利要求1-9任一项所述的具有自适应反光件的气体浓度检测装置，所述报警器与所述具有自适应反光件的气体浓度检测装置电连接，用于在所述具有自适应反光件的气体浓度检测装置检测到可燃气体的浓度大于预设值时发出警示音。
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