CN111879719A - 一种基于ndir技术的红外气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器技术领域，公开了一种基于NDIR技术的红外气体传感器，包括用于产生红外光的光源模块、用于接收红外光的检测模块、以及用于将光源模块所发出的红外光传导至检测模块上的环形光路传导组件；环形光路传导组件包括外壳，外壳内部形成有用于容纳待检测气体的气体腔室，光源模块与检测模块均设置在气体腔室内部，光源模块发出的红外光在气体腔室内经过多次反射后，照射在检测模块上，检测模块根据所接收到的红外光的强度检测出气体腔室内目标气体的气体浓度。本申请提供的一种基于NDIR技术的红外气体传感器，光线在气体腔室内经过多次反射，使得传感器的光程更长，检测结果更加精准，同时传感器的体积也更小。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种基于NDIR技术的红外气体传感器。
背景技术
基于NDIR(非分散性红外线技术)技术的红外气体传感器用一个广谱的黑体辐射源作为红外传感器的光源，光线穿过光路中的被测气体，到达红外探测器。其工作原理是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，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。
其中，传感器内光线所走的光程越长，传感器得到的检测结果就越精确。现有的NDIR气体传感器的光路大都是直线光路，为了使得传感器的检测结果更加精确，需要将检测光线的光程设置的足够长，这就造成目前气体传感器的体积偏大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于NDIR技术的红外气体传感器，旨在解决现有技术中气体传感器的体积偏大、光程短的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于NDIR技术的红外气体传感器，包括用于产生红外光的光源模块、用于接收红外光的检测模块、以及用于将所述光源模块所发出的红外光传导至所述检测模块上的环形光路传导组件；所述环形光路传导组件包括外壳，所述外壳内部形成有用于容纳待检测气体的气体腔室，所述光源模块与所述检测模块均设置在所述气体腔室内部，所述光源模块发出的红外光在所述气体腔室内经过多次反射后，照射在所述检测模块上，所述检测模块根据所接收到的红外光的强度检测出所述气体腔室内目标气体的气体浓度。
进一步地，所述环形光路传导组件包括设置在所述气体腔室内部的第一反射件，所述第一反射件具有第一反射端面，所述第一反射端面与所述光源模块所发出的红外光的光路呈45度的夹角。
进一步地，所述外壳具有朝向所述气体腔室内部的第一反射壁，所述气体腔室内具有环形板，所述环形板具有朝向所述第一反射壁的第二反射壁，所述光源模块所发出的红外光能够在所述第一反射壁上以及所述第二反射壁上多次反射。
进一步地，所述第一反射壁呈圆环形，所述第二反射壁呈圆环形，且所述第一反射壁与所述第二反射壁呈同心圆布置。
进一步地，所述环形光路传导组件包括第二反射件以及第三反射件，所述第二反射件具有反射弧面，所述第三反射件具有第二反射端面，所述光源模块所发出的红外光照射在所述反射弧面上，并反射照射在所述第二反射端面上，再经所述第二反射端面反射后照射在所述检测模块上。
进一步地，所述第二反射件的一端与所述环形板固定连接，所述环形板具有朝向所述反射弧面的第一开口，所述第三反射件设置在所述环形板上并位于所述第一开口内，所述环形板、所述第二反射件与所述第三反射件之间形成有检测腔，所述检测腔位于所述气体腔室内并与所述气体腔室连通，所述检测模块设置在所述检测腔内。
进一步地，所述第二反射端面与所述光源模块所发出的红外光的光路呈45度的夹角。
进一步地，所述检测模块具有至少一个光路接收位，所述光路接收位用于接收从所述光源模块所发出并穿过所述气体腔室的红外光。
进一步地，所述气体腔室与外部相连通，并通过防水透气膜与外部进行气体交换。
进一步地，还包括PCB板以及与所述PCB板电连接的插针，所述检测模块设置在所述PCB板上，所述插针用于将所述传感器安装在指定的位置上。
与现有技术相比，本发明主要有以下有益效果：
本发明提供的一种基于NDIR技术的红外气体传感器，光源模块所发出的红外光在气体腔室内经过多次反射后照射在检测模块上，其中，在光源模块与检测模块之间的距离相同的情况下，光线经过多次反射后到达检测模块所走的路程比光线从光源模块发出直接照射在检测模块上所走的路程要长，这样，光线在气体腔室内经过多次反射，使得传感器的光程更长，检测结果更加精准，同时传感器的体积也更小。
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他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于NDIR技术的红外气体传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于NDIR技术的红外气体传感器的结构分解示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于NDIR技术的红外气体传感器的内部结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于NDIR技术的红外气体传感器的内部结构的俯视图。
附图标记：1-光源模块，2-检测模块，3-环形光路传导组件，4-防水透气膜，5-插针，21-光路接收位，31-外壳，32-第一反射件，33-环形板，34-第二反射件，35-第三反射件，311-气体腔室，312-检测腔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
请参阅图1，图1示出了本发明实施例的一种基于NDIR技术的红外气体传感器的结构示意图，同时参阅图2-4；其中，本实施例提供的一种基于NDIR技术的红外气体传感器，包括用于产生红外光的光源模块1、用于接收红外光的检测模块2、以及用于将光源模块1所发出的红外光传导至检测模块2上的环形光路传导组件3；环形光路传导组件3包括外壳31，外壳31内部形成有用于容纳待检测气体的气体腔室311，光源模块1与检测模块2均设置在气体腔室311内部，光源模块1发出的红外光在气体腔室311内经过多次反射后，照射在检测模块2上，检测模块2根据所接收到的红外光的强度检测出气体腔室311内目标气体的气体浓度。
上述提供的一种基于NDIR技术的红外气体传感器，光源模块1所发出的红外光在气体腔室311内经过多次反射后照射在检测模块2上，其中，在光源模块1与检测模块2之间的距离相同的情况下，光线经过多次反射后到达检测模块2所走的路程比光线从光源模块1发出直接照射在检测模块2上所走的路程要长，这样，光线在气体腔室311内经过多次反射，使得传感器的光程更长，检测结果更加精准，同时传感器的体积也更小。
本申请提供的一种基于NDIR技术的红外气体传感器，通过设置环形光路传导组件3，能够将光源模块1所发出的红外光传导至检测模块2上，同时，检测模块2能够根据接收到的红外光的强度，检测出气体腔室311内目标气体的气体浓度。由于红外光在气体腔室311内传播的过程中，会被气体分子吸收，且不同气体分子对光的吸收强度不同，根据朗伯-比尔Lambert-Beer定律，便能够得出气体腔室311内目标气体的气体浓度。
请一并参阅图2-4，作为本发明的一种实施方式，环形光路传导组件3包括设置在气体腔室311内部的第一反射件32，第一反射件32具有第一反射端面，优选地，第一反射端面与光源模块1所发出的红外光的光路呈45度的夹角。第一反射件32与光路呈45度夹角，能够将光源模块1所发出的红外光尽可能的汇聚在第一反射件32上，并经第一反射端面将红外光反射到气体腔室311中，同时也能够减少红外光从光源模块1照射出来时由于光的散射所造成的光损。
优选地，光源模块1所发出的红外光的光路垂直于水平面，光路经第一反射件32反射后，平行于水平面射出。
具体地，外壳31具有朝向气体腔室311内部的第一反射壁，气体腔室311内具有环形板33，环形板33具有朝向第一反射壁的第二反射壁，光源模块1所发出的红外光能够在第一反射壁上以及第二反射壁上多次反射。光源模块1所发出的红外光在经过第一反射件32的反射后，照射在第一反射壁上，并在第一反射壁上反射，再照射在第二反射壁上，接着在第二反射壁上反射，再照射在第一反射壁上，如此经过多次反射之后，直至红外光照射在检测模块2上。这样经过多次反射的红外光在气体腔室311内走的路程更长，传感器的检测结果便更加精准，同时传感器的体积也更小。
其中，第一反射壁呈圆环形，第二反射壁呈圆环形，且第一反射壁与第二反射壁呈同心圆布置。表面呈弧形的第一反射壁与第二反射壁能够使得经过第一反射件32反射后的红外光束尽可能的汇聚，从而减少红外光在气体腔室311内传播过程中所造成的光损，提高传感器中光的利用率，节约能源。优选地，经过第一反射件32反射后的光束平行于第二反射壁的切线方向。
具体地，环形光路传导组件3包括第二反射件34以及第三反射件35，第二反射件34具有反射弧面，第三反射件35具有第二反射端面，光源模块1所发出的红外光照射在反射弧面上，并反射照射在第二反射端面上，再经第二反射端面反射后照射在检测模块2上。这样，在第二反射件34和第三反射件35的引导下，光源模块1所发出的红外光能够精准的照射在检测模块2上。
更具体地，第二反射件34的一端与环形板33固定连接，环形板33具有朝向反射弧面的第一开口，第三反射件35设置在环形板33上并位于第一开口内，环形板33、第二反射件34与第三反射件35之间形成有检测腔312，检测腔312位于气体腔室311内并与气体腔室311连通，检测模块2设置在检测腔312内。将第三反射件35设置在环形板33的第一开口内，接收检测腔312设置在环形板33、第二反射件34与第三反射件35之间，能够使得传感器的内部结构更紧凑，从而减小传感器的体积。
其中，红外光在第一反射壁和第二反射壁之间经过多次反射后，照射在第二反射件34的反射弧面上，并经过反射弧面反射，再照射在第三反射件35的第二反射端面上，最后经过第二反射端面反射后照射在检测模块2上。由于光在气体腔室311内传播的过程中容易发生散射，并造成光损，将第二反射件34的反射面设置成弧形，能够有利于反射弧面将在气体腔室311内传播的红外光汇聚并反射到第二反射端面上，从而减少红外光的光损，提高传感器中光的利用率，节约能源。
优选地，第二反射端面与照射在第二反射端面上的红外光的光路呈45度的夹角，这样，能够尽可能的将照射在第二反射端面上的红外光反射至检测模块2上。当然也可以是其他的角度，本发明对此不作限定。
作为本发明的一种实施方式，参阅图3，检测模块2具有至少一个光路接收位21，光路接收位21用于接收从光源模块1所发出并穿过气体腔室311的红外光。相对应的，光源模块1能够发出对应数量的红外光束，同时，具有多个光路接收位21的检查模块能够接收到多束红外光，然后再根据不同光束的红外光的强度检测出目标气体的气体浓度的平均值，这样，检测出的目标气体的气体浓度值更加精确。
具体地，气体腔室311与外部相连通，并通过防水透气膜4与外部进行气体交换。当需要检测目标环境中某一气体的浓度时，将该传感器放置在目标环境中，传感器内的气体腔室311能够通过防水透气膜4与外部进行气体交换，同时又能够避免目标环境中的水蒸气进入气体腔室311内，从而影响检测结果。
具体地，壳体上开设有用于与外部进行气体交换的通孔，防水透气膜4盖设在通孔上，且防水透气膜4与外壳31之间采用O型圈进行密封。
可选地，外壳31采用金属材质制成。
优选地，第一反射件32的第一反射端面、外壳31的第一反射壁、环形板33的第二反射壁、第二反射件34的反射弧面以及第三反射件35的第二反射端面均镀有反射率高的金属，例如金、银、铜、铝等。
作为本发明的一种实施方式，传感器还包括PCB板以及与PCB板电连接的插针5，检测模块2设置在PCB板上，插针5用于将传感器安装在指定的位置上。优选地，PCB板上还设置有用于与外部进行通讯的通讯模块，通讯模块通过插针5与外部进行通讯。
以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于NDIR技术的红外气体传感器，其特征在于，包括用于产生红外光的光源模块、用于接收红外光的检测模块、以及用于将所述光源模块所发出的红外光传导至所述检测模块上的环形光路传导组件；所述环形光路传导组件包括外壳，所述外壳内部形成有用于容纳待检测气体的气体腔室，所述光源模块与所述检测模块均设置在所述气体腔室内部，所述光源模块发出的红外光在所述气体腔室内经过多次反射后，照射在所述检测模块上，所述检测模块根据所接收到的红外光的强度检测出所述气体腔室内目标气体的气体浓度。
2.根据权利要求1所述的基于NDIR技术的红外气体传感器，其特征在于，所述环形光路传导组件包括设置在所述气体腔室内部的第一反射件，所述第一反射件具有第一反射端面，所述第一反射端面与所述光源模块所发出的红外光的光路呈45度的夹角。
3.根据权利要求1所述的基于NDIR技术的红外气体传感器，其特征在于，所述外壳具有朝向所述气体腔室内部的第一反射壁，所述气体腔室内具有环形板，所述环形板具有朝向所述第一反射壁的第二反射壁，所述光源模块所发出的红外光能够在所述第一反射壁上以及所述第二反射壁上多次反射。
4.根据权利要求3所述的基于NDIR技术的红外气体传感器，其特征在于，所述第一反射壁呈圆环形，所述第二反射壁呈圆环形，且所述第一反射壁与所述第二反射壁呈同心圆布置。
5.根据权利要求3所述的基于NDIR技术的红外气体传感器，其特征在于，所述环形光路传导组件包括第二反射件以及第三反射件，所述第二反射件具有反射弧面，所述第三反射件具有第二反射端面，所述光源模块所发出的红外光照射在所述反射弧面上，并反射照射在所述第二反射端面上，再经所述第二反射端面反射后照射在所述检测模块上。
6.根据权利要求5所述的基于NDIR技术的红外气体传感器，其特征在于，所述第二反射件的一端与所述环形板固定连接，所述环形板具有朝向所述反射弧面的第一开口，所述第三反射件设置在所述环形板上并位于所述第一开口内，所述环形板、所述第二反射件与所述第三反射件之间形成有检测腔，所述检测腔位于所述气体腔室内并与所述气体腔室连通，所述检测模块设置在所述检测腔内。
7.根据权利要求5所述的基于NDIR技术的红外气体传感器，其特征在于，所述第二反射端面与所述光源模块所发出的红外光的光路呈45度的夹角。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的基于NDIR技术的红外气体传感器，其特征在于，所述检测模块具有至少一个光路接收位，所述光路接收位用于接收从所述光源模块所发出并穿过所述气体腔室的红外光。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的基于NDIR技术的红外气体传感器，其特征在于，所述气体腔室与外部相连通，并通过防水透气膜与外部进行气体交换。
10.根据权利要求1-7任意一项任意一条所述的基于NDIR技术的红外气体传感器，还包括PCB板以及与所述PCB板电连接的插针，所述检测模块设置在所述PCB板上，所述插针用于将所述传感器安装在指定的位置上。
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