CN112649387A - 气室组件、气体浓度传感器和空调系统 - Google Patents

气室组件、气体浓度传感器和空调系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种气室组件、气体浓度传感器和空调系统。该气室组件包括气室，所述气室的内壁面包括第一反射面、第二反射面和第三反射面；所述第一反射面和所述第三反射面均为椭圆的凹面，所述第二反射面为平面；所述第一反射面和所述第三反射面设在所述第二反射面的同侧；光源，设在所述第一反射面的焦点所在位置；探测器，设在所述第二反射面的焦点所在位置；所述光源发出的光线经所述内壁面反射汇聚于所述探测器。通过在平面反射面同侧设置两个凹型椭圆面，构成气室的内壁面，使得光线能经过多次反射完成整个光程，这样能延长光程，还可减少气室的体积。

Description

气室组件、气体浓度传感器和空调系统
技术领域
本申请属于空调系统技术领域，具体涉及一种气室组件、气体浓度传感器和空调系统。
背景技术
当前，环境质量越来越受到人们的关注。在日常生活中，教室、办公室、卧室等长期人流聚集、对空气质量要求较高的环境下，CO2浓度成为了一项值得关注的参数。当人员密度大、停留时间长、通风状况差时，CO2浓度的上升，会使得人体产生困倦、注意力不集中等状况。因此，根据环境的实时状态，及时地换气非常重要。
在空调领域，具有换气功能的新风空调成为了当下厂商热推、消费者热捧的空调产品。而为了实现实时、准确、低耗的换气，必须要实时准确地探测环境中的CO2浓度。因此，CO2气体浓度传感器成为了新风系统的关键部件。
在气体探测领域，常使用红外传感器进行气体浓度测量。根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律，当红外光通过特定待测气体时，这些待测气体对特定波长的红外光有吸收作用，通过对比吸收前后的红外光的强度，就可以反演出待测气体浓度。
常见的红外气体传感器模块，主要包括光学腔体、红外光源、红外光电探测器及控制系统等，其中红外光源和探测器的中心点位于同一条直线上，并分别安装于光学腔体的两端。这是典型的直射式气室红外气体传感器，其光学腔体呈圆柱状。直射式气室的优点在于，一定的长度下，红外光由光源端传递到探测器端的过程中，不必要的损耗(如内壁面反射)较低。但根据朗伯比尔定律，当待测气体的浓度相对较低时，需要提升光传递路程的长度，以增强系统探测的分辨率；进而，若一味地增加直射式气室的长度，会令传感器的外形尺寸较大，影响传感器的安装使用。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种气室组件、气体浓度传感器和空调系统，能够延长光程而减少气室体积。
为了解决上述问题，本申请提供一种气室组件，包括：
气室，所述气室的内壁面包括第一反射面、第二反射面和第三反射面；所述第一反射面和所述第三反射面均为椭圆的凹面，所述第二反射面为平面；所述第一反射面和所述第三反射面设在所述第二反射面的同侧；
光源，设在所述第一反射面的焦点所在位置；
探测器，设在所述第二反射面的焦点所在位置；
所述光源发出的光线经所述内壁面反射汇聚于所述探测器。
可选地，所述第一反射面以所述第二反射面对称的对称面，与所述第三反射面位于同一椭圆上；或，所述第三反射面以所述第二反射面对称的对称面，与所述第一反射面位于同一椭圆上。
可选地，所述气室包括有气流通道口，用于气流导入和导出所述气室；所述气流通道口设在所述第二反射面的上。
可选地，所述探测器包括测量通道，所述测量通道上设置的滤光片允许通过的光的波长为λ1；或，所述探测器包括测量通道和参考通道，所述测量通道上设置的滤光片允许通过的光的波长为λ1，所述参考通道上设置的滤光片允许通过的光的波长为λ2。
可选地，所述第二反射面与所述第一反射面所在椭圆的长轴相交。
可选地，所述第二反射面与所述长轴相交于所述长轴的中点。
可选地，所述第二反射面与所述第一反射面所在椭圆的短轴的夹角为0°～90°。
根据本申请的另一方面，提供了一种气体浓度传感器，包括如上所述的气室组件。
可选地，所述气体浓度传感器包括CO2气体浓度传感器。
根据本申请的再一方面，提供了一种空调系统，包括如上所述的气室组件或如上所述的气体浓度传感器。
本申请提供的一种气室组件，包括：气室，所述气室的内壁面包括第一反射面、第二反射面和第三反射面；所述第一反射面和所述第三反射面均为椭圆的凹面，所述第二反射面为平面；所述第一反射面和所述第三反射面设在所述第二反射面的同侧；光源，设在所述第一反射面的焦点所在位置；探测器，设在所述第二反射面的焦点所在位置；所述光源发出的光线经所述内壁面反射汇聚于所述探测器。通过在平面反射面同侧设置两个凹型椭圆面，构成气室的内壁面，使得光线能经过多次反射完成整个光程，这样能延长光程，还可减少气室的体积。
附图说明
图1为本申请实施例的气室组件的结构示意图；
图2为本申请实施例的气体传感器的结构示意图。
附图标记表示为：
1、第一反射面；2、第三反射面；3、对称面；4、第二反射面；5、气流通道口；K1、光源；K2、探测器；K2’焦点。
具体实施方式
结合参见图1至图2所示，根据本申请的实施例，一种气室组件，包括：
气室，所述气室的内壁面包括第一反射面1、第二反射面4和第三反射面2；所述第一反射面1和所述第三反射面2均为椭圆的凹面，所述第二反射面4为平面；所述第一反射面1和所述第三反射面2设在所述第二反射面4的同侧；
光源K1，设在所述第一反射面1的焦点所在位置；
探测器K2，设在所述第二反射面4的焦点所在位置；
所述光源K1发出的光线经所述内壁面反射汇聚于所述探测器K2。
将气室的内壁面设置三个反射面，且两个凹型椭圆面设在平面反射面的同侧，光源K1和探测器K2分别设在两个椭圆面的焦点位置，光线经过内壁面多侧反射到达探测器K2，能延长整个光程，并且能减少气室的体积。
在一些实施例中，第一反射面1以所述第二反射面4对称的对称面3，与所述第三反射面2位于同一椭圆上；或，所述第三反射面2以所述第二反射面4对称的对称面3，与所述第一反射面1位于同一椭圆上。
以第二反射面4为基准，第一反射面1的对称面3与第三反射面2在同一椭圆上，或第三反射面2的对称面3与第一反射面1在同一椭圆上，这样确保光源K1发出的光线经第一反射面1、第二反射面4和第三反射面2能达到探测器K2位置。
在一些实施例中，气室包括有气流通道口5，用于气流导入和导出所述气室；所述气流通道口5设在所述第二反射面4的上。
在气室内壁上设置气流通道口5，用于与外界进行气体交换，待测气体经过气流通道口5进入气室内，光线在气室内经多次反射，特定波长的光被待测气体充分吸收，剩余光线照射到探测器K2，这样实现气体浓度的检测。
在一些实施例中，探测器K2包括测量通道，所述测量通道上设置的滤光片允许通过的光的波长为λ1；或，所述探测器K2包括测量通道和参考通道，所述测量通道上设置的滤光片允许通过的光的波长为λ1，所述参考通道上设置的滤光片允许通过的光的波长为λ2。
探测器K2包括单个测量通道，或包含测量通道和参考通道，通过在各自通道上设置不同的滤光片，实现气体的检测。
在一些实施例中，第二反射面4与所述第一反射面1所在椭圆的长轴相交。
第二反射面4设置的位置，应当位于长轴上，即长轴与第二反射面4有交点；更佳方案为，第二反射面4与所述长轴相交于所述长轴的中点，这样能避免光源K1与探测器K2发生光干涉。
在一些实施例中，第二反射面4与所述第一反射面1所在椭圆的短轴的夹角为0°～90°。
第二反射面4与第一反射面1所在椭圆的短轴的夹角设为锐角，确保光线能产生多次反射达到探测器K2。
根据本申请的另一方面，提供了一种气体浓度传感器，包括如上所述的气室组件。
在一些实施例中，气体浓度传感器包括CO2气体浓度传感器。
下面以采用上述气室组件的CO2气体浓度传感器进行说明，以图1所示阐述其结构和工作原理。由于第三反射面2关于第二反射面4的对称面3，与第一反射面1处于同一椭圆上，因此第一反射面1和第三反射面2，在第二反射面4存在的情况下，光学反射性质等价于椭圆面对于第一反射面1。
具体而言，工作状态下，光源K1通电发射光线，一部分光线发射到第一反射面1，由椭圆性质此部分光线将汇聚到第一反射面1所在椭圆的另一焦点K2’，根据上述的等价情况，此部分光线会经第二反射面4的平面反射，汇聚到探测器K2所在位置。
光源K1发射的另一部分光线将照射到第二反射面4，经该平面反射，照射到第三反射面2，再经第三反射面2的反射，汇聚到探测器K2所在位置。
探测器K2固定于第三反射面2的焦点，因此这些光线将射到探测器K2表面。探测器K2前端装有滤光片，仅能令一定波长的光通过，射入到探测器K2内部的光电转换部件；光电转换部件将接收到的光能转化为电信号，传递到控制系统。
如图2所示，工作状态下，待测气体通过气流通道口5进入气室；光源K1通电发射光线，基于上述的工作原理，探测器K2表面会接收到来自光源K1发出并经过气室内壁面反射传递的光能。探测器K2可为双通道探测器K2，有两个开口，每个开口上装有一块滤光片，仅能令一定波长的光通过；例如在测量CO2浓度时，一个通道的滤光片仅能令4.26μm波长的光通过，称为测量通道；另一个通道的滤光片仅能令3.95μm波长的光通过，称为参考通道；通过滤光片的光进入探测器K2内部，经光电转换部件分别转换为电信号，传入控制系统；由于CO2气体仅吸收4.26μm左右的波长的光，而基本不吸收3.95μm左右的波长的光，因此测量通道接收的光能，是从光源K1发射后被气体吸收过的衰减的光，反映CO2气体的浓度信息，而参考通道接收的光，是从光源K1发射后没有被气体吸收过的光，反映系统本身存在的对光的损耗。考虑到光源K1、气室、探测器K2、电路等元件会发生老化等造成系统性质变化，为保证测量效果，需要以测量通道为基准，使用参考通道作为校正。
实际操作中，探测器K2可为单通道结构，为测量通道。
同时，气室组件还可设有温度、湿度传感器，测量此时传感器周围的温度、湿度，传入控制系统，作为环境参考；综合来自探测器K2的光电信号，以及温湿度信息，经过计算可以得到此时的气体浓度信息。
根据本申请的再一方面，提供了一种空调系统，包括如上所述的气室组件或如上所述的气体浓度传感器。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种气室组件，其特征在于，包括：
气室，所述气室的内壁面包括第一反射面(1)、第二反射面(4)和第三反射面(2)；所述第一反射面(1)和所述第三反射面(2)均为椭圆的凹面，所述第二反射面(4)为平面；所述第一反射面(1)和所述第三反射面(2)设在所述第二反射面(4)的同侧；
光源(K1)，设在所述第一反射面(1)的焦点所在位置；
探测器(K2)，设在所述第二反射面(4)的焦点所在位置；
所述光源(K1)发出的光线经所述内壁面反射汇聚于所述探测器(K2)。
2.根据权利要求1所述的气室组件，其特征在于，所述第一反射面(1)以所述第二反射面(4)对称的对称面(3)，与所述第三反射面(2)位于同一椭圆上；或，所述第三反射面(2)以所述第二反射面(4)对称的对称面(3)，与所述第一反射面(1)位于同一椭圆上。
3.根据权利要求2所述的气室组件，其特征在于，所述气室包括有气流通道口(5)，用于气流导入和导出所述气室；所述气流通道口(5)设在所述第二反射面(4)的上。
4.根据权利要求1所述的气室组件，其特征在于，所述探测器(K2)包括测量通道，所述测量通道上设置的滤光片允许通过的光的波长为λ1；或，所述探测器(K2)包括测量通道和参考通道，所述测量通道上设置的滤光片允许通过的光的波长为λ1，所述参考通道上设置的滤光片允许通过的光的波长为λ2。
5.根据权利要求1或2所述的气室组件，其特征在于，所述第二反射面(4)与所述第一反射面(1)所在椭圆的长轴相交。
6.根据权利要求5所述的气室组件，其特征在于，所述第二反射面(4)与所述长轴相交于所述长轴的中点。
7.根据权利要求5所述的气室组件，其特征在于，所述第二反射面(4)与所述第一反射面(1)所在椭圆的短轴的夹角为0°～90°。
8.一种气体浓度传感器，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的气室组件。
9.根据权利要求8所述的气体浓度传感器，其特征在于，所述气体浓度传感器包括CO2气体浓度传感器。
10.一种空调系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的气室组件或如权利要求8-9任一项所述的气体浓度传感器。
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