CN112858458A - 一种用于检测气体浓度的光电离化传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于检测气体浓度的光电离化传感器，用于提高光电离化传感器扩大浓度检测量程时的检测精确度。本申请包括：紫外灯模块、传感器主体、离子电流接收电极对、放大电路和输出模块；传感器主体上设置有气体流通区域和信息处理区域；紫外灯模块上设置有至少两个紫外光窗口，紫外灯模块设置于气体流通区域内，紫外光窗口用于在紫外灯模块生成紫外光光源后射出紫外光；气体流通区域内安装有至少两个离子电流接收电极对；信息处理区域内安装有至少两个放大电路，每一个放大电路内的电阻大小不同，离子电流接收电极对与放大电路连接；输出模块设置于信息处理区域内，输出模块与放大电路连接。

Description

一种用于检测气体浓度的光电离化传感器

技术领域

本申请实施例涉及检测领域，尤其涉及一种用于检测气体浓度的光电离化传感器。

背景技术

光离子化传感器是目前检测气体物质的一种重要传感器。其工作原理是：待测气体吸收紫外灯发射的高于待测气体分子电离能的光子，被电离成正离子和电子，在外加电极的作用下，离子在空间移动形成微弱电流并被收集，这个微弱电流为光离子化电流。产生的光离子化电流一般通过设置10⁹Ω级别的大电阻的放大电路被转化为便于测量的电压值。由于被测气体浓度与光离子化电流在一定范围内成线性关系，因此，光离子化传感器便可检测出待测气体的浓度。

但是，传统的光离子化传感器上只有一个紫外灯模块，对应一个紫外光窗口，并且光离子化传感器上只有一个放大电路和输出模块，由于放大电路的电阻固定，输出电压存在一个可靠检测范围，这个范围的上限决定于输入电压，下限决定于检测设备的噪音水平。只有在这个检测范围内，输出电压的精度才具备足够精度。当前，增加光离子化传感器的浓度检测量程的方法就是新增加紫外灯模块，并且添加带有不同放大电阻的放大电路和输出模块，得到另一个检测范围。

但是，在增加紫外灯模块的方法中，两个紫外灯模块工作时，紫外灯模块分别发光电离待测气体，即待测气体不共用同一紫外光光源进行电离，这两个紫外灯模块所发出的紫外光光源的工作气体浓度、纯度等各个方面均存在不可控的差异，在长期使用过程中光强的衰减速度也可能不同，从而在使用过程中传统方法会降低光电离化传感器扩大量程时的检测精确度。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于检测气体浓度的光电离化传感器，其特征在于，包括：

紫外灯模块、传感器主体、离子电流接收电极对、放大电路和输出模块；

传感器主体上设置有气体流通区域和信息处理区域；

紫外灯模块上设置有至少两个紫外光窗口，紫外灯模块设置于气体流通区域内，紫外光窗口用于在紫外灯模块生成紫外光光源后射出紫外光；

气体流通区域内安装有至少两个离子电流接收电极对，离子电流接收电极对放置于紫外光窗口前，离子电流接收电极对用于接收待测气体电离时产生的信号；

信息处理区域内安装有至少两个放大电路，每一个放大电路内的电阻大小不同，离子电流接收电极对与放大电路连接，放大电路用于处理离子电流接收电极对采集的信号；

输出模块设置于信息处理区域内，输出模块与放大电路连接，输出模块用于接收并根据放大电路处理后的信号得到待测气体的气体浓度信息。

可选的，紫外灯模块包括交流电压模块、紫外光窗口、紫外激励电极对、紫外灯主体和工作气体；

紫外灯主体上设置至少两个紫外光窗口；

紫外灯主体内包含工作气体，在紫外激励电极对的激励下发射紫外光；

紫外激励电极对安装于紫外灯主体上，紫外激励电极对用于激励工作气体产生紫外光光源；

交流电压模块与紫外激励电极对连接，交流电压模块用于给紫外激励电极对提供高压交流电压。

可选的，交流电压模块包括高压电源模块和高压电源转换模块；

高压电源模块连接高压电源转换模块；

高压电源转换模块连接紫外激励电极对，高压电源转换模块用于向紫外激励电极对提供电能。

可选的，紫外灯模块还包括气体吸附剂；

紫外灯模块内包含气体吸附剂，气体吸附剂用于对紫外灯模块内的杂质气体进行吸附。

可选的，气体流通区域包括进气口、排气口和电离区域；

进气口设置于传感器主体上，将待测气体通过进气口进入电离区域，待测气体在电离区域电离；

排气口设置于传感器主体上，排气口用于将待测气体抽离电离区域。

可选的，气体流通区域还包括用于将待测气体抽入电离区域的抽气泵。

可选的，气体流通区域还包括用于将待测气体排出电离区域的排气泵。

可选的，离子电流接收电极对与紫外光窗口平行放置。

可选的，离子电流接收电极对与紫外光窗口垂直放置。

可选的，输出模块包括逻辑判断模块和信息输出模块；

逻辑判断模块与放大电路连接，逻辑判断模块用于分析放大电路处理后的信号；

逻辑判断模块与信息输出模块连接，信息输出模块用于输出待测气体的气体浓度信息。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

在同一个紫外灯模块上同时设置了多个紫外光窗口，每一个紫外光窗口通过射出紫外光电离待测气体，通过多个离子电流接收电极对接收待测气体电离时产生的信号，离子电流接收电极对将信号传入放大电路进行信息处理，输出模块接收多个放大电路传输的信息进行逻辑分析与计算待测气体的气体浓度。在本申请实施例中，每一个放大电路采用的放大电阻不同从而得到不同的电流放大增益，高增益放大电路具有较小的零点噪音和较小的饱和浓度，低增益放大电路具有较大的零点噪音和较大的饱和浓度，较小的零点噪音意味着对更低浓度的化学气体的可靠检测，所以每一个放大电路的可靠浓度检测范围不相同，通过选择合适的差别放大电阻对可靠检测范围进行衔接，增加了光电离化传感器的总可靠检测范围。并且同一个紫外灯模块上设置了多个紫外光窗口，每一个紫外光窗口共用一个紫外光光源，每一个紫外光窗口的紫外光光源、气体浓度、纯度等都几乎相同，长期使用过程中光强可能的衰减也具有一致性，因此提高了光电离化传感器扩大量程时检测精确度。

附图说明

图1为用于检测气体浓度的光电离化传感器的一个实施例结构示意图；

图2为双紫外灯窗口的光电离化传感器中高、低增益放大电路对不同浓度IBE气体的响应幅度测试图；

图3为双紫外灯窗口的光电离化传感器中高增益放大电路对低浓度IBE气体下的浓度换算图；

图4为双紫外灯窗口的光电离化传感器中高增益放大电路对高浓度IBE气体下的浓度换算图；

图5为双紫外灯窗口的光电离化传感器中低增益放大电路对低浓度IBE气体下的浓度换算图；

图6为双紫外灯窗口的光电离化传感器中低增益放大电路对高浓度IBE气体下的浓度换算图；

图7为紫外灯模块的一个实施例结构示意图；

图8为紫外灯模块另一个实施例结构示意图；

图9为紫外灯模块另一个实施例结构示意图；

图10为用于检测气体浓度的光电离化传感器的另一个实施例结构示意图；

图11为紫外灯与离子电流接收电极对的位置关系的一个实施例结构示意图；

图12为紫外灯与离子电流接收电极对的位置关系的另一个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请中的附图，对申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例中，涉及光离子化传感器，光离子化传感器是一种具有极高灵敏度，用途广泛的传感器，可以检测从浓度约为10ppb到浓度约为10000ppm的挥发性有机物和其他有毒气体。许多有害物质都含有挥发性有机化合物，光电离化传感器对挥发性有机化合物的检测高效可靠。

待测气体吸收紫外灯发射的高于待测气体分子电离能的光子，被电离成正离子和电子，在外加电极的作用下，离子在空间移动形成微弱电流并被收集，这个微弱电流为光离子化电流。产生的光离子化电流一般通过设置10⁹Ω级别的大电阻的放大电路被转化为便于测量的电压值。由于被测气体浓度与光离子化电流在一定范围内成线性关系，因此，光离子化传感器便可检测出待测气体的浓度。

但是，传统的光离子化传感器上只有一个紫外灯模块，对应一个紫外光窗口，并且光离子化传感器上只有一个放大电路和输出模块，由于放大电路的电阻固定，输出电压存在一个可靠检测范围，这个范围的上限决定于输入电压，下限决定于检测设备的噪音水平。只有在这个检测范围内，输出电压的精度才具备足够精度。当前，增加光离子化传感器的浓度检测量程的方法就是新增加紫外灯模块，并且添加带有不同放大电阻的放大电路和输出模块，得到另一个检测范围。

但是，在增加紫外灯模块的方法中，两个紫外灯模块工作时，紫外灯模块分别发光电离待测气体，即待测气体不共用同一紫外光光源进行电离，这两个紫外灯模块所发出的紫外光光源的工作气体浓度、纯度等各个方面均存在不可控的差异，在长期使用过程中光强的衰减速度也可能不同，从而在使用过程中传统方法会降低光电离化传感器扩大量程时的检测精确度。

本申请实施例公开了一种用于检测气体浓度的光电离化传感器，用于提高光电离化传感器扩大浓度检测量程时的检测精确度。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种用于检测气体浓度的光电离化传感器，包括：

紫外灯模块1、传感器主体2、离子电流接收电极对3、放大电路4和输出模块5；

传感器主体2上设置有气体流通区域和信息处理区域；

紫外灯模块1上设置有至少两个紫外光窗口，紫外灯模块1设置于气体流通区域内，紫外光窗口用于在紫外灯模块1生成紫外光光源后射出紫外光；

气体流通区域内安装有至少两个离子电流接收电极对3，离子电流接收电极对3放置于紫外光窗口前，离子电流接收电极对3用于接收待测气体电离时产生的信号；

信息处理区域内安装有至少两个放大电路4，每一个放大电路4内的电阻大小不同，离子电流接收电极对3与放大电路4连接，放大电路4用于处理离子电流接收电极对3采集的信号；

输出模块5设置于信息处理区域内，输出模块5与放大电路4连接，输出模块5用于接收并根据放大电路4处理后的信号得到待测气体的气体浓度。

图1以双紫外光窗口的光电离化传感器为例，下面首先对双紫外光窗口的光电离化传感器的结构及其结构的作用进行说明：

双紫外光窗口的光电离化传感器有一个传感器主体2，传感器主体2是一个传感器外壳，用于安装其他的检测元件，并且为待测气体提供检测的空间。传感器主体2上可分为气体流通区域和信息处理区域两个区域，气体流通区域内的装置有紫外灯模块1和离子电流接收电极对3，信息处理区域内的装置有放大电路4和输出模块5。

实际应用中，要将待测气体通入气体流通区域中，通过紫外灯模块1对待测气体进行电离。信息处理区域用于进行数据处理。

紫外灯模块1是产生紫外光光源的装置，在双紫外光窗口的光电离化传感器中，紫外灯模块1设置有两个紫外光窗口7，由于紫外灯模块1只会生成一个紫外光光源，所以这两个紫外光窗口7共用同一个紫外光光源。两个紫外光窗口7共用同一个紫外光光源，可以减少紫外光光源、气体浓度、纯度等差异。相比于使用多个紫外灯模块的光电离化传感器，双紫外光窗口的光电离化传感器只用一个紫外光光源，这两个紫外光窗口7电离的待测气体的情况更接近，采集到的数据误差更小。

离子电流接收电极对3是由两个的电极板组合的，在双紫外光窗口的光电离化传感器中，设置有两个离子电流接收电极对3，分别采集两个紫外光窗口7电离的待测气体产生的离子，进而形成微弱的电流信号(光离子化电流)。离子电流接收电极对3会将收集来的微弱电流信号(光离子化电流)传输到放大电路4上。

在双紫外光窗口的光电离化传感器中，设置了两个放大电路。两个放大电路4用于分别接收两个离子电流接收电极对3所形成的微弱的电流信号，并将微弱的电流信号(光离子化电流)放大成一个电压信号，最终由放大电路4传输到输出电路5中。

在双紫外光窗口的光电离化传感器中，设置了一个输出模块5，输出模块5用于接收两个放大电路4传输的模拟输出，进行逻辑分析与计算，得到待测气体的气体浓度。

下面对放大电路4的使用原理以及使用过程中存在的缺陷进行说明：

当光离子化电流I从离子电流接收电极对3进入放大电路4后，会通过一个较大的电阻R进行放大，并且通过一个运放驱动将高阻状态的电压转换为低阻状态的电压。可根据V＝IR关系，测量放大电路4输出端与输入端之间的电压，即放大电压。该方法得到的放大电压为低阻电压，可以用于外部电路输出与测量。本实施例中，该低阻电压用于传递待测气体的电离信息。

由于运放驱动的特点，该放大电压在输出存在问题。当待测气体浓度增大，导致离子电流I提高的情况下，对于给定的放大电路4，由于其内部设置的电阻阻值无法调节，IR值接近运放的电压输入值后，运放的放大电压输出值无法继续增加，从而造成了光电离化传感器输出的饱和。如果放大电路的R值较小，在检测过程中，产生的离子电流I值也较小，当离子电流I值仅为pA至nA级别时，对于低浓度的待测气体产生的信号容易被电路和环境噪音淹没。因此，在设置放大电路4时，需要考虑到信号的可靠性和电路设计的局限性，放大电路4的可检测动态范围约为10³-10⁴。这就造成在使用过程中，当待测气体的浓度不在此放大电路4的预设范围内时，会出现灵敏度不够或者输出饱和的缺陷。

下面结合附图对放大电路4在双紫外光窗口的光电离化传感器中的使用情况进行说明：

本实施例使用双紫外灯窗口的光电离化传感器为例，并使用异丁烯(IBE)与氨气进行浓度范围测试，放大电路输出的满值信号与噪音的比约为1比1×10⁴。IBE的载气为氮气，测试浓度范围约为0.1ppm～5000ppm。本实施例中，低增益电阻为0.1GΩ，高增益电阻为10GΩ，其他部分一致，运放饱和输出电压为5V。

图2展示了双紫外窗口的光电离化传感器设备对0.1、0.3、1、10、30、100、300、1000、2000和5000ppm的IBE气体的响应幅度，输出的为电压值。从图2中可以观察到高增益(大电阻的放大电路)端在100ppm后饱和，输出值保持为最高量程，低增益(小电阻的放大电路)端在浓度超过100ppm后才出现明显的响应。从图2可以看出，对于高增益的双紫外窗口的光电离化传感器设备会在低浓度IBE气体有明显的响应，但是在检测较高浓度IBE气体时，会存在放大电路饱和的情况，对于低增益的双紫外窗口的光电离化传感器设备在低浓度IBE气体响应不明显，但在检测高浓度IBE气体时，响应明显增加。这就表明在放大电路的电阻无法更改的情况下，会存在某段浓度检测达到饱和或是检测精确度下降的现象。

图3与图4具体展示了高增益时的误差情况，从图3可以看出，在低浓度IBE气体下(0.1-10ppm)，高增益一直保持了非常低的误差范围，在0.1ppm时信号与噪音的比值为10，达到了定量的精度要求。在图4中，测试浓度30ppm较为准确，误差也小，但是在100ppm之后一直饱和，虽然误差为零但是无法得到准确浓度。

图5与图6具体展示了低增益时的误差情况，在图5中，低浓度检测虽然得到了输出，但误差非常大，甚至在3ppm之前，低于噪音等级的3倍，为不可信信号，直到10ppm时信噪比才达到定量要求。在图6中，可以看到虽然低增益的绝对噪音值较高，但是由于测量浓度较大，相对信噪比很高，对于高浓度的IBE也可产生响应。但是由于高浓度的IBE使紫外光的穿透能力下降，所以气体整体被电离的效率降低，从而使根据电压的换算值低于实际浓度，因而这部分需要做非线性修正。

通过上述实施例可以看出，传统单紫外光窗口光电离化传感器只能对一定检测范围内的浓度进行精确度高的测量，超过该检测范围会使得测量结果精确度下降。

因此，为了扩展光电离化传感器的可测量范围，本实施例中采用了具有双紫外光窗口的光电离化传感器，并在每个紫外光窗口7处安装一组离子电流接收电极对3，多组电极分别对应独立的放大电路4，并且该放大电路4的电阻不同。检测时，当高增益(大电阻)端没有饱和(输出值小于运放输入电压值)时，输出电路就以该端输出为准，计算对应的气体浓度；而当高增益(大电阻)端饱和(输出值大于等于运放输入电压值)时，输出电路就会以低增益(小电阻)端输出为准，并且根据电压与浓度的校正关系输出计算电压值。通过在光电离化传感器上设置电阻不同的放大电路，实现了扩展光电离化传感器的可测量范围的目的。

但是传统的双紫外光窗口的光电离化传感器是通过串联多个紫外灯模块实现的，使用多个紫外灯模块意味着引入了多个紫外光光源，紫外灯模块的气体浓度和纯度等各个方面均存在不可控的差异，并且，在使用过程中不同紫外灯体的漏气等衰减速度也不同，因而在联用时存在诸多初始的匹配问题和校准问题，并在后期可能存在额外维护问题。这就造成了在传统的双紫外光窗口的光电离化传感器使用过程中检测精度下降的问题。

因此，为了解决传统的双紫外光窗口的光电离化传感器存在的问题，本实施例中，在一个紫外灯模块上设置了多个紫外光窗口，这就使得在检测过程中，多个紫外光窗口共用同一紫外光光源，解决了传统的双紫外光窗口的光电离化传感器存在的问题，提高光电离化传感器扩大量程时检测精确度。

下面对紫外灯模块1进行结构和结构的作用说明：

请参考图7，本申请实施例提供了一种紫外灯模块，包括：

可选的，紫外灯模块1包括交流电压模块6、紫外光窗口7、紫外激励电极对8、紫外灯主体9和工作气体10；

紫外灯主体9上设置至少两个紫外光窗口7；

紫外灯主体9内包含工作气体，在紫外激励电极对8的激励下发射紫外光；

紫外激励电极对8安装于紫外灯主体9上，紫外激励电极对8用于激励工作气体10产生紫外光光源；

交流电压模块与紫外激励电极对8连接，交流电压模块6用于给紫外激励电极对8提供高压交流电压。

本实施例中，以双紫外光窗口的紫外灯模块为例，对紫外灯模块1的结构进行说明。

紫外灯主体9是紫外灯模块1的框架，紫外灯主体9的材料主要为玻璃，形状需要根据制作工艺决定，本实施例中，双紫外光窗口的紫外灯模块的紫外灯主体9为圆柱状。紫外灯模块1形成低压密封状态，紫外灯主体9内部填充有特定工作气体10，工作气体10在受到高频交流电激励后可以产生等离子放电现象从而发光，使得紫外光产生，工作气体10可以是多种稀有气体，此处不作限定。紫外光窗口7的制作材料可以是为MgF₂，CaF₂，LiF等，此处不作限定。由于工作气体的等离子状态很容易别其他杂质气体淬灭，所以紫外灯模块1制作成低压密封状态。

双紫外光窗口的紫外灯模块上还设置了紫外激励电极对8，有个紫外激励电极对8有两个电极，紫外激励电极对8用于激发工作气体10，使得工作气体10激发出紫外光光源。其中，将紫外激励电极对8与交流电压模块6连接，交流电压模块6给紫外激励电极对8接通高压交流电压，使其产生交替的电场环境，工作气体10在这样的电场环境下，会激发出紫外光光源，紫外光光源通过两个紫外光窗口7射出。

本实施例中，紫外激励电极对8材料可以是Cu或Au等金属或者其他材料带有导电的镀层，此处不作限定。

下面对紫外灯模块1的制作过程进行说明：

在本申请实施例中，以双紫外光窗口的紫外灯模块为例，对紫外灯模块1的制作过程进行说明。

在双紫外光窗口的紫外灯模块中，紫外灯主体9为一个圆柱形玻璃管，将该圆柱形玻璃管的一个紫外灯安装口在高温下先用低温玻璃粉等物质与紫外光窗口7粘结，实现半开放半封闭的结构，此处的紫外光窗口7材料为氟化镁。随后再将圆柱形玻璃管的另一个紫外灯安装口上加入低温玻璃粉等物质，将以上装置封入一个充有工作气体10的低压环境，此处的工作气体10为氪气体，压力约为300pa，随后加热至低温玻璃粉的工作温度，将其粘贴，实现工作气体10的封闭和紫外光窗口的粘结。随后降温并联通大气，安装紫外激励电极对8后完成具有双窗口的紫外灯模块1的制作。

请参考图8和图9，需要说明的是，除了双紫外光窗口的光电离化传感器外，理论上，还可以实现更多紫外光窗口的光电离化传感器的制作，图8为三紫外光窗口的紫外灯模块的结构图，图8为四紫外光窗口的紫外灯模块的结构图，理论上，通过制作出多紫外光窗口的紫外灯模块，即可制作对应的光电离化传感器，增加光电离化传感器的检测范围与检测精度。

请参考图10，下面对光电离化传感器的结构进行详细说明：

可选的，交流电压模块6包括高压电源模块11和高压电源转换模块12；

高压电源模块11连接高压电源转换模块12；

高压电源转换模块12连接紫外激励电极对8，高压电源转换模块12用于向紫外激励电极对8提供电能。

本实施例中，交流电压模块6分为两个部分，一个是高压电源模块11，高压电源模块11在运行过程中提供高压电能，另一个是高压电源转换模块12，高压电源转换模块12将高压电源模块11提供的高压电源转换为高压交流电压，使得紫外激励电极对8得到高压交流电压。

可选的，紫外灯模块1还包括气体吸附剂；

紫外灯模块1内包含气体吸附剂，气体吸附剂用于对紫外灯模块1内的杂质气体进行吸附。

本实施例中，气体吸附剂可以是Zr、Al、V的合金材料，此处不作限定。紫外灯模块1在制作过程中与使用过程中，工作气体中可能会渗透杂质气体，二气体吸附剂会对紫外灯模块1内部的杂质气体进行吸附。

可选的，气体流通区域包括进气口13、排气口14和电离区域15；

进气口13设置于传感器主体2上，将待测气体通过进气口13进入电离区域15，待测气体在电离区域15电离；

排气口14设置于传感器主体2上，排气口14用于将待测气体抽离电离区域15。

在气体流通区域上设置有进气口13和排气口14，进气口13与排气口14将待测气体通入电离区域中15。其中，将待测气体通入电离区域中15的方式主要为主动泵吸方式或被动扩散方式。被动扩散方式是通过改变进气口13内外两侧的浓度梯度差，使得待测气体通过进气口13扩展至电离区域15，当检测结束后，通过改变排气口14内外两侧的浓度梯度差，使得待测气体通过排气口14从电离区域15扩展到外部。主动泵吸方式是将气泵机安装于排气口14或者进气口13上，通过气泵机实现待测气体进入电离区域15以及排出电离区域15。采用扩散式检测或者泵吸式检测，流量为50-1000mL/min，优选地，范围在100-400mL/min。

下面对主动泵吸方式进行说明：

可选的，气体流通区域还包括用于将待测气体抽入电离区域的抽气泵。

可选的，气体流通区域还包括用于将待测气体排出电离区域的排气泵。

本实施例中，气泵机根据安装的位置可以分为抽气泵16与排气泵17，抽气泵16用于将将待测气体抽入电离区域15，排气泵17用于将将待测气体排出电离区域15。在同一个光电离化传感器上，只需要设置抽气泵16与排气泵17其中一个即可达到主动泵吸方式的目的，也可以抽气泵16与排气泵17同时安装，此处不作限定。

可选的，输出模块5包括逻辑判断模块18和信息输出模块19；

逻辑判断模块18与放大电路4连接，逻辑判断模块18用于分析放大电路4生产的信号；

逻辑判断模块18与信息输出模块19连接，信息输出模块19用于输出待测气体的气体浓度。

本实施例中，逻辑判断模块18和信息输出模块19主要用于对放大电路4发送来的电信号进行逻辑判断，当小量程的放大电路4产生饱和，逻辑判断模块18就会使用量程未饱和的放大电路4发送来的电信号作为计算浓度的基础数据。

请参考图11和图12，下面对离子电流接收电极对3与紫外光窗口7的放置位置进行说明：

可选的，离子电流接收电极对3与紫外光窗口7平行放置。

可选的，离子电流接收电极对3与紫外光窗口7垂直放置。

目前，在光电离化传感器中，离子电流接收电极对3与紫外光窗口7有不同的位置安装方式。图11中展示了正负电极平行于紫外光出射方向的设计，图12展示了正负电极垂直于紫外光出射方向的设计，当采用图12的设计方式时，靠近紫外光窗口7的电极上应有通光孔，使得紫外光通过电极达到两电极之间。在图11与图12中，紫外光光源通过紫外光窗口7发射，发射的紫外光方向平行向上。常见的光电离化传感器的紫外光光源是通过稀有气体的等离子发光实现的，这些紫外光透过紫外光源的透明层射出，常见的光电离化传感器的光源在紫外透明层端为圆柱形。在外光源的用途是电离在电离区域15之间的待测气体分子。在图11与图12中，离子电流接收电极对3有正负两极，用于产生电场收集被电离的待测气体分子离子。在图11中，电离区域15的气流方向可以垂直于纸面，可以通过离子电流接收电极对3上的微孔进入电离区域15，垂直于离子电流接收电极对3的正负电极，或者平行于紫外光方向从上向下或者从下向上流动。图12中，电离区域15的可以平行于离子电流接收电极对3的正负电极垂直于纸面或者在纸面内流动，或者是垂直与离子电流接收电极对3的正负电极电极板平行于紫外光方向流动。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种用于检测气体浓度的光电离化传感器，其特征在于，包括：

紫外灯模块、传感器主体、离子电流接收电极对、放大电路和输出模块；

所述传感器主体上设置有气体流通区域和信息处理区域；

所述紫外灯模块上设置有至少两个紫外光窗口，所述紫外灯模块设置于所述气体流通区域内，所述紫外光窗口用于在紫外灯模块生成紫外光光源后射出紫外光；

所述气体流通区域内安装有至少两个所述离子电流接收电极对，所述离子电流接收电极对放置于所述紫外光窗口前，所述离子电流接收电极对用于接收待测气体电离时产生的信号；

所述信息处理区域内安装有至少两个所述放大电路，每一个所述放大电路内的电阻大小不同，所述离子电流接收电极对与所述放大电路连接，所述放大电路用于处理所述离子电流接收电极对采集的信号；

所述输出模块设置于所述信息处理区域内，所述输出模块与所述放大电路连接，输出模块用于接收并根据所述放大电路处理后的信号得到所述待测气体的气体浓度信息。

2.根据权利要求1所述的光电离化传感器，其特征在于，所述紫外灯模块包括交流电压模块、紫外光窗口、紫外激励电极对、紫外灯主体和工作气体；

所述紫外灯主体上设置至少两个紫外光窗口；

紫外灯主体内包含所述工作气体，在所述紫外激励电极对的激励下发射紫外光；

所述紫外激励电极对安装于所述紫外灯主体上，所述紫外激励电极对用于激励所述工作气体产生紫外光光源；

所述交流电压模块与所述紫外激励电极对连接，所述交流电压模块用于给所述紫外激励电极对提供高压交流电压。

3.根据权利要求2所述的光电离化传感器，其特征在于，所述交流电压模块包括高压电源模块和高压电源转换模块；

所述高压电源模块连接所述高压电源转换模块；

所述高压电源转换模块连接所述紫外激励电极对，所述高压电源转换模块用于向所述紫外激励电极对提供电能。

4.根据权利要求2所述的光电离化传感器，其特征在于，所述紫外灯模块还包括气体吸附剂；

紫外灯模块内包含所述气体吸附剂，所述气体吸附剂用于对紫外灯模块内的杂质气体进行吸附。

5.根据权利要求1至4中任一项中所述的光电离化传感器，其特征在于，所述气体流通区域包括进气口、排气口和电离区域；

所述进气口设置于所述传感器主体上，将所述待测气体通过所述进气口进入所述电离区域，所述待测气体在所述电离区域电离；

所述排气口设置于所述传感器主体上，所述排气口用于将所述待测气体抽离所述电离区域。

6.根据权利要求5所述的光电离化传感器，其特征在于，所述气体流通区域还包括用于将所述待测气体抽入所述电离区域的抽气泵。

7.根据权利要求5所述的光电离化传感器，其特征在于，所述气体流通区域还包括用于将所述待测气体排出所述电离区域的排气泵。

8.根据权利要求1至4中任一项中所述的光电离化传感器，其特征在于，所述离子电流接收电极对与所述紫外光窗口平行放置。

9.根据权利要求1至4中任一项中所述的光电离化传感器，其特征在于，所述离子电流接收电极对与所述紫外光窗口垂直放置。

10.根据权利要求1至4中任一项中所述的光电离化传感器，其特征在于，所述输出模块包括逻辑判断模块和信息输出模块；

所述逻辑判断模块与所述放大电路连接，所述逻辑判断模块用于分析所述放大电路处理后的信号；

所述逻辑判断模块与所述信息输出模块连接，所述信息输出模块用于输出待测气体的气体浓度信息。

Images