CN113702320A - 线性分光红外传感芯片及气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种线性分光红外传感芯片及气体检测装置，本申请的线性分光红外传感芯片包括基板、至少两个检测单元和线性渐变滤光单元。检测单元设置于基板表面，每个检测单元用于检测一种特定气体；线性渐变滤光单元，设置于多个检测单元表面；其中，多个检测单元的排布方向与线性渐变滤光单元的透光性能变化方向一致。本申请的线性分光红外传感芯片通过线性渐变滤光单元将经过气体吸收后的红外光进行分光处理，将不同波段的红外光传输至检测单元进行检测，实现了对多种气体的同时检测，并且，线性分光红外传感芯片结构简单，便于安装与使用。
Description
技术领域
本申请涉及红外光感器应用领域，尤其是涉及一种线性分光红外传感芯片及气体检测装置。
背景技术
相关技术中，光学式气体传感器主要以红外吸收型为主，光学式气体传感器利用不同气体对红外波吸收程度不同的原理，通过测量红外吸收波长来检测气体。
然而，常用的红外吸收性气体传感器在进行气体检测的过程中，往往只能对单一气体浓度进行探测，而对于多种气体的测量，则需要利用傅里叶分析仪和多个不同波长的半导体激光器、或者切换多个滤波器才能实现，然而这种气体检测系统结构复杂、体积庞大，并且无法同时对多种气体进行检测。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种线性分光红外传感芯片，能够同时对多种气体进行检测，并且简化了气体检测系统的结构。
本申请还提出一种具有上述线性分光红外传感芯的气体检测装置。
根据本申请的第一方面实施例的线性分光红外传感芯片，包括：基板；至少两个检测单元，所述检测单元设置于所述基板表面，每个所述检测单元用于检测一种特定气体；线性渐变滤光单元，所述线性渐变滤光单元设置于多个所述检测单元表面；其中，所述多个检测单元的排布方向与所述线性渐变滤光单元的透光性能变化方向一致。
根据本申请实施例的线性分光红外传感芯片，至少具有如下有益效果：通过线性渐变滤光单元将经过气体吸收后的红外光进行分光处理，将不同波段的红外光传输至检测单元进行检测，实现了对多种气体的同时检测，并且，线性分光红外传感芯片结构简单，便于安装与使用。
根据本申请的一些实施例，所述检测单元包括：红外传感器，所述红外传感器设置于所述基板表面。
根据本申请的一些实施例，所述线性渐变滤光单元包括：楔形滤光片，所述楔形滤光片设置于所述多个检测单元表面，所述楔形滤光片位于所述检测单元的部分厚度不同。
根据本申请的一些实施例，还包括：聚焦单元，所述聚焦单元包覆于所述线性渐变滤光单元，用于将红外光聚焦于所述检测单元。
根据本申请的一些实施例，所述聚焦单元包括：凸透镜，所述凸透镜包覆于所述线性渐变滤光单元。
根据本申请的一些实施例，还包括：总线，所述总线印制于所述基板表面，所述总线用于连接多个所述检测单元。
根据本申请的一些实施例，还包括：接线端子，所述接线端子设置于所述基板端部并与所述总线连接。
根据本申请的一些实施例，所述接线端子包括以下任意一种：引脚、端子插针、连接器。
根据本申请的一些实施例，所述基板为PCB板。
根据本申请的第二方面实施例的气体检测装置，包括根据本申请上述第一方面实施例的线性分光红外传感芯片。
根据本申请实施例的气体检测装置，至少具有如下有益效果：通过采用上述线性分光红外传感芯片，能够同时对多种气体检测，无需进行切换，提高了检测的效率；并且结构简单、使用稳定，便于用户使用。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：
图1为本申请实施例线性分光红外传感芯片的简单结构示意图；
图2为本申请实施例线性分光红外传感芯片的具体结构示意图；
图3为本申请实施例线性分光红外传感芯片的又一具体结构示意图。
附图标记：
基板100、检测单元200、红外传感器210、线性渐变滤光单元300、楔形滤光片310、聚焦单元400、凸透镜410、总线500、接线端子600。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、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申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。
本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
下面参考图1和图2描述根据本申请实施例的线性分光红外传感芯片。
如图1和图2所示，根据本申请实施例的线性分光红外传感芯片，包括基板100、至少两个检测单元200和线性渐变滤光单元300。
检测单元200设置于基板100表面，每个检测单元200用于检测一种特定气体；线性渐变滤光单元300，设置于多个检测单元200表面；其中，多个检测单元200的排布方向与线性渐变滤光单元300的透光性能变化方向一致。
例如，基板100可以大致为板状结构，在其他一些实施例中，基板100的大小、形状可以根据需求进行设置。在基板100表面设置有至少两个检测单元200，每个检测单元200对一种特定气体进行检测，在检测单元200表面设置有线性渐变滤光单元300，线性渐变滤光单元300将检测单元200完全覆盖，其中，检测单元200的数量可以根据需求进行设置，检测单元200的排布方向与线性渐变滤光单元300透光性能变化的方向一致。
不同的气体对红外光具有不同的吸收特性，由于线性渐变滤光单元300不同位置对不同波长具有不同的透过性，因此，经过气体吸收后的红外光经过线性渐变滤光单元300后会产生分光。分光后的红外光被线性渐变滤光单元300下方对应位置设置的检测单元200接收，检测单元200根据接收到的红外光的波段信息得到对应的气体成分、浓度等信息，从而实现了多种气体的同时检测，提高了检测的效率。
根据本申请实施例的线性分光红外传感芯片，通过线性渐变滤光单元300将经过气体吸收后的红外光进行分光处理，将不同波段的红外光传输至检测单元200进行检测，实现了对多种气体的同时检测，并且，线性分光红外传感芯片结构简单，便于安装与使用。
在本申请的一些具体实施例中，如图1和图2所示，检测单元200包括红外传感器210，红外传感器210设置于基板100表面。例如，检测单元200包括红外传感器210，红外传感器210是利用红外线来进行数据处理的一种传感器，具有灵敏度高、反应快等，能够提升气体检测的效率。红外传感器210设置于基板100表面，表面覆盖有线性渐变滤光单元300。经过线性渐变滤光单元300分光处理后的红外光，由不同的红外传感器210进行接收，红外传感器210接收到红外光后将其转换为对应的电压信号，并根据电压信号获取得到对应气体的成分、浓度信息。
在本申请的一些具体实施例中，如图1和图2所示，线性渐变滤光单元300包括楔形滤光片310，楔形滤光片310设置于多个检测单元200表面，楔形滤光片310位于检测单元200的部分厚度不同。例如，楔形滤光片310的厚度在一个方向会发生线性变化，并且在该方向的楔形滤光片310的不同部分对不同波长的红外光具有不同的透过特性。沿着楔形滤光片310的厚度变化的方向设置多个检测单元200，其中，楔形滤光片310覆盖于检测单元200表面。由于楔形滤光片310不同部分对红外光的透过特性不同，楔形滤光片310不同部分下方的检测单元200会接收对应波长的红外光，检测单元200根据接收到的红外光进行气体检测，从而实现了多种气体的同时检测。
在本申请的一些具体实施例中，如图1和图2所示，线性分光红外传感芯片还包括聚焦单元400，聚焦单元400包覆于线性渐变滤光单元300，用于将红外光聚焦于检测单元200。例如，线性渐变滤光单元300表面还覆盖有聚焦单元400，聚焦单元400用于将红外光聚焦于检测单元200，提高检测效率的同时能够增强检测的准确性。
在本申请的一些具体实施例中，如图1和图2所示，聚焦单元400包括凸透镜410，凸透镜410包覆于线性渐变滤光单元300。例如，将具有聚焦功能的凸透镜410设置于线性渐变滤光单元300表面并将其包覆起来，并将凸透镜410的焦点设置于红外传感器210表面，从而能够保证外部照射的红外光不论以什么角度入射，均能被红外传感器210阵列获取，从而提高了测量的灵敏度。在其他一些实施例中，还可以使用其他具有光线汇聚作用的光学器件。
在本申请的一些具体实施例中，如图1和图2所示，线性分光红外传感芯片还包括总线500，总线500印制于基板100表面，总线500用于连接多个检测单元200。例如，每个红外传感器210具有两个相对设置的端子，总线500印制于基板100表面，总线500与红外传感器210的两个端子按照电气特性进行连接，总线500用于将多个检测单元200连接起来。
在本申请的一些具体实施例中，如图1和图2所示，线性分光红外传感芯片还包括接线端子600，接线端子600设置于基板100端部并与总线500连接。例如，接线端子600设置于基板100端部，并且与总线500连接，能够将红外传感器210转换的电压信号传送至外部。接线端子600还用于外界焊接，将接线端子600设置于基板100端部便于线性分光红外传感芯片与外部其他器件连接，降低了安装的难度。
在本申请的一些具体实施例中，接线端子600包括以下任意一种：引脚、端子插针、连接器。
在本申请的一些具体实施例中，基板100为PCB板。红外传感器210可以直接焊接到PCB板上，也可以通过其他的方式进行固定，PCB板能够对检测单元200、线性渐变滤光单元300起到支撑保护的作用，并且PCB板价格低廉，能够降低线性分光红外传感芯片的生产成本。
在本申请的一些实施例中，还提供了一种气体检测装置，包括根据本申请上述实施例中任一项线性分光红外传感芯片。
根据本申请实施例的气体检测装置，通过采用上述线性分光红外传感芯片，能够同时对多种气体检测，无需进行切换，提高了检测的效率；并且结构简单、使用稳定，便于用户使用。
下面参考图1和图3以一个具体的实施例详细描述根据本申请实施例的线性分光红外传感芯片。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本申请的具体限制。
如图1和图3所示，线性分光红外传感芯片包括基板100、检测单元200和线性渐变滤光单元300。其中，基板100为PCB板，检测单元200的数量为5个，检测单元200的排布方向与线性渐变滤光单元300透光性能变化的方向一致。
检测单元200包括红外传感器210、线性渐变滤光单元300包括楔形滤光片310，红外传感器210设置于基板100表面，楔形滤光片310覆盖于红外传感器210表面。楔形滤光片310的厚度在一个方向会发生线性变化，并且在该方向的楔形滤光片310的不同部分对不同波长的红外光具有不同的透过特性，沿着楔形滤光片310的厚度变化的方向设置5个红外传感器210。由于楔形滤光片310不同部分对红外光的透过特性不同，楔形滤光片310不同部分下方的红外传感器210会接收对应波长的红外光，红外传感器210根据接收到的红外光进行气体检测，将红外光信号转换为电压信号，从而完成对气体成分、浓度的检测。
例如，楔形滤光片310以蓝宝石为原料，在蓝宝石镀有两层膜，膜的成分均为锗和氧化硅，随着厚度变化的方向，楔形滤光片310不同部分的特征波长分别为3390nm、3600～4000nm、4430nm、4580nm和4640nm，对应地，可以进行CH4、H2S、CO2、NO和CO气体的检测。通过设置该线性分光红外传感芯片能够同时对CH4、H2S等五种气体进行检测。
根据本申请实施例的线性分光红外传感芯片，通过如此设置，可以达成至少如下的一些效果：通过线性渐变滤光单元300能够实现经过气体吸收的红外光进行分光，使得楔形滤光片310不同部分对应的红外传感器210只能接收到相应波段的红外光，从而能够实现多种气体的同时检测，无需进行切换，提高了检测的效率；并且，该线性渐变滤光单元300结构简单、成本低廉。
上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.线性分光红外传感芯片，其特征在于，包括：
基板；
至少两个检测单元，所述检测单元设置于所述基板表面，每个所述检测单元用于检测一种特定气体；
线性渐变滤光单元，所述线性渐变滤光单元设置于多个所述检测单元表面；
其中，所述多个检测单元的排布方向与所述线性渐变滤光单元的透光性能变化方向一致。
2.根据权利要求1所述的线性分光红外传感芯片，其特征在于，所述检测单元包括：
红外传感器，所述红外传感器设置于所述基板表面。
3.根据权利要求1所述的线性分光红外传感芯片，其特征在于，所述线性渐变滤光单元包括：
楔形滤光片，所述楔形滤光片设置于所述多个检测单元表面，所述楔形滤光片位于所述检测单元的部分厚度不同。
4.根据权利要求1所述的线性分光红外传感芯片，其特征在于，还包括：
聚焦单元，所述聚焦单元包覆于所述线性渐变滤光单元，用于将红外光聚焦于所述检测单元。
5.根据权利要求4所述的线性分光红外传感芯片，其特征在于，所述聚焦单元包括：
凸透镜，所述凸透镜包覆于所述线性渐变滤光单元。
6.根据权利要求1所述的线性分光红外传感芯片，其特征在于，还包括：
总线，所述总线印制于所述基板表面，所述总线用于连接多个所述检测单元。
7.根据权利要求6所述的线性分光红外传感芯片，其特征在于，还包括：
接线端子，所述接线端子设置于所述基板端部并与所述总线连接。
8.根据权利要求7所述的线性分光红外传感芯片，其特征在于，所述接线端子包括以下任意一种：引脚、端子插针、连接器。
9.根据权利要求1所述的线性分光红外传感芯片，其特征在于，所述基板为PCB板。
10.气体检测装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的线性分光红外传感芯片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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