CN117664864A - 气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种气体检测装置，包括：腔体；红外线光源，所述红外线光源的发光部通过位于所述腔体一端的第一孔伸入所述腔体；双通道红外线传感器，所述双通道红外传感器的一对传感通道通过位于所述腔体一端，且与所述第一孔相邻的第二孔伸入所述腔体；所述腔体内，所述第二孔对应位置设置有分别对应一对传感通道的第一反射面以及第二反射面。为双通道传感器的一对传感通道分别设置了对应的反射面，能够将穿透出传感器的光反射回传感器的测量通道，大大减少光损失，提高两个通道的能量吸收。
Description
技术领域
本公开涉及气体检测技术领域，具体涉及一种气体检测装置。
背景技术
大气中温室气体、氮氧化物和挥发性有机化合物等对人体健康和生态环境都存在危害。随着人们健康意识和环保意识的增强，气体检测技术的发展也愈发成熟，市面上也存在着各种类型的气体传感器。例如，按使用方式分类，有便携式气体传感器和固定式气体传感器；按传感器检测原理分类，有热学式气体传感器、电化学式气体传感器、磁学式气体传感器、光学式气体传感器、半导体式气体传感器、气相色谱式气体传感器等等。
非色散红外气体传感器是一种光学式气体传感器，可用于检测CH4、C2H2、C2H4、CO2、N2O、CO、CO2、NH3、VCM、CF4、SF6、乙醇、氟利昂等，也能够检测绝大多数有机物，包括有机挥发性混合物。非色散红外气体传感器主要由外壳、红外光源、光路、红外探测器和电路等组成，使用时光线穿过光路中的被测气体，透过滤波片，到达红外探测器，通过测量进入红外传感器的红外光的强度，来判断被测气体的浓度。
非色散红外气体传感器具有抗中毒、稳定性高以及适用气体类型广泛等优点，但现有的非色散红外气体传感器由于光腔中光线利用率低，影响了气体检测结果的准确性。
发明内容
基于此，本公开的目的是提高非色散红外气体传感器对于气体检测结果的准确性。
为实现上述目的，本公开采用以下技术方案：
一种气体检测装置，包括：
腔体；
红外线光源，所述红外线光源的发光部通过位于所述腔体一端的第一孔伸入所述腔体；
双通道红外线传感器，所述双通道红外线传感器的一对传感通道通过位于所述腔体一端，且与所述第一孔相邻的第二孔伸入所述腔体；
所述腔体内，所述第二孔对应位置设置有分别对应一对传感通道的第一反射面以及第二反射面。
优选地，所述腔体包括：
底板，所述第一孔以及所述第二孔设置于所述底板上且位于所述底板宽度方向一侧边处；
上盖，所述上盖包括盖板及四壁，所述底板嵌入所述四壁围合而成的框体，形成所述腔体；
所述第一反射面及所述第二反射面起始于所述盖板且高度与所述腔体的高度相等。
优选地，所述一对传感通道包括第一通道以及第二通道；
所述第一反射面包括第一弧面，所述第一弧面以所述第一通道的中心为圆心；
所述第二反射面包括第二弧面，所述第二弧面以所述第二通道的中心为圆心。
优选地，所述第一弧面的母线相对于所述盖板的倾斜角为50°～80°；和/或
所述第二弧面的母线相对于所述盖板的倾斜角为50°～80°。
优选地，所述第一弧面的圆心角为90°；和/或
所述第二弧面的圆心角为90°。
优选地，所述腔体还包括，
第一遮挡单元，设置于所述第一孔与所述第二孔之间，用以防止所述红外线光源发出的光，直射或经一次反射到达所述第二孔中对应一对所述传感通道的位置；
第二遮挡单元，设置于所述第一孔与所述第一遮挡单元相对的一侧，用以防止所述红外线光源发出的光经一次反射到达所述第二孔中对应一对所述传感通道的位置。
优选地，所述腔体还包括，
反射组件，设置于所述腔体内与所述第一孔，所述第二孔，所述第一反射面及所述第二反射面相对的位置，用以将所述红外线光源发出的光线进行多次反射；
所述反射组件自靠近所述第一孔及所述第二孔的一侧，向远离所述第一孔及所述第二孔的一侧成宽度逐渐缩小的形态。
优选地，所述反射组件包括，
第三反射面，设置于所述腔体内与所述第一孔相邻的一侧；
第四反射面，设置于所述腔体内与所述第二孔相邻且与所述第三反射面相对的一侧；
第五反射面，设置于所述腔体内与所述第一孔及所述第二孔相对，且与所述第三反射面及所述第四反射面均相邻的一侧。
优选地，所述第五反射面向对应所述第一孔的方向逐渐突起。
优选地，以所述腔体的长度方向为水平方向，以所述腔体的宽度方向为垂直方向；
所述第三反射面于所述腔体底面上的投影，临近所述第一孔的一端与远离所述第一孔的一端的连线，与所述水平方向的夹角的绝对值大于0°，小于等于40°；
所述第四反射面于所述腔体底面上的投影，临近所述第二孔的一端与远离所述第二孔的一端的连线，与所述水平方向的夹角的绝对值大于0°，小于等于40°；
所述第五反射面向对应所述第一孔的方向逐渐突起，且所述第五反射面于所述腔体底面上的投影，临近所述第四反射面的一端与临近所述第三反射面的一端的连线，与所述垂直方向的夹角的绝对值大于0°，小于等于10°。
本公开要求保护的技术方案取得了以下有益效果：
1）为双通道传感器的一对传感通道分别设置了对应的反射面，能够将穿透出传感器的光反射回传感器的测量通道，大大减少光损失，提高两个通道的能量吸收。
2）在第三反射面和第四反射面之间设置了第五反射面，能够高效利用红外光源发出的光线，进一步增加反射组件的光线量，提高传感器中测量通道的信号，使获得的数据更加准确。
3）第一反射面、第二反射面、第三反射面、第四反射面和第五反射面之间的角度相互配合，保证传感器两通道的能量近似。
4）上盖设为长方体结构，与底板一起形成长方体构件，整体外观更规整美观，且增大了测量光腔的尺寸，能够增大光程，提高气体检测分辨率，检测效果更精准。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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，以下描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为气体检测装置的结构分解示意图。
图2为上盖的内部结构示意图。
图3为设置第一反射面和第二反射面的测量装置在仿真模拟中的光线反射图。
图4为设置第一反射面和第二反射面的测量装置在仿真模拟中传感器检测通道的能量占比图。
图5为设置第一反射面和第二反射面的测量装置在仿真模拟中传感器参考通道的能量占比图。
图6为传感器通道设置单反射面的测量装置在仿真模拟中的光线反射图。
图7为传感器通道设置单反射面的测量装置在仿真模拟中传感器检测通道的能量占比图。
图8为传感器通道设置单反射面的测量装置在仿真模拟中传感器参考通道的能量占比图。
图9为不设置第五反射面的测量装置在仿真模拟中的光线反射图。
图10为不设置第五反射面的测量装置在仿真模拟中传感器检测通道的能量占比图。
图11为不设置第五反射面的测量装置在仿真模拟中传感器参考通道的能量占比图。
附图标记：
1-电路板；2-底板；3-上盖；4-红外线光源；5-双通道红外线传感器；51-第一通道；52-第二通道；6-第一孔；7-第二孔；8-盖板；9-四壁；10-腔体；11-第一反射面；12-第二反射面；13-第一遮挡单元；14-第二遮挡单元；15-第三反射面；16-第四反射面；17-第五反射面。
具体实施方式
为使本公开中实施例的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
参考附图1-2，本实施例提供的气体检测装置主要由电路板1、底板2和上盖3组成，电路板1上设有红外线光源4、双通道红外线传感器5以及通讯接口等。电路板1的尺寸大于底板2，能够包覆底板2，底板2覆盖电路板1的上表面，并设有分别供红外线光源4和双通道红外线传感器5穿过的第一孔6和第二孔7，其中，第一孔6和第二孔7位于底板2宽度方向的一侧处。
长方体结构的上盖3包括盖板8和四壁9，底板2嵌入四壁9围合而成的框体，在上盖3和底板2之间形成密闭的腔体10，红外线光源4和双通道红外线传感器5分别通过第一孔6和第二孔7伸入腔体10。其中，腔体10在第二孔7的位置设置有分别对应双通道红外线传感器5的一对传感通道的第一反射面11和第二反射面12，第一反射面11和第二反射面12起始于盖板8且高度与腔体10的高度相等。
在优选的方案中，该一对传感通道包括第一通道51和第二通道52，对应第一通道51的第一反射面11包括第一弧面，第一弧面以第一通道的中心为圆心。对应第二通道52的第二反射面12包括第二弧面，第二弧面以第二通道的中心为圆心。更优选地，第一弧面的母线相对于盖板的倾斜角为50°～80°，和/或第二弧面的母线相对于盖板的倾斜角为50°～80°；第一弧面的圆心角为90°，和/或第二弧面的圆心角为90°。
在优选的方案中，腔体10还包括第一遮挡单元13和第二遮挡单元14。第一遮挡单元13设置于第一孔6和第二孔7之间，用以防止红外线光源4发出的光直射或经依次反射到达第二孔7中对应一对传感通道的位置。第二遮挡单元14设置于第一孔6与第一遮挡单元13相对的一侧，用以防止红外线光源4发出的光经依次反射达到第二孔7中对应一对所述传感通道的位置。
在优选的方案中，腔体10还包括反射组件，该反射组件设置于腔体内与第一孔6、第二孔7、第一反射面11和第二反射面12相对的位置，用于将红外线光源4发出的光线进行多次反射。其中，反射组件自靠近第一孔6及第二孔7的一侧，向远离第一孔6及第二孔7的一侧呈宽度逐渐缩小的形态。
在示例性的方案中，该反射组件包括第三反射面15、第四反射面16和第五反射面17。第三反射面15设置于腔体10内与第一孔6相邻的一侧；第四反射面16设置于腔体10内与第二孔7相邻且与第三反射面15相对的一侧；第五反射面17设置于腔体10内与第一孔6及第二孔7相对且与第三反射面15和第四反射面16均相邻的一侧，且第五反射面17向对应第一孔6的方向逐渐突起。
在优选的方案中，以腔体10的长度方向为水平方向，以腔体10的宽度方向为垂直方向，第三反射面15于腔体10底面上的投影，临近第一孔6的一端与远离第一孔6的一端的连线，与水平方向的夹角的绝对值大于0°，小于等于40°；第四反射面16于腔体10底面上的投影，临近第二孔7的一端与远离第二孔7的一端的连线，与水平方向的夹角的绝对值大于0°，小于等于40°；第五反射面17向对应第一孔6的方向逐渐突起，且第五反射面17于腔体10底面上的投影，临近第四反射面16的一端与临近第三反射面15的一端的连线，与垂直方向的夹角的绝对值大于0°，小于等于10°。
在气体检测过程中，红外光源发射红外光，穿过腔体10中的待测量气体，经第三反射面15和第四反射面16的反射后进入双通道红外线传感器5的测量通道，产生电信号，电信号被电路板1上的处理模块转换为数字信号，最终将数字信号转换为气体浓度的数据。
在本实施例的方案中，分别为双通道传感器的检测通道（对应第一通道51）和参考通道（对应第二通道52）设置了对应的反射面，能够将穿透出传感器的光反射回传感器的检测通道和参考通道，大大减少光损失，从而提高两个通道的能量吸收。而在第三反射面15和第四反射面16之间还设置了第五反射面17，能够高效利用红外线光源4发出的光线，进一步增加反射组件处的光线量，提高双通道红外线传感器5测量通道的信号，使获得的数据更加准确。
而第一反射面11和第二反射面12的角度设置与反射组件的角度设置相互适配，二者相互配合，将光线最大程度的反射入传感器，此方式能够大大减少光损失，保证两个传感器通道的能量近似，提高两个通道的能量吸收。此外，而上盖3与下盖2共同组成密闭的长方体构型能够增大光腔的尺寸，增加了光程从而进一步提高气体检测的分辨力和检测结果的精准性。
以下以具体的应用实例对本实施例中的非色散红外气体检测装置所获得的技术效果做更具体的说明。
具体地，分别将第一反射面11、第二反射面12、第三反射面15、第四反射面16和第五反射面17的角度设置为可以使弧面每个位置都可以反射并汇聚红外光线，并且整体反射面，即气体检测装置上、下装配中间空腔全部表面都设置为金属反射层，可以是铝、金等光线反射率高的金属层，以达到提高光线利用率、降低损耗、增大接收传感器信号的效果。其中，红外光源按照实际使用情况来设计光线发射频谱、光源发光材料以及光线发射方式；接收传感器也是同样按照实际使用情况来设计光线接收频谱、传感器材料以及光线接收区域大小。以CO2为例，利用光学仿真软件Tracepro进行辐照度分析，模拟追踪每一条从光源发出的光线，经过气室光腔的多次反射，最终入射双通道CO2气体传感器。通过分析两个通道光线的吸收与初始出射能量占比来判断最终信号大小。
其中，分别模拟并获得了传感器通道对应的反射面为双反射面和传统的单反射面时的仿真数据，以及分别模拟并获得了在第三反射面15和第四反16射面之间设置第五反射面17和不设置第五反射面17时的仿真数据。具体数据如表1和附图3-11所示。
表1
| 能量占比 | 设置双反射面与第五反射面 | 设置单反射面与第五反射面 | 仅设置双反射面不设置第五反射面 |
| 检测通道 | 14.7% | 5.5% | 13.1% |
| 参考通道 | 13% | 5.7% | 12.2% |
传感器接收红外光源发出的能量的占比越高，表明气体检测装置光能量利用率越高，检测分辨率越高，气体检测也就越准确。由上述仿真数据可知，传感器通道对应的双反射面的设计，能够使测量装置性能相比于单反射面提高大约3倍，而不设置第五反射面17的测量装置相比于设置了第五反射面17的测量装置传感器检测通道及参考通道的能量占比平均减少10%左右。
以上所述的实施例仅是对本公开做示例性描述，并非对本公开的范围进行限定，在不脱离本公开设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本公开的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本公开确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种气体检测装置，其特征在于，包括：
腔体；
红外线光源，所述红外线光源的发光部通过位于所述腔体一端的第一孔伸入所述腔体；
双通道红外线传感器，所述双通道红外线传感器的一对传感通道通过位于所述腔体一端，且与所述第一孔相邻的第二孔伸入所述腔体；
所述腔体内，所述第二孔对应位置设置有分别对应一对传感通道的第一反射面以及第二反射面；
所述一对传感通道包括第一通道以及第二通道；
所述第一反射面包括第一弧面，所述第一弧面以所述第一通道的中心为圆心；
所述第二反射面包括第二弧面，所述第二弧面以所述第二通道的中心为圆心。
2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述腔体包括：
底板，所述第一孔以及所述第二孔设置于所述底板上且位于所述底板宽度方向一侧边处；
上盖，所述上盖包括盖板及四壁，所述底板嵌入所述四壁围合而成的框体，形成所述腔体；
所述第一反射面及所述第二反射面起始于所述盖板且高度与所述腔体的高度相等。
3.根据权利要求2所述的气体检测装置，其特征在于，所述第一弧面的母线相对于所述盖板的倾斜角为50°～80°；和/或
所述第二弧面的母线相对于所述盖板的倾斜角为50°～80°。
4.根据权利要求2所述的气体检测装置，其特征在于，所述第一弧面的圆心角为90°；和/或
所述第二弧面的圆心角为90°。
5.根据权利要求1或2所述的气体检测装置，其特征在于，所述腔体还包括，
第一遮挡单元，设置于所述第一孔与所述第二孔之间，用以防止所述红外线光源发出的光，直射或经一次反射到达所述第二孔中对应一对所述传感通道的位置；
第二遮挡单元，设置于所述第一孔与所述第一遮挡单元相对的一侧，用以防止所述红外线光源发出的光经一次反射到达所述第二孔中对应一对所述传感通道的位置。
6.根据权利要求5所述的气体检测装置，其特征在于，所述腔体还包括，
反射组件，设置于所述腔体内与所述第一孔，所述第二孔，所述第一反射面及所述第二反射面相对的位置，用以将所述红外线光源发出的光线进行多次反射；
所述反射组件自靠近所述第一孔及所述第二孔的一侧，向远离所述第一孔及所述第二孔的一侧成宽度逐渐缩小的形态。
7.根据权利要求6所述的气体检测装置，其特征在于，所述反射组件包括，
第三反射面，设置于所述腔体内与所述第一孔相邻的一侧；
第四反射面，设置于所述腔体内与所述第二孔相邻且与所述第三反射面相对的一侧；
第五反射面，设置于所述腔体内与所述第一孔及所述第二孔相对，且与所述第三反射面及所述第四反射面均相邻的一侧。
8.根据权利要求7所述的气体检测装置，其特征在于，所述第五反射面向对应所述第一孔的方向逐渐突起。
9.根据权利要求7所述的气体检测装置，其特征在于，以所述腔体的长度方向为水平方向，以所述腔体的宽度方向为垂直方向；
所述第三反射面于所述腔体底面上的投影，临近所述第一孔的一端与远离所述第一孔的一端的连线，与所述水平方向的夹角的绝对值大于0°，小于等于40°；
所述第四反射面于所述腔体底面上的投影，临近所述第二孔的一端与远离所述第二孔的一端的连线，与所述水平方向的夹角的绝对值大于0°，小于等于40°；
所述第五反射面向对应所述第一孔的方向逐渐突起，且所述第五反射面于所述腔体底面上的投影，临近所述第四反射面的一端与临近所述第三反射面的一端的连线，与所述垂直方向的夹角的绝对值大于0°，小于等于10°。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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