CN201477043U

CN201477043U - 一种非色散红外气体传感器

Info

Publication number: CN201477043U
Application number: CN 200920231158
Authority: CN
Inventors: 周仝; 钱吉裕; 贾中璐
Original assignee: CETC 14 Research Institute
Current assignee: CETC 14 Research Institute
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2019-09-03

Abstract

本实用新型涉及一种非色散红外气体传感器，包括防爆网(1)、光腔气室、光源(4)、印制板(5)、插针(6)、热释电感光元件(7)、外壳(8)；防爆网(1)和印制板(5)分别设置在光腔气室上方和下方，在光腔气室内的底部设有热释电感光元件(7)和光源(4)，在印制板(5)下部设有插针(6)，光腔气室、防爆网(1)、印制板(5)外部置有外壳(8)；外壳(8)的上部有开口(9)，防爆网(1)位于此开口(9)的下部。所诉的光腔气室由端盖(2)和气室(3)组成；端盖(2)设有通孔，光腔气室内壁表面涂覆反光材料；光腔气室为圆柱直壁。本实用新型的光腔体积能明显缩小，气体交换也随着气室体积的缩小而迅速。

Description

一种非色散红外气体传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，尤其涉及一种非色散红外气体传感器，属于气体检测领域。

背景技术

用于气体检测的非色散红外技术是由光源发出红外光，波长位于气体吸收峰值段的一部分红外光被气体吸收，再经过窄带干涉滤光片滤光后，通过热释电元件检测出吸收后的光的强度，并和未被吸收的光的强度对比，从而计算出气体的浓度。

红外光和所有的电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性质，它在介质中传播时，由于介质的吸收和散射作用使它产生衰减。通常特征频率的光并非单一频率的光，它是有一定频率范围内的光组成的，也就是说，特征频率是有带宽的。带宽范围内的各个频率的光被吸收的程度也是不一样的，计算红外光穿过气体的能量被吸收的能量，需要计算带宽内各个频率被吸收的气体的总和，这个关系式满足朗伯-比尔定律，即：

I＝I0×e-klc式中：I0——红外光的初始能量；I——红外光被气体吸收后的能量；k——与气体有关的常数；L——光程，即红外光通过气体层的厚度；c——待测气体的浓度。

由上式可以看出，只要知道光通过待测气体的光程长L以及待测气体的吸收系数k，就可通过测量I与I0的比值求得待测气体的浓度。

为了得到具有从低浓度到高浓度的测量范围的光学气体传感器，首先，必须具有足够长的光路径L的光腔(气室)，使得红外光能够被气体充分吸收；其次，光腔能够保证被吸收后的光的最低强度I能够被红外光探测器检测到。

由此可见，非色散红外技术中，光腔的合理设计决定了NDIR传感器的性能。

在NDIR光腔的设计和制造方面，在欧洲设计了光源和传感器放在两个椭圆的焦点上，通过三次反射，来增加光程L。在美国设计了一个反射曲面来制造光程L。但是，通过曲面多次对焦的方法工程化难度很大。而欧洲和美国的已经商用化的传感器还存在一些问题，例如在实现传感器小型化的过程中，光的强度和光被待测气体吸收后的衰减度是一个矛盾。另外，传感器测量的一致性也有不足。目前，国内设计开发的传感器，由于光腔尺度的因素，大多体积庞大，精度低，一致性差，所以一直没有可工程应用的产品被普遍使用。

实用新型内容

1、所要解决的技术问题：

针对以上不足本实用新型提供了一种可提高测量精度，增强使用的可靠性，实现传感器微型化的一种非色散红外气体传感器。

2、技术方案：

本实用新型包括防爆网、光腔气室、光源、印制板、插针、热释电感光元件、外壳；防爆网和印制板分别设置在光腔气室上方和下方，在光腔气室内的底部设有热释电感光元件和光源，在印制板下部设有插针，光腔气室、防爆网、印制板外部置有外壳；外壳的上部有开口，防爆网位于此开口的下部；所诉的光腔气室由端盖和气室组成；端盖设有通孔，光腔气室内壁表面涂覆反光材料；光腔气室为圆柱直壁。

3、有益效果：

本实用新型通过改进传统的NDIR气体传感器的光腔设计，采用了弧形反射光学腔设计，提出了一种新的气体传感器光腔结构，新型光腔具有的特点是：微尺寸、长光程、高光强，很好的解决了光程长度和光强强度的矛盾，提高了传感器的测量精度。采用了本实用新型的技术方案后，光腔的体积能明显缩小，从而使得传感器的应用更为灵活，另外，气体交换也随着气室体积的缩小而迅速。在光腔尺寸相当的条件下，本方案的设计使得光强增大。相对其他设计，本方案光路设计对焦点位置要求不高，因此降低了加工和装配难度。另外，简化的结构设计使得加工难度和制造成本大大降低。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的气室的结构示意图；

图3本实用新型的端盖的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对本实用新型做进一步描述。

如图1所示，本实用新型包括防爆网1、端盖2、气室3、光源4、印制板5、插针6、热释电感光元件7、外壳8。

如图2、图3所示，光腔气室由端盖2和气室3组成；端盖2和气室3形成的光腔气室内壁表面涂覆反光材料，在本实用新型中是镀金，金对红外光吸收少，反射率高，且不容易氧化变色。光腔是圆柱直壁，降低了加工和装配难度。

防爆网1和印制板5分别设置在光腔气室上方和下方，在光腔气室内的底部设有热释电感光元件7和光源4，在印制板5下部设有插针6，光腔气室、防爆网1、印制板5外部置有外壳8。外壳8的上部有开口9，防爆网1位于此开口9的下部；端盖2设有通孔。

热释电感光元件7把接收到的红外光转换成电信号，接收到的光的强度越大，输出的电信号越强。而气体会吸收特定波段的红外光。光路越长，气体浓度越高，吸收的红外光越多，照射到热释电感光元件7上的红外光越少。

由红外光源4发射红外光，经过端盖2两次反射后，照射到热释电感光元件7上。

被探测气体依次通过外壳8的开口9、防爆网1、端盖2的通孔，进入到由气室3和端盖2封装成的气室内。

端盖2的孔用来进气，内壁反射红外光。适当的开孔率保证通气迅速，也达到反射要求。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims

1.一种非色散红外气体传感器，其特征在于：包括防爆网(1)、光腔气室、光源(4)、印制板(5)、插针(6)、热释电感光元件(7)、外壳(8)；防爆网(1)和印制板(5)分别设置在光腔气室上方和下方，在光腔气室内的底部设有热释电感光元件(7)和光源(4)，在印制板(5)下部设有插针(6)，光腔气室、防爆网(1)、印制板(5)外部置有外壳(8)；外壳(8)的上部有开口(9)，防爆网(1)位于此开口(9)的下部。

2.根据权利要求1所述的一种非色散红外气体传感器，其特征在于：所诉的光腔气室由端盖(2)和气室(3)组成；端盖(2)设有通孔，光腔气室内壁表面涂覆反光材料；光腔气室为圆柱直壁。