CN204064904U - 一种非色散气体检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于气体检测领域，提供了一种非色散气体检测装置，该装置包括红外光源和红外探测器分别位于气室的两端，红外光源和红外探测器分别固定在红外光源转接板和探测器转接板上，红外光源转接板和探测器转接板分别与电路板垂直固定，电路板位于气室外部且与气室的中心轴线平行，红外光源和红外探测器分别通过红外光源转接板和探测器转接板与电路板电气连接。本实用新型通过红外光源和红外探测器增强气室与电路板的连接牢固度，并且通过粘结剂对气室和电路板之间的进一步固定，从而保证了气体测量的稳定性和精确度，并将气室嵌入到电路板开的槽孔中，进一步降低了封装厚度，有利于非色散气体检测装置的便携化设计。

Description

一种非色散气体检测装置

技术领域

本实用新型属于气体检测领域，尤其涉及一种非色散气体检测装置。

背景技术

在生活中，很多领域，例如石油和煤矿等能源开发中都需要通过测量气体的浓度来检验工作环境的安全性，尤其是对于二氧化碳气体浓度的检测尤其普遍，目前，通常采用国家标准推荐的基于非色散红外(或称非分光红外，NonDispersive Infra Red，NDIR)原理的非色散红外传感器测量二氧化碳气体体积分数浓度。该原理主要是采用朗伯-比尔(Beer-Lambert)定理和红外吸收原理工作的，根据气体的吸收光谱会随着物质的不同而存在差异，不同气体分子的化学结构不同，会导致对不同波长的红外辐射的吸收程度的不同，而同一种气体不同气体体积分数时，在同一吸收峰值位置会有不同的吸收强度，因此通过吸收强度可以得到与其成正比关系的气体体积分数，即气体浓度。

现有非色散红外二氧化碳检测仪采用单气室双波长测量，主要包括：红外光源、双元红外探测器、气室以及信号放大与数据采集的电路板。在工作时，红外光源根据预先设定的调制频率发出周期性的特定波长范围的红外光，双元红外探测器配备了两片不同的滤光片，一片中心波长为4.0um，作为参考滤光片，其波长范围选定在与待测气体的吸收谱线邻近的窄带内；另一片中心波长为4.26um，作为二氧化碳气体选择滤光片，其波长范围选定在与待测气体的吸收谱线中心波长一个窄带波段，红外线从气室的一端到达气室另一端的双元红外探测器的滤光片后，双元红外探测器的两个传感器分别接收两个通道特定波长的红外谱线，通过计算这两个通道的比值，并通过查标定曲线得到实际的二氧化碳浓度。

目前关于红外光源和双元红外探测器的固定方式主要有两种:

一种方式是将红外光源和双元红外探测器固定在气室底座上，由于气室底座厚度有限，与电路板连接不牢固容易引起测量值漂移，影响测量稳定性；然而，若增加气室底座厚度以增强牢固性，又因气室底座厚度加上气室直径再加上电路板的厚度，会使系统装置的总厚度变大，不易实现装置的超薄便携性设计；

另一种方式是把红外光源、双元红外探测器固定在气室两端的内壁上，由于气室要完全包含整个红外光源与红外探测器，因此该气室的高度一定会大于整个红外探测器的直径或高度，也不能更好地实现气室超薄的便携性设计。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种非色散气体检测装置，旨在解决目前基于非色散红外原理检测气体浓度的装置测量稳定性差，测量装置体积较大、不便携的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种非色散气体检测装置，包括红外光源、气室、红外探测器和用于信号放大与数据采集的电路板，其特征在于，所述装置还包括红外光源转接板和探测器转接板；

所述气室为一筒体结构，所述筒体的尾端具有一底面，所述底面的中心具有一与所述筒体内部连通并可套入所述红外光源的通孔，所述红外光源固定连接在所述红外光源转接板上，所述红外光源转接板与所述气室的底面外缘固定连接，并且使所述红外光源穿过所述通孔内置于所述气室的尾部，所述红外光源的引脚通过所述红外光源转接板与所述电路板电气连接；

所述红外探测器的底座固定连接在所述探测器转接板上，所述红外探测器的头腔内置于所述气室的头部，所述红外探测器的底座置于所述气室外部，并且所述红外探测器的底座的外缘与所述气室的头端外缘连接，所述红外探测器的引脚通过所述探测器转接板与所述电路板电气连接；

所述电路板位于所述气室外部且与所述气室的中心轴线平行，所述红外光源转接板和所述探测器转接板分别与所述电路板垂直固定连接。

进一步地，所述气室的底面通过将一固定环的外缘与所述筒体尾端外缘固定连接形成。

更近一步地，所述气室为圆筒型，所述气室内壁通过镀金抛光工艺形成，所述气室的筒壁具有多个通气孔。

更近一步地，所述红外光源和所述红外探测器分别通过焊接固定在所述红外光源转接板和所述探测器转接板上。

更近一步地，所述探测器转接板与所述气室的头端外缘通过粘结剂固定。

更近一步地，测器转接板分别垂直焊接在所述电路板上。

更近一步地，所述红外光源转接板、所述探测器转接板和所述电路板均为PCB。

更近一步地，所述电路板包括：

放大电路，所述放大电路的输入端通过所述探测器转接板与所述红外探测器连接；

滤波电路，所述滤波电路的输入端与所述放大电路的输出端连接；

数据采集电路，所述数据采集电路的输入端与所述滤波电路的输出端连接；

微处理器，所述微处理器的输入端与所述数据采集电路的输出端连接，所述微处理器的数据输出端为所述电路板的检测信号输出端；

红外光源驱动电路，所述红外光源驱动电路的输入端与所述微处理器的驱动输出端连接，所述红外光源驱动电路的输出端通过所述红外光源转接板与所述红外光源连接。

更近一步地，所述电路板开有一开槽孔，所述气室嵌入连接在所述槽孔中。

更近一步地，所述气室与所述电路板之间通过粘结剂固定。

本实用新型实施例通过红外光源和红外探测器增强气室与电路板的连接牢固度，并通过粘结剂对气室和电路板之间的进一步固定，从而保证了气体测量的稳定性和精确度，并将气室嵌入到电路板开的槽孔中，进一步降低了封装厚度，有利于非色散气体检测装置的便携化设计。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的非色散气体检测装置的上视结构图；

图2为本实用新型实施例提供的非色散气体检测装置的前视结构图；

图3为本实用新型实施例提供的非色散气体检测装置的电路板的开槽结构图；

图4为本实用新型实施例提供的嵌入式的非色散气体检测装置的前视结构图；

图5为本实用新型实施例提供的非色散气体检测装置中电路板的电路结构图；

图6为本实用新型实施例提供的非色散气体检测装置中红外探测器的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例通过红外光源和红外探测器增强气室与电路板的连接牢固度，并且通过粘结剂对气室和电路板之间的进一步固定，从而保证了气体测量的稳定性和精确度，并将气室嵌入到电路板开的槽孔中，进一步降低了封装厚度。

以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细描述：

图1示出了本实用新型实施例提供的非色散气体检测装置的上视结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型实施例提供的非色散气体检测装置，包括红外光源1、气室2、红外探测器3和用于信号放大与数据采集的电路板9，以及红外光源转接板7和探测器转接板6；

气室2为一筒体结构，其筒体的尾端具有一底面201，该底面可以与气室2一并制作成型，因此该气室2也可以看做一个有底无盖的空腔结构体，并且该底面201的中心具有一与筒体内部连通并可套入红外光源1的通孔，该通孔应略大于红外光源1的直径；

作为本实用新型一实施例，该底面也可以通过一塑料固定环201实现，将该固定环201的外缘通过粘结剂与气室2的筒体尾端外缘固定连接，固定环201中心的孔即为通孔，该通孔应略大于红外光源1的直径，以便将红外光源1的发光部件从中套入，使红外光源1的发光部件稳定地固定于气室2的尾部中央，并起到对红外光源进一步固定的作用；

红外光源1的引脚通过电连接固定在红外光源转接板7上，此处的电连接指一种稳固的连接，例如通过焊料将红外光源1的引脚与红外光源转接板7的导电覆层焊接，红外光源转接板7与气室2的底面外缘之间可以通过粘结剂进一步进行牢固连接,以进一步增强红外光源1在气室尾端的牢固定位，红外光源1穿过通孔内置于气室2的尾部。

红外探测器3包括头腔301、底座302、引脚303以及两个滤光片5，参见图6，将红外探测器3的引脚通过焊料焊接在探测器转接板6的导电覆层上，使红外探测器3的底座302与探测器转接板6牢固连接，红外探测器的头腔301套接于气室2腔体内的头部，红外探测器3的底座302置于气室2外部，并且红外探测器3的底座302的外缘与气室2的头端外缘通过粘结剂或焊接连接实现固定，由于红外探测器3的头腔301直径小于底座302直径，因此仅仅将红外探测器3的头腔301置于气室2腔体内可以缩小气室2的直径，进而降低产品的封装厚度，使产品具有超薄、便携的效果。

还可以在探测器转接板6与气室2的头端外缘之间再次通过粘结剂固定。

电路板9位于气室2外部且与气室2的中心轴线平行，红外光源转接板7和探测器转接板6分别与电路板9垂直固定连接，参见图2，并且，红外光源转接板7、探测器转接板6均与电路板9之间具有电连接，以便分别将红外光源1和红外探测器3产生的电信号传递到电路板9上，通过电路板9上的电路对其进行处理、分析。

作为本实用新型一实施例，红外光源1和红外探测器3可以分别通过焊接固定在红外光源转接板7和所述探测器转接板6上。

红外光源转接板7和探测器转接板6分别垂直焊接在所述电路板9上。当然，此处并不限定仅仅通过焊接方式，还可以通过插座连接方式实现固定连接。

作为本实用新型一实施例，红外光源转接板7、探测器转接板6和电路板7均可以采用印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)实现。

值得说明的是，此处红外探测器3为双元红外探测器，气室2的头端指该筒体结构的顶端，气室2的尾端指筒体结构相对的另一顶端，并且对于头端和尾端的定义可以互换，此处如此定义仅仅为了便于说明。而对于本实用新型实施例的检测原理在前文已做说明，此处不再赘述。

在本实用新型实施例中，通过焊接将红外光源1和红外探测器3分别固定在红外光源转接板7和探测器转接板6上，增加了红外光源1和红外探测器3的固定坚固程度，从而避免了测量值的漂移，增加了测量稳定性，并且该红外光源转接板7和探测器转接板6还可以作为电路板实现从红外光源1和红外探测器3分别到电路板9的电气连接，简单可靠。

作为本实用新型一优选实施例，气室2可以采用为圆筒型，气室2内壁可以采用金属抛光工艺形成，例如采用镀金或镀铂，在抛光后形成的气室壁薄、反光性好，并且防氧化，气室2的筒壁具有多个通气孔4以便于气室2的换气。

作为本实用新型一优选实施例，气室2的中心轴线与电路板9平行，并且可以位于电路板9的任意一侧，例如在图2中，气室2位于电路板9上，通过红外光源转接板7和探测器转接板6固定连接在电路板9上。

也可以在电路板9上开有一槽孔，901，参见图3，将气室2沉入或嵌入在槽孔901中，还可以再通过粘结剂进一步增强牢固性，参见图4，使得在封装非色散气体检测装置的厚度可以进一步降低，更加便于携带。

在本实用新型实施例中，气室2一般为9mm直径的圆筒，而电路板9一般采用1.6mm厚的PCB，因此将气室2嵌入在电路板9中可以减少非色散气体检测装置1.6mm的厚度，有利于非色散气体检测装的小型化、便携化设计。

本实用新型实施例通过红外光源和红外探测器分别与红外光源转接板和探测器转接板牢固连接，红外光源转接板和探测器转接板与电路板牢固连接，并通过粘结剂对气室和电路板之间的进一步固定，从而保证了气室的牢固定位，增强了气体测量的稳定性和精确度，并且通过红外光源转接板、所述探测器转接板实现了对红外光源和红外探测器与电路板的电气连接，结构简单、安装制造简便、成本低，另外，还通过在电路板中开槽孔，并将气室嵌入电路板中，进一步降低了封装厚度，有利于非色散气体检测装置的便携化设计。

图5示出了本实用新型实施例提供的非色散气体检测装置中电路板的电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，电路板9包括：

放大电路10，放大电路10的输入端通过探测器转接板6与红外探测器3连接；

滤波电路11，滤波电路11的输入端与放大电路10的输出端连接；

数据采集电路12，数据采集电路12的输入端与滤波电路11的输出端连接；

微处理器13，微处理器13的输入端与数据采集电路12的输出端连接，微处理器13的数据输出端为电路板9的检测信号输出端；

红外光源驱动电路14，红外光源驱动电路14的输入端与微处理器13的驱动输出端连接，红外光源驱动电路14的输出端通过红外光源转接板7与红外光源1连接。

作为本实用新型一实施例，数据采集电路12也可以集成在微处理器13中。

在本实用新型实施例中，放大电路10对从红外探测器3获取的电信号进行放大，再通过滤波电路11进行滤波后，通过数据采集电路12将模拟信号转换成数字信号，微处理器13对数据采集电路12输出的数字信号进行分析计算并通过查标定曲线得出空气中二氧化碳的浓度值，然后将生成的检测结果通过电路板9的检测信号输出端输出给外部显示电路或者提示电路，而红外光源驱动电路14在从微处理器13获取到驱动信号后生成光源驱动信号，从而驱动红外光源1。

能够想到地，可以通过更换红外探测器3(主要是更换滤光片，)以及重新设置微处理器13中不同气体的标定曲线，实现对多种气体的检测切换。

本实用新型实施例通过红外光源和红外探测器分别与红外光源转接板和探测器转接板牢固连接，红外光源转接板和探测器转接板与电路板牢固连接，通过粘结剂对气室和电路板之间的进一步固定，从而保证了气室的牢固定位，增强了气体测量的稳定性和精确度，并且通过红外光源转接板、所述探测器转接板实现了对红外光源和红外探测器与电路板的电气连接，结构简单、安装制造简便、成本低，另外，还通过在电路板中开槽，并将气室嵌入电路板中，进一步降低了封装厚度，有利于非色散气体检测装置的便携化设计。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非色散气体检测装置，包括红外光源、气室、红外探测器和用于信号放大与数据采集的电路板，其特征在于，所述装置还包括红外光源转接板和探测器转接板；

所述气室为一筒体结构，所述筒体的尾端具有一底面，所述底面的中心具有一与所述筒体内部连通并可套入所述红外光源的通孔，所述红外光源固定连接在所述红外光源转接板上，所述红外光源转接板与所述气室的底面外缘固定连接，并且使所述红外光源穿过所述通孔内置于所述气室的尾部，所述红外光源的引脚通过所述红外光源转接板与所述电路板电气连接；

所述红外探测器的底座固定连接在所述探测器转接板上，所述红外探测器的头腔内置于所述气室的头部，所述红外探测器的底座置于所述气室外部，并且所述红外探测器的底座的外缘与所述气室的头端外缘连接，所述红外探测器的引脚通过所述探测器转接板与所述电路板电气连接；

所述电路板位于所述气室外部且与所述气室的中心轴线平行，所述红外光源转接板和所述探测器转接板分别与所述电路板垂直固定连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气室的底面通过将一固定环的外缘与所述筒体尾端外缘固定连接形成。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气室为圆筒型，所述气室内壁通过镀金抛光工艺形成，所述气室的筒壁具有多个通气孔。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述红外光源和所述红外探测器分别通过焊接固定在所述红外光源转接板和所述探测器转接板上。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探测器转接板与所述气室的头端外缘通过粘结剂固定。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述红外光源转接板和所述探测器转接板分别垂直焊接在所述电路板上。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述红外光源转接板、所述探测器转接板和所述电路板均为PCB。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电路板包括：

放大电路，所述放大电路的输入端通过所述探测器转接板与所述红外探测器连接；

滤波电路，所述滤波电路的输入端与所述放大电路的输出端连接；

数据采集电路，所述数据采集电路的输入端与所述滤波电路的输出端连接；

微处理器，所述微处理器的输入端与所述数据采集电路的输出端连接，所述微处理器的数据输出端为所述电路板的检测信号输出端；

红外光源驱动电路，所述红外光源驱动电路的输入端与所述微处理器的驱动输出端连接，所述红外光源驱动电路的输出端通过所述红外光源转接板与所述红外光源连接。

9.如权利要求1至8任一项所述的装置，其特征在于，所述电路板开有一开槽孔，所述气室嵌入连接在所述槽孔中。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述气室与所述电路板之间通过粘结剂固定。