CN206862880U - 一种气体分子检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体分子检测装置，包括：具有至少一个通气孔的壳体，及设置于壳体内的选择开关、金属氧化物传感器和至少一个测量红外传感器，测量红外传感器设置于金属氧化物传感器与壳体构成的红外光路上；其中，选择开关包括有预先上电的第一接线端、及选择与第一接线端同时上电的至少一个第二接线端，金属氧化物传感器与第一接线端电连接，且测量红外传感器与第二接线端一一对应电连接。将金属氧化物传感器和测量红外传感器集成于同一检测装置，并且检测过程可通过选择开关控制金属氧化物传感器单独工作，或者控制金属氧化物传感器和测量红外传感器同时工作，以满足不同场景的检测需求。

Description

一种气体分子检测装置

技术领域

本实用新型涉及气体分子检测技术领域，更为具体的说，涉及一种气体分子检测装置。

背景技术

气体检测装置一般由传感器、控制芯片、基板和外壳等部分组成，其中，气体传感器主要包括有金属氧化物传感器、电化学传感器和红外传感器等。这些传感器的检测机理不同，在性能上也各有优劣，通常被应用于不同的场合当中。其中，金属氧化物传感器基于气体分子在金属氧化物表面的氧化还原反应引起的电子得失进行检测；而红外气体传感器则基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性判定气体的种类，利用气体浓度与吸收强度关系确定气体浓度。

工作机理的不同导致金属氧化物传感器和红外传感器各自具有不同的特性，对于金属氧化物传感器来说，产生响应信号的是气体分子发生的表面氧化还原反应，在一定的气体环境中决定电导率相对变化量的主要是气敏材料的比表面积而非传感器的物理体积，所以金属氧化物传感器非常容易微型化，具有体积小、灵敏度高、成本低、可检测的气体范围广的优点；同时，能检测若干种气体也意味着金属氧化物传感器的选择性比较差，在实际应用中容易产生误报。与之相对的，由于不同的气体分子具有不同的固有振动频率，红外传感器具有极高的选择性，为了适应不同气体的吸收系数差异，通常需要有针对性地设计不同长度的光学路径，且为了保证红外传感器具有足够的灵敏度，光程不能太小，导致红外传感器的体积较大。从上面的分析可以看出金属氧化物传感器和红外传感器在性能上有极强的互补性，因而，把两者组合在一起具有很大的实用价值。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种气体分子检测装置，将金属氧化物传感器和测量红外传感器集成于同一检测装置，并且检测过程可通过选择开关控制金属氧化物传感器单独检测，或者控制金属氧化物传感器和测量红外传感器同时检测，以满足不同场景的检测需求。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

相较于现有技术，本实用新型提供的技术方案至少具有以下优点：

一种气体分子检测装置，包括：

具有至少一个通气孔的壳体，及设置于所述壳体内的选择开关、金属氧化物传感器和至少一个测量红外传感器，所述测量红外传感器设置于所述金属氧化物传感器的红外光路上；

其中，所述选择开关包括有预先上电的第一接线端、及选择与所述第一接线端同时上电的至少一个第二接线端，所述金属氧化物传感器与所述第一接线端电连接，且所述测量红外传感器与所述第二接线端一一对应电连接。

可选的，所述壳体内还设置有一参考红外传感器，且所述参考红外传感器设置于所述金属氧化物传感器的红外光路上；

其中，所述选择开关还包括一选择与所述第二接线端同时上电的第三接线端，所述参考红外传感器与所述第三接线端电连接。

可选的，所述壳体内还设置有一环境参数传感器，所述环境参数传感器用于测量温度、湿度、气压中的一种或多种环境参数；

其中，所述选择开关还包括一选择与所述第一接线端或第二接线端同时上电的第四接线端，所述环境参数传感器与所述第四接线端电连接。

可选的，所述金属氧化物传感器，与所述测量红外传感器和参考红外传感器分别设置于所述壳体的相对两侧。

可选的，所述金属氧化物传感器，与所述测量红外传感器和参考红外传感器均设置于所述壳体的同侧；

其中，所述壳体内至少一侧设置有红外反射层，且所述壳体相对所述金属氧化物传感器的一侧设置有所述红外反射层，所述金属氧化物传感器的产生的红外光通过所述红外反射层反射至所述测量红外传感器和参考红外传感器。

可选的，所述红外反射层为红外反射涂层或反射镜。

可选的，相对所述金属氧化物传感器的所述红外反射层的内表面为弧面；

其中，所述弧面的焦点位于所述金属氧化物传感器的加热区域，所述弧面反射的红外光垂直入射至所述测量红外传感器和参考红外传感器。

可选的，所述壳体设置有多个通气孔，且至少两个所述通气孔分别设置于所述壳体的相对两侧。

可选的，所述金属氧化物传感器的加热区域之下设置有空腔。

可选的，所述壳体包括：线路板；

及，与所述线路板封装的外壳；

其中，所述线路板包括基板、位于所述外壳内且设置于所述基板上的控制芯片及位于所述基板背离所述外壳一侧的引脚，所述选择开关集成于所述控制芯片内，且所述控制芯片通过设置于所述基板内的线路与所述引脚电连接。

本实用新型提供了一种气体分子检测装置，包括：具有至少一个通气孔的壳体，及设置于所述壳体内的选择开关、金属氧化物气体传感器和至少一个测量红外传感器，所述测量红外传感器设置于所述金属氧化物气体传感器的红外光路上；其中，所述选择开关包括有预先上电的第一接线端、及选择与所述第一接线端同时上电的至少一个第二接线端，所述金属氧化物气体传感器与所述第一接线端电连接，且所述测量红外传感器与所述第二接线端一一对应电连接。

由上述内容可知，本实用新型提供的技术方案，将金属氧化物气体传感器和测量红外传感器集成于同一检测装置，并且检测过程可通过选择开关控制金属氧化物气体传感器单独检测，或者控制金属氧化物气体传感器和测量红外传感器同时检测，以满足不同场景的检测需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本申请实施例提供的一种气体分子检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种气体分子检测装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种金属氧化物气体传感器的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

正如背景技术所述，工作机理的不同导致金属氧化物传感器和红外传感器各自具有不同的特性，对于金属氧化物传感器来说，产生响应信号的是气体分子发生的表面氧化还原反应，在一定的气体环境中决定电导率相对变化量的主要是气敏材料的比表面积而非传感器的物理体积，所以金属氧化物传感器非常容易微型化，具有体积小、灵敏度高、成本低、可检测的气体范围广的优点；同时，能检测若干种气体也意味着金属氧化物传感器的选择性比较差，在实际应用中容易产生误报。与之相对的，由于不同的气体分子具有不同的固有振动频率，红外传感器具有极高的选择性，为了适应不同气体的吸收系数差异，通常需要有针对性地设计不同长度的光学路径，且为了保证红外传感器具有足够的灵敏度，光程不能太小，所以红外传感器的体积较大。从上面的分析可以看出金属氧化物和红外传感器在性能上有极强的互补性，因而，把两者组合在一起具有很大的实用价值。

基于此，本申请实施例提供了一种气体分子检测装置，将金属氧化物传感器和测量红外传感器集成于同一检测装置，并且检测过程可通过选择开关控制金属氧化物传感器单独工作，或者控制金属氧化物传感器和测量红外传感器同时工作，以满足不同场景的准确检测需求。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图8对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种气体分子检测装置的结构示意图，气体分子检测装置包括：

具有至少一个通气孔110的壳体100，及设置于所述壳体100内的选择开关200、金属氧化物传感器300和至少一个测量红外传感器400，所述测量红外传感器400设置于所述金属氧化物传感器300的红外光路上；

其中，所述选择开关200包括有预先上电的第一接线端、及选择与所述第一接线端同时上电的至少一个第二接线端，所述金属氧化物传感器300与所述第一接线端电连接，且所述测量红外传感器400与所述第二接线端一一对应电连接。

本申请实施例提供的气体分子检测装置在工作过程中，首先控制芯片可以控制选择开关对金属金属氧化物传感器进行上电，以使金属氧化物传感器进行工作，通过金属氧化物传感器反馈的信号对气体分子进行检测分析；由于仅有金属氧化物传感器单独工作，其功耗较低，故而可以对该工作模式定义为低功耗模式。

此外，在金属氧化物传感器反馈的信号发生跳变时，控制芯片可以控制选择开关同时对金属氧化物传感器和测量红外传感器进行上电，以使金属氧化物传感器和测量红外传感器同时工作，通过金属氧化物传感器和测量红外传感器反馈的信号对气体分子进行检测分析；其中，在金属氧化物传感器和测量红外传感器工作时，金属氧化物传感器在工作过程中需要进行加热，且加热时会辐射出红外光，测量红外传感器设置于在该红外光的光路上，金属氧化物传感器和测量红外传感器同时工作可以显著提高传感器的选择性，检测精度高，故而可以对该工作模式定义为高精度模式。

需要说明的是，本申请实施例提供的金属氧化物传感器的红外光路，可以理解为金属氧化物传感器加热时直接辐射的红外光的光路；或者，可以理解为金属氧化物传感器和壳体共同构成的红外光路，即金属氧化物传感器加热时辐射的红外光，该红外光的光路包括有由金属氧化物传感器直接辐射的光路和由壳体内壁反射的光路。

由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，将金属氧化物传感器和测量红外传感器集成于同一检测装置，并且检测过程可通过选择开关控制金属氧化物传感器单独工作，或者控制金属氧化物传感器和测量红外传感器同时工作，即，本申请实施例提供的低功耗模式和高精度模式能够切换进行工作，以满足不同场景的检测需求。

参考图2所示，为本申请实施例提供的另一种气体分子检测装置的结构示意图，其中，所述壳体100内还设置有一个参考红外传感器500，且所述参考传感器500设置于所述金属氧化物传感器300的红外光路上；

其中，所述选择开关200还包括一选择与所述第二接线端同时上电的至少一个第三接线端，所述参考红外传感器500与所述第三接线端电连接。

为了进一步提高检测精度，本申请实施例提供的气体分子检测装置还可以设置一参考红外传感器，参考红外传感器在高精度模式下工作，即，在上述图1所示实施例提供的作为测量通道的测量红外传感器的基础上，设置一作为参考通道的参考红外传感器，以形成双通道红外检测结构。由于气体分子对某些特定波长的红外光的选择性吸收导致红外光谱发生变化，但是即使在其他成分完全相同的条件下，外界环境温度、湿度等环境参数的变化及红外光源本身的不稳定等因素都能导致红外光谱的变化，因此设置一参考红外传感器作为参考通道能够消除上述因素对红外传感器读数的影响，提高测量精度。

在本申请实施例提供的一测量红外传感器和参考红外传感器均包括有一红外传感器，及与红外传感器匹配设置的滤光片，并且测量红外传感器和参考红外传感器的滤光片具有不同的峰值波长；在本申请一实施例中，滤光片可以通过卡槽或封装等形式设置于红外传感器上。

具体如，测量红外传感器的峰值波长可以为4.2um左右，该峰值波长的测量通道对二氧化碳气体敏感，而设置参考红外传感器的峰值波长可以为3.9um左右，因为没有已知的气体分子吸收波长为3.9um的红外光，通过测量通道和参考通道的共同工作，可以消除光源误差和环境影响，更加精确地检测气体分子的浓度。

由于需要将参考红外传感器和测量红外传感器设置在红外光路上，故而，在本申请一实施例中，可以将参考红外传感器和测量红外传感器设置于壳体的同侧，且与金属氧化物传感器相对设置。参考图3所示，为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图，所述金属氧化物传感器300，与所述测量红外传感器400和参考红外传感器500分别设置于所述壳体100的相对两侧。

在对金属氧化物传感器、测量红外传感器和参考红外传感器均上电时，金属氧化物传感器工作时辐射的红外光将直接入射至测量红外传感器和参考红外传感器，以通过测量红外传感器和参考红外气体传感器对气体分子进行检测。

此外，在本申请一实施例中，红外光还可以通过反射的形式入射至测量红外传感器和参考红外传感器。参考图4所示，为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图，其中，所述金属氧化物传感器300，与所述测量红外传感器400和参考红外传感器500均设置于所述壳体100的同侧；

其中，所述壳体100内至少一侧设置有红外反射层120，且所述壳体100相对所述金属氧化物传感器300的一侧设置有所述红外反射层120，所述金属氧化物传感器300辐射的的红外光通过所述红外反射层120反射至所述测量红外传感器400和参考红外传感器500。

在对金属氧化物传感器、测量红外传感器和参考红外传感器均上电时，金属氧化物传感器工作时辐射的红外光将入射至红外反射层，而后，红外反射层将红外光反射至与金属氧化物传感器同侧的测量红外传感器和参考红外传感器中，以通过测量红外传感器和参考红外传感器对气体分子进行检测。

在本申请一实施例中，本申请提供的所述红外反射层可以为红外反射涂层或反射镜，其中，红外反射涂层具体可以为金属涂层，如金涂层等。

参考图5所示，为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图，其中，在金属氧化物传感器300、测量红外传感器400和参考红外传感器500位于同一侧时，相对所述金属氧化物气体传感器300的所述红外反射层120的内表面为弧面，即向外界凸出的弧面；

其中，所述弧面的焦点S位于所述金属氧化物传感器300的加热区域，所述弧面反射的红外光垂直入射至所述测量红外传感器400和参考红外传感器500。

在本申请一实施例中，在金属氧化物传感器、测量红外传感器和参考红外传感器位于同一侧时，可以将相对金属氧化物传感器的红外反射层内表面设置弧面，其中，将弧面的焦点与金属氧化物传感器的加热区域的中心重合，进而，使金属氧化物工作时辐射的红外光入射至该弧面后经弧面的反射后垂直入射至测量红外传感器和参考红外传感器，使得红外传感器接收到的红外光的密度更大，有利于提高检测精度；其中，测量红外传感器和参考红外传感器可以以金属氧化物传感器为中心对称设置。

需要说明的是，本申请实施例提供的壳体，其相对金属氧化物传感器的一侧可以设置为弧面结构，而红外反射层则可以直接沿弧面结构进行涂覆以形成弧面形状；或者，对壳体相对金属氧化物传感器的一侧的形状不做限制，而直接将红外反射层的内表面制作为弧面形状，对此本申请不做具体限制。

参考图6所示，为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图，其中，所述壳体100内还设置有一环境参数传感器600，所述环境参数传感器600用于测量温度、湿度、气压中的一种或多种环境参数；

其中，所述选择开关200还包括一选择与所述第一接线端或第二接线端同时上电的第四接线端，所述环境参数传感器600与所述第四接线端电连接。

由于气体传感器易受到环境因素的影响，在本申请一实施例中，可以设置一环境参数传感器对环境参数进行采集，进而根据环境参数对气体传感器的读数进行补偿。其中，本申请实施例提供的环境参数传感器可以在低功耗模式时工作，即，环境参数传感器与金属氧化物传感器同时上电工作，环境参数传感器在金属氧化物传感器工作时采集环境参数，而后根据环境参数对金属氧化物传感器的读数进行相应补偿，提高检测精度。或者，环境参数传感器还可以在高精度模式下进行工作，即，环境参数传感器与金属氧化物传感器和测量红外传感器同时上电工作，进一步的还在上述器件上电同时对参考红外传感器进行上电，环境参数传感器在金属氧化物传感器和红外传感器工作时采集环境参数，而后根据环境参数对金属氧化物传感器和红外传感器的检测结果进行相应补偿，进一步提高检测精度。

在本申请一实施例中，环境参数传感器可以采集温度、湿度、气压等环境参数，其中，环境参数传感器可以包括有温度传感器、湿度传感器、气压传感器等的一种或任意组合，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用具体设计。

在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的壳体上设置有通气孔，为了加速壳体内的气体交换速率，本申请实施例提供的所述壳体可设置有多个通气孔，当设有多个通气孔时，至少两个所述通气孔分别设置于所述壳体的相对两侧，以加快壳体内外气体交换的速率。

及，在本申请上述任意一实施例中，所述金属氧化物传感器的加热区域之下设置有空腔，参考图7所示，为本申请实施例提供的一种金属氧化物的结构示意图，其中，金属氧化物传感器包括：

传感器基底310；

以及，位于所述气体传感器基底310上的气敏材料320；

其中，位于气敏材料320和加热区域330之下设置有空腔340。

本申请实施例提供的金属氧化物传感器的空腔可以通过刻蚀工艺形成，该空腔的能够减小热容。此外，本申请实施例提供的气敏材料包括但不限于二氧化锡、氧化锌、三氧化钨等金属氧化物材料。

参考图8所示，为本申请实施例提供的又一种气体分子检测装置的结构示意图，其中，本申请实施例提供的所述壳体100包括：

线路板；

及，与所述线路板封装的外壳102，线路板和外壳102组合形成壳体100；

其中，所述线路板包括基板1011、位于所述外壳100内且设置于所述基板1011上的控制芯片1012及位于所述基板1011背离所述外壳100一侧的引脚1013，所述选择开关集成于所述控制芯片1012内，且所述控制芯片1012通过设置于所述基板1011内的线路与所述引脚1013电连接。

在本申请一实施例中，控制芯片倒装设置于基板上，且本申请实施例提供的金属氧化物传感器可以通过贴片固定方式等设置于控制芯片背离基板一侧；同样的，测量红外传感器同样可以通过贴片固定方式设置于控制芯片背离基板一侧；或者，测量红外传感器设置于基板上。以及，在气体分子检测装置包括有参考红外传感器和环境参数传感器时，参考红外传感器和环境参数传感器同样可以通过贴片方式等设置于控制芯片背离基板一侧，或者，参考红外传感器和环境参数传感器设置于基板上。

其中，在金属氧化物传感器、测量红外传感器和参考红外传感器位于同一侧，且均为基板一侧时，外壳相对基板一侧的内表面设置有红外反射涂层。

在本申请一实施例中，本申请提供的基板的材质包括但不限于陶瓷材质，及外壳的材质包括但不限于金属材质；以及，本申请实施例提供的传感器可以为MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)传感器。

本申请实施例提供了一种气体分子检测装置，包括：具有至少一个通气孔的壳体，及设置于所述壳体内的选择开关、金属氧化物传感器和至少一个测量红外传感器，所述测量红外传感器设置于所述金属氧化物传感器的红外光路上；其中，所述选择开关包括有预先上电的第一接线端、及选择与所述第一接线端同时上电的至少一个第二接线端，所述金属氧化物传感器与所述第一接线端电连接，且所述测量红外传感器与所述第二接线端一一对应电连接。

由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，将金属氧化物传感器和测量红外传感器集成于同一检测装置，并且检测过程可通过选择开关控制金属氧化物传感器单独工作，或者控制金属氧化物传感器和测量红外传感器同时工作，以满足不同场景的检测需求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种气体分子检测装置，其特征在于，包括：

具有至少一个通气孔的壳体，及设置于所述壳体内的选择开关、金属氧化物传感器和至少一个测量红外传感器，所述测量红外传感器设置于所述金属氧化物传感器的红外光路上；

其中，所述选择开关包括有预先上电的第一接线端、及选择与所述第一接线端同时上电的至少一个第二接线端，所述金属氧化物传感器与所述第一接线端电连接，且所述测量红外传感器与所述第二接线端一一对应电连接。

2.根据权利要求1所述的气体分子检测装置，其特征在于，所述壳体内还设置有一参考红外传感器，且所述参考红外传感器设置于所述金属氧化物传感器的红外光路上；

其中，所述选择开关还包括一选择与所述第二接线端同时上电的第三接线端，所述参考红外传感器与所述第三接线端电连接。

3.根据权利要求1所述的气体分子检测装置，其特征在于，所述壳体内还设置有一环境参数传感器，所述环境参数传感器用于测量温度、湿度、气压中的一种或多种环境参数；

其中，所述选择开关还包括一选择与所述第一接线端或第二接线端同时上电的第四接线端，所述环境参数传感器与所述第四接线端电连接。

4.根据权利要求2所述的气体分子检测装置，其特征在于，所述金属氧化物传感器，与所述测量红外传感器和参考红外传感器分别设置于所述壳体的相对两侧。

5.根据权利要求2所述的气体分子检测装置，其特征在于，所述金属氧化物传感器，与所述测量红外传感器和参考红外传感器均设置于所述壳体的同侧；

其中，所述壳体内至少一侧设置有红外反射层，且所述壳体相对所述金属氧化物传感器的一侧设置有所述红外反射层，所述金属氧化物传感器的产生的红外光通过所述红外反射层反射至所述测量红外传感器和参考红外传感器。

6.根据权利要求5所述的气体分子检测装置，其特征在于，所述红外反射层为红外反射涂层或反射镜。

7.根据权利要求5所述的气体分子检测装置，其特征在于，相对所述金属氧化物传感器的所述红外反射层的内表面为弧面；

其中，所述弧面的焦点位于所述金属氧化物传感器的加热区域，所述弧面反射的红外光垂直入射至所述测量红外传感器和参考红外传感器。

8.根据权利要求1所述的气体分子检测装置，其特征在于，所述壳体设置有多个通气孔，且至少两个所述通气孔分别设置于所述壳体的相对两侧。

9.根据权利要求1所述的气体分子检测装置，其特征在于，所述金属氧化物传感器的加热区域之下设置有空腔。

10.根据权利要求1所述的气体分子检测装置，其特征在于，所述壳体包括：线路板；

及，与所述线路板封装的外壳；

其中，所述线路板包括基板、位于所述外壳内且设置于所述基板上的控制芯片及位于所述基板背离所述外壳一侧的引脚，所述选择开关集成于所述控制芯片内，且所述控制芯片通过设置于所述基板内的线路与所述引脚电连接。