CN216350333U - 一种小型ndir气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种小型NDIR气体传感器，包括电路板，以及安装在电路板上与电路板之间构成检测气室的顶部带有通孔的外套壳体，所述检测气室内设置有安装在电路板上的光学腔体，红外光源，以及红外检测器，所述光学腔体内部设置有直通式光学通道，表面设置有与检测气室贯通的透气孔，以及与光学通道连通的用于安装红外探测器的第一安装孔和用于安装红外光源的第二安装孔，传感器整体组件少，体积小巧，组装工序简单，可实现低成本批量生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种小型NDIR气体传感器。
背景技术
基于NDIR原理的红外气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度对红外光吸收强度的影响(朗伯比尔定律)来实现对特定种类气体浓度的测量。目前，基于NDIR原理的气体传感器广泛应用于各种易燃易爆、冷媒、麻醉、二氧化碳等气体的测量，具有精度高、选择性好、可靠性高、寿命长等显著优点。
NDIR气体检测模组一般由红外光源、红外探测器、光学腔室、信号处理电路等组成，这些硬件共同组成一套复杂的光-机-电检测系统。如何有效地缩小NDIR气体模组的体积，让其能更好兼容到气体检测设备整机中是一个重要的研究方向。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型要解决的目的是提供一种小型NDIR气体传感器，具有结构简单，无复杂光路，能在效降低生产成本的同时缩小传感器体积。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种小型NDIR气体传感器，包括电路板，以及安装在电路板上与电路板之间构成检测气室的顶部带有通孔的外套壳体，其特征在于：所述检测气室内设置有安装在电路板上的光学腔体，红外光源，以及红外检测器，所述光学腔体内部设置有直通式光学通道，表面设置有与检测气室贯通的透气孔，以及与光学通道连通的用于安装红外探测器的第一安装孔和用于安装红外光源的第二安装孔。
上述的小型NDIR气体传感器，所述红外探测器的探测面垂直于光学通道轴线方向，所述红外光源垂直焊接在所述电路板上，所述红外光源的发光部穿过光源安装孔至光学通道内。
上述的小型NDIR气体传感器，所述电路板上焊接有信号控制、采集、处理、存储用的芯片以及通信供电接口。
上述的小型NDIR气体传感器，所述通信供电接口为单排针。
上述的小型NDIR气体传感器，所述外套壳体为聚碳酸酯材质，通过螺钉锁固在电路板上。
上述的小型NDIR气体传感器，所述光学腔体为铝合金材质，内部直通式光学通道为圆柱结构。
上述的小型NDIR气体传感器，所述光学腔体表面透气孔为圆形结构，所述透气孔数量为多个且沿光学腔体外表面等间距排列，所述透气孔表面贴设有防水透气膜。
上述的小型NDIR气体传感器，所述红外探测器设置有引脚，所述引脚通过90度弯折与电路板直接相连。
上述的小型NDIR气体传感器，所述红外探测器与第一安装孔之间以及红外光源与第二安装孔之间填充有不透明环氧胶。
上述的小型NDIR气体传感器，所述红外探测器为TO46封装，内部设置有红外敏感元芯片。
本实用新型一种小型NDIR气体传感器的有益效果：
1.光学腔体采用金属材质的直通式光学通道结构，结构简单易加工，有助于降低生产成本，且保证传感器的长期稳定性和可靠性；
2.红外光源、光学通道、红外探测器位于同一轴线，光源和探测器处于对射状态，能明显提升聚光效果，降低对红外探测器响应幅值的要求，据此可选用更小封装尺寸的红外探测器；
3.传感器整体组件少，体积小巧，组装工序简单，可实现低成本批量生产。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的爆炸视图。
图中标号说明如下：1外套壳体；2红外光源；3电路板；4单排针；5螺钉；6红外探测器；7第一安装孔；8光学腔体；9第二安装孔；10光学腔体透气孔；11防水透气膜；12通孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
如图1至图2所示，本实用新型的一种小型NDIR气体传感器，包括1、外套壳体1，红外光源2，电路板3，单排针4，螺钉5，红外探测器6，第一安装孔7，光学腔体8，第二安装孔9，光学腔体透气孔10，防水透气膜11，通孔12。
外套壳体1整体为中空的长方体，下底面设有开口，顶部开设有使内外相通的通孔12，通过下底面的开口整体安装在电路板3上方，电路板的面积大于外套壳体下底面开口的面积，外头壳体底部通过螺钉5与电路板进行机械连接，组成一个检测气室；通孔使检测气室内外贯通，以便于气体能扩散进入检测气室中；红外探测器6为TO46热电堆型红外探测器，通过第一安装孔7安装在光学腔体上，红外探测器带有引脚，引脚90度向下折弯后与电路板3 直接连接，红外光源2为带有引脚的金属发热丝型，其两个金属引脚直接焊接在电路板上，光源轴线方向垂直于电路板，且发光部穿过第二安装孔伸入至光学通道内；光学腔体通过环氧胶固定在电路板上，光学通道、第一安装孔和光源过孔(光源过孔与第二安装孔重合，用于红外光源安装后进出光学腔体内的光学通道)配合形成L型转折结构，从而使得红外光源和红外探测器能够呈90度相对设置，即红外探测器设置在光学通道的轴向上，红外光源设置在光学通道的径向上；具体的，红外探测器与光学通道同轴设置，光源过孔的轴线和第一安装孔的轴线处于同一平面且互为垂直，并且基于直线式的光学通道设计能够避免红外光线因多次反射而带来的损耗，有助于提升灵敏度；光学通道一端是闭合的，具有端面，该端面能够对红外光源的光线进行反射。
在光学腔体表面设置有与光学通道连通的透气孔10，供检测气体进入，光学腔体表面贴设有覆盖透气孔的防水透气膜11，能很好地防止环境中的水蒸气和粉尘颗粒对光学腔体内部的污染，保证探测精度。在电路板3上焊接有信号控制、采集、处理、存储用的芯片，芯片焊接在外套壳体以外的位置，通信和供电接口采用单排针4，具体的，电路板设计包含UART 输出、DA输出、PWM输出三种接口，可满足不同客户的需要。
本实用新型一种小型NDIR气体传感器的工作原理为：待检测气体通过分子扩散的方式进入光学腔体的光学通道中，待检测气体的扩散速度与光学通道内外气体浓度差成正相关，因此通过一个透气孔能保证检测气体自由出入光学通道内，红外光源由电路板上的电路器件控制发出周期性的红外光，形成交变激励信号，光源所发出的1-6μm波长的红外光，光源发出红外光后，部分红外光能够直接朝向红外探测器方向发射，还有部分红外光则会朝向光学通道的内壁发射，光学通道内壁将这部分红外光有效反射后即可反射朝向在红外探测器方向，不影响红外光发生质量，红外光穿过光学通道中的待检测气体后会被吸收，造成红外光学信号的减弱，由红外探测器探测该光学信号的强弱并根据所输出的电压信号幅值，结合朗伯- 比尔定律换算得到目标气体的浓度值。
在生产过程中，由于红外光源是伸入光学腔体内设置，因此红外光源能够与电路板上的焊接器件一并焊接固定，光学腔体只需要通过光源过孔罩设在红外光源上即可，较比红外光源先组装在光学腔体，然后与电路板连接来说，组装便捷度大大提升，组装精度也大大提高，因此能够有效简化红外光源以及光学腔体的安装工作。并且红外光源与电路板表面垂直设置，焊接方便，光学腔体能够直接罩设后与电路板贴紧，光学腔体的罩设组装便捷，组装流畅度高。
光学通道为直通圆柱形，便于加工抛光；光学腔体的材质铝合金材质，加工便捷、精度高，使用寿命和稳定性更好，可延长传感器在恶劣条件下的使用寿命。
上述的光学腔体通过环氧胶固定于电路板上，牢固度高，固定方式简单可靠，且在不影响电路使用前提下，还能够起到保护作用。位于红外探测器与第一安装孔之间以及红外光源与光源过孔之间填充有不透明环氧胶，以保证光学腔体内部的气密性，并减少漏光。在组装时，环氧胶使得光学腔体与红外光源之间产生结合力，由于红外光源固定在电路板上，因此当光学腔体组装后即具有与电路板相对位置固定的效果，便于连接板的焊接，也方便组装精度的提升；在未通过环氧胶固定前即具有抗震效果，不惧移动转载。
以上实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种小型NDIR气体传感器，包括电路板，以及安装在电路板上与电路板之间构成检测气室的顶部带有通孔的外套壳体，其特征在于：所述检测气室内设置有安装在电路板上的光学腔体，红外光源，以及红外检测器，所述光学腔体内部设置有直通式光学通道，表面设置有与检测气室贯通的透气孔，以及与光学通道连通的用于安装红外探测器的第一安装孔和用于安装红外光源的第二安装孔，所述第二安装孔设置在光学腔体的底侧，所述红外光源垂直焊接在所述电路板上，所述红外光源的发光部穿过第二安装孔至光学通道内，所述红外探测器的探测面垂直于光学通道轴线方向，所述红外探测器与第一安装孔之间以及红外光源与第二安装孔之间填充有不透明环氧胶。
2.根据权利要求1所述的小型NDIR气体传感器，其特征是：所述电路板上焊接有信号控制、采集、处理、存储用的芯片以及通信供电接口。
3.根据权利要求2所述的小型NDIR气体传感器，其特征是：所述通信供电接口为单排针。
4.根据权利要求1所述的小型NDIR气体传感器，其特征是：所述外套壳体为聚碳酸酯材质，通过螺钉锁固在电路板上。
5.根据权利要求1所述的小型NDIR气体传感器，其特征是：所述光学腔体为铝合金材质，内部直通式光学通道为圆柱结构。
6.根据权利要求1所述的小型NDIR气体传感器，其特征是：所述光学腔体表面透气孔为圆形结构，所述透气孔数量为多个且沿光学腔体外表面等间距排列，所述透气孔表面贴设有防水透气膜。
7.根据权利要求1所述的小型NDIR气体传感器，其特征是：所述红外探测器设置有引脚，所述引脚通过90度弯折与电路板直接相连。
8.根据权利要求1所述的小型NDIR气体传感器，其特征是：所述红外探测器为TO46封装，内部设置有红外敏感元芯片。
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|---|---|---|---|
| CN202120745171.2U CN216350333U (zh) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | 一种小型ndir气体传感器 |
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| CN202120745171.2U CN216350333U (zh) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | 一种小型ndir气体传感器 |
Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220308029A1 (en) * | 2021-03-23 | 2022-09-29 | Honeywell International Inc. | Integrated sensor |
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2021
- 2021-04-13 CN CN202120745171.2U patent/CN216350333U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| US20220308029A1 (en) * | 2021-03-23 | 2022-09-29 | Honeywell International Inc. | Integrated sensor |
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