CN218629497U - 一种基于ndir原理的二氧化碳传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，包括：光学腔体、红外光源、红外检测器和电路板；光学腔体表面具有透气孔，内部形成光学气室，且透气孔与光学气室相连通；透气孔表面贴合有防水透气膜；红外光源和红外检测器分别焊接在电路板上；电路板与光学腔体固定连接，且红外光源和红外检测器分别位于光学气室内；红外光源发出的光线经光学气室多次反射后，反射至红外检测器。本实用新型具有信噪比高、重复性好、可靠性强和稳定性高的特点。

Description

一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，更具体的说是涉及一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器。

背景技术

二氧化碳在日常生活中无处不在，例如：二氧化碳是植物光合作用的必要原料；可以制作成灭火器；很多化工产品都需要用到二氧化碳作为化工原料，比如比较熟悉的碳酸钙、碳酸钠；固态的二氧化碳也可以用作制冷剂等。

随着科学技术的不断发展人们的生活水平也越来越高，人们对自身健康也越来更加的关注，且涉及二氧化碳的设备及元器件也越来越多，因此，对二氧化碳气体定量检测与控制的需求也越来越高。

然而，现有的二氧化碳传感器大多存在信噪比低、重复性差、响应较慢、稳定性差等问题。

因此，如何提供一种信噪比高、重复性强和稳定性好的基于NDIR原理的二氧化碳传感器是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，具有信噪比高、重复性好和稳定性高的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，包括：光学腔体、红外光源、红外检测器和电路板；

所述光学腔体表面具有透气孔，内部形成光学气室，且所述透气孔与所述光学气室相连通；所述透气孔表面贴合有防水透气膜；

所述红外光源和所述红外检测器分别焊接在所述电路板上；所述电路板与所述光学腔体固定连接，且所述红外光源和所述红外检测器分别位于所述光学气室内；

所述红外光源发出的光线经所述光学气室多次反射后，反射至所述红外检测器。

进一步的，在上述一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器中，所述光学腔体包括外壳和隔板；所述隔板与所述外壳相装配的一面的边缘处开设有一圈第一点胶槽；所述第一点胶槽内填充有密封胶；所述外壳和所述隔板通过密封胶粘接，并围成所述光学气室。

进一步的，在上述一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器中，所述隔板与所述电路板相装配的一面开设有一圈第二点胶槽；所述第二点胶槽内填充有密封胶；所述电路板和所述隔板通过密封胶粘接。

进一步的，在上述一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器中，所述外壳、所述隔板和所述电路板的边缘彼此对应的位置处，均开设有安装孔；所述外壳、所述隔板和所述电路板通过螺栓贯穿所述安装孔进行紧固。

进一步的，在上述一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器中，所述光学气室包括：一个光源聚光杯、三个反射面和一个检测器聚光杯；所述红外光源发出的光线经所述光源聚光杯反射后，依次经三个所述反射面反射到所述检测器聚光杯，再经所述检测器聚光杯反射到所述红外检测器上。

进一步的，在上述一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器中，所述光源聚光杯、三个所述反射面和所述检测器聚光杯的几何形状均为非自由曲面。

进一步的，所述光源聚光杯的几何形状为椭圆柱面；三个所述反射面的几何形状为圆弧面；所述检测器聚光杯的几何形状为球面一部分。

进一步的，在上述一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器中，所述光学气室表面具有一层真空蒸发镀层，所述真空蒸发镀层的厚度为50nm-300nm。

进一步的，在上述一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器中，所述光学腔体表面为防纹面。

进一步的，在上述一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器中，所述红外光源发出的光线经所述光学气室多次反射后，其光程长度大于等于130mm。

进一步的，在上述一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器中，所述电路板背面粘贴有标识码标签。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，具有以下有益效果：

1、本实用新型整体结构紧凑、一体化程度高、且能防止水进入光学气室，增加产品的稳定性和可靠性。

2、本实用新型中红外光源发出的光线经光学气室进行多次反射后，可大大提高光程长度，进而更有效地利用了光线，增加传感器的稳定性、重复性和可靠性。

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为本实用新型提供的基于NDIR原理的二氧化碳传感器的结构分解示意图；

图2为本实用新型提供的基于NDIR原理的二氧化碳传感器的整体结构示意图；

图3为本实用新型提供的光学腔体结构示意图；

图4为本实用新型提供的光学气室内的光线路径图。

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。

如图1-2所示，本实用新型实施例公开了一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，包括：光学腔体、红外光源1、红外检测器2和电路板3；

光学腔体表面具有透气孔4，内部形成光学气室a，且透气孔4与光学气室a相连通；透气孔4表面贴合有防水透气膜5；防水透气膜5能够使气体通过的同时，阻止水通过；

红外光源1和红外检测器2分别焊接在电路板3上；电路板3与光学腔体固定连接，且红外光源1和红外检测器2分别位于光学气室内；

红外光源1发出的光线经光学气室多次反射后，反射至红外检测器2。红外检测器2根据接收到的光线的强度，确定二氧化碳的浓度。

在一个实施例中，光学腔体包括外壳6和隔板7；隔板7与外壳6相装配的一面的边缘处开设有一圈第一点胶槽8；第一点胶槽8内填充有密封胶9；外壳6和隔板7通过密封胶9粘接，并围成光学气室。

在一个实施例中，隔板7与电路板3相装配的一面开设有一圈第二点胶槽10；第二点胶槽10内填充有密封胶；电路板3和隔板7通过密封胶粘接。本实用新型实施例中，隔板7的两个端面边缘均开设有一圈点胶槽，在与外壳6和电路板3装配时，通过密封胶粘接，不仅固定牢固，还由于密封胶的密封性能，防止外部水进入光学腔体，具备良好的防水性能，增加产品的稳定性、可靠性和重复性。

更有利的，外壳6、隔板7和电路板3的边缘彼此对应的位置处，均开设有安装孔11；外壳6、隔板7和电路板3通过螺栓12贯穿安装孔11进行紧固。本实用新型通过螺栓11将外壳6、隔板7和电路板3进行紧固，进一步增加了产品整体的牢靠性和一体化程度。

在一个实施例中，电路板3背面粘贴有标识码标签12，标识码标签具体采用二维码标签，通过二维码标签可以对产品进行溯源。

本实用新型二氧化碳传感器的组装过程为：

(1)焊接红外检测器2和红外光源1：将红外检测器2和红外光源1分别焊接到电路板3对应的检测器电路和光源电路部分；

(2)打印并粘贴标签：打印二维码标签12，并在电路板3背面指定位置粘贴二维码标签用于产品溯源；

(3)隔板与外壳组装：将密封胶9点入隔板7与外壳6装配一面的第一点胶槽8中，再将外壳6扣合到隔板7上其内部组成光学腔体；

(4)隔板7与电路板3组装：将密封胶9点入隔板7的第二点胶槽10中(隔板的另一面)，再将电路板3扣入隔板7中；

(5)螺丝安装：用四颗自攻螺丝11将电路板3与隔板7、外壳6固定在一起；

(6)粘贴防水透气膜：将防水透气膜5粘贴到光学腔体表面透气孔4处，用于空气的交换。

在一个具体实施例中，如图3-4所示，光学气室包括：一个光源聚光杯13、三个反射面和一个检测器聚光杯14；红外光源1发出的光线经光源聚光杯13反射后，依次经三个反射面反射到检测器聚光杯14，再经检测器聚光杯14反射到红外检测器2上。

本实施例中，三个反射面分别为第一反射面15、第二反射面16和第三反射面17，光线从红外光源1射出，一部分直接射到第一反射面15，一部分先经过光源聚光杯13后然后再到第一反射面15，光线再由第一反射面15反射到第二反射面16再反射到第三反射面17，再由第三反射面17反射到检测器聚光杯14上然后再反射到红外检测器2上。

本实用新型二氧化碳传感器的原理为：红外光源发射一道红外光束穿过光学气室，样本中的各气体组分吸收特定频率的红外线。通过红外探测器接收和测量相应频率的红外线吸收量，结合嵌入式软件中设置的算法分析，可确定该气体组分的浓度。

因此，红外探测器能够接收到的光线越多，红外线吸收量也就越多，测量到的信号强度也就也大，本实用新型通过设置上述结构的反射路径，能够更好的聚集光线，将更多的光线反射到红外检测器上，从而增大信号强度，从而增大信噪比。

在一个实施例中，红外光源发出的光线经光学气室多次反射后，其光程长度大于等于130mm。从红外光源射出光线到红外检测器接收光线经过四次反射，极大的增加了光程长度，更加的有效的利用了光线，而目前市场上同类型产品平均光程长度大多都在100mm以下，本实用新型实施例的平均光程长度能达到130mm。本实用新型实施例通过增加光程长度，使在某一特定浓度的二氧化碳气体环境中光信号衰减值更大，即光路中二氧化碳的吸收率更高从而传感器的灵敏度更高，由于灵敏度高，使传感器具有更好的输出分辨率，由于分辨率高，所以使产品具有更好的稳定性和重复性。

光源聚光杯、三个反射面和检测器聚光杯的几何形状均为非自由曲面，具体为：光源聚光杯为椭圆柱面；三个反射面为圆弧面；检测器聚光杯为球面一部分。

红外光源的位置为特定位置，经过非自由曲面反射的光线较大部分经过另一特定位置(即红外检测器位置)，这两个特定位置需要满足光程长度大于等于130mm，并确保最多的光线射到第一反射面，以达到产品增大信号强度和增大信噪比的目的。

光学气室表面具有一层真空蒸发镀层，真空蒸发镀层的厚度为50nm-300nm。真空镀膜相比常规电镀而言，真空蒸发镀层具有均匀、致密、附着力强等特点，可以更加有效地提升产品信号强度和稳定性。

除此之外，光学气室内部表面采用抛光工艺，使其表面粗糙度达到特定等级，达到产品增大信号强度的效果，从而增大信噪比。

在一个实施例中，光学腔体表面为防纹面。防纹面的设计使传感器外观更加的有质感。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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)

1.一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，包括：光学腔体、红外光源、红外检测器和电路板；

所述光学腔体表面具有透气孔，内部形成光学气室，且所述透气孔与所述光学气室相连通；所述透气孔表面贴合有防水透气膜；

所述红外光源和所述红外检测器分别焊接在所述电路板上；所述电路板与所述光学腔体固定连接，且所述红外光源和所述红外检测器分别位于所述光学气室内；

所述红外光源发出的光线经所述光学气室多次反射后，反射至所述红外检测器。

2.根据权利要求1所述的一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，所述光学腔体包括外壳和隔板；所述隔板与所述外壳相装配的一面的边缘处开设有一圈第一点胶槽；所述第一点胶槽内填充有密封胶；所述外壳和所述隔板通过密封胶粘接，并围成所述光学气室。

3.根据权利要求2所述的一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，所述隔板与所述电路板相装配的一面开设有一圈第二点胶槽；所述第二点胶槽内填充有密封胶；所述电路板和所述隔板通过密封胶粘接。

4.根据权利要求3所述的一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，所述外壳、所述隔板和所述电路板的边缘彼此对应的位置处，均开设有安装孔；所述外壳、所述隔板和所述电路板通过螺栓贯穿所述安装孔进行紧固。

5.根据权利要求1所述的一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，所述光学气室包括：一个光源聚光杯、三个反射面和一个检测器聚光杯；所述红外光源发出的光线经所述光源聚光杯反射后，依次经三个所述反射面反射到所述检测器聚光杯，再经所述检测器聚光杯反射到所述红外检测器上。

6.根据权利要求5所述的一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，所述光源聚光杯、三个所述反射面和所述检测器聚光杯的几何形状均为非自由曲面。

7.根据权利要求6所述的一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，所述光源聚光杯的几何形状为椭圆柱面；三个所述反射面的几何形状为圆弧面；所述检测器聚光杯的几何形状为球面一部分。

8.根据权利要求1所述的一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，所述光学气室表面具有一层真空蒸发镀层，所述真空蒸发镀层的厚度为50nm-300nm。

9.根据权利要求1所述的一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，所述红外光源发出的光线经所述光学气室多次反射后，其光程长度大于等于130mm。

10.根据权利要求1所述的一种基于NDIR原理的二氧化碳传感器，其特征在于，所述电路板背面粘贴有标识码标签。

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