CN218646848U - 一种红外气体传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外气体传感器，包括气室，设于所述气室中的红外灯、红外检测元件、集成电路板以及引脚组件；所述红外灯和所述红外检测元件分别安装在所述集成电路板上；所述引脚组件设于所述气室的下侧；所述红外灯发出的红外光线在气室内部不断发射，最终到达所述红外检测元件；所述红外检测元件为热电堆探测器组件；所述热电堆探测器由多个热电偶串联而成。本实用新型的红外检测元件为热电堆探测器组件，能把温差和电能相互转化的元件，使用本实用新型的热电堆探测器组件测量温度变化时，可以克服单个热电偶产生的电势差太小而难以测量的缺点，避免使用昂贵的高精度运算放大器；且结构简单，方面组装和检修，结构小巧，携带方便。

Description

一种红外气体传感器

技术领域

本实用新型涉及气体传感领域，涉及一种红外气体传感器。

背景技术

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，利用气体浓度与吸收强度关系(朗伯-比尔Lambert-Beer定律)鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。它与其它类别气体传感器如电化学式、催化燃烧式、半导体式等相比具有应用广泛、使用寿命长、灵敏度高、稳定性好、适合气体多、性价比高、维护成本低、可在线分析等等一系列优点。其广泛应用于石油化工、冶金工业、工矿开采、大气污染检测、农业、医疗卫生等领域。

如最常见的生产生活场所，经常需要检测可燃气体或有毒气体的泄漏。红外气体传感器因其非消耗性、无需氧气、使用寿命长、维护简单而逐渐在工业场所、管廊、窖井场所使用。但目前红外气体传感器还是设计复杂、成本高昂，很难大批量用于商用、民用场所。目前绝大部分是非色散红外气体传感器，采用热释电作为检测元件，导致传感器成本高，生产效率低。且热释电的价格高，为了提高信号检测器灵敏度，一般都设计了复杂的光路，导致加工难度大，生产成本高，产量低。检测红外信号的热释电是交流信号输出，为了滤除直流分量，获取有效信号，所使用的电路复杂。

另外，现有技术中微型红外气体传感器的光室比较小，很多发明中，为了增加光路长度，采用了复杂的结构设计。光室各部分都需要金属加工，然后镀金。复杂的光室结构，使加工难度很高，成本高、生产效率低。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种红外气体传感器，包括气室，设于所述气室中的红外灯、红外检测元件、集成电路板以及引脚组件；所述红外灯和所述红外检测元件分别安装在所述集成电路板上；所述引脚组件设于所述气室的下侧；所述红外灯发出的红外光线在气室内部不断发射，最终到达所述红外检测元件；所述红外检测元件为热电堆探测器组件；所述热电堆探测器由多个热电偶串联而成。

所述气室主要用于安装内部的零部件，通过设计对应的安装位，实现红外灯、红外检测元件、集成电路板以及引脚组件的固定安装。所述集成电路板包括电路主板以及单片机，以实现整个装置的电控制。所述引脚组件设于最下端，固定安装在所述气室的底部。

本实用新型的红外检测元件为热电堆探测器组件，热电堆是一种能把温差和电能相互转化的元件，由多个热电偶串接组成，各热电偶输出的热电势是互相叠加的，当热电堆的两边出现温差时，会产生电流。使用本实用新型的热电堆探测器组件测量温度变化时，可以克服单个热电偶产生的电势差太小而难以测量的缺点，避免使用昂贵的高精度运算放大器。

进一步的，所述热电堆探测器组件集成有目标气体传感器、参考气体传感器以及温度传感器；所述目标气体传感器内置有第一滤光片；用于检测目标气体谐振频率的红外光；所述参考气体传感器内置有第二滤光片，用于检测不与目标气体发生谐振的红外光；所述温度传感器用于检测热电堆探测器组件的温度，进行零点跟踪和温度补偿。

本实用新型的一大发明点在于，采用的红外检测元件为热电堆探测器组件，它内含3个检测传感器，其中目标气体传感器的前方有窄带过滤片，仅能通过目标气体谐振频率的红外光，这部分的红外能量，会根据目标气体的浓度发生变化；参考气体传感器内设有参考通道，前方也具有窄带过滤片，仅能通过不与目标气体发生谐振的红外光，这部分能量与目标气体的浓度无关，会作为参考信号。温度传感器用于检测热电堆探测器组件的温度，进行零点跟踪和温度补偿。

进一步的，所述第一滤光片和第二滤光片为窄带滤光片。

优选的，所述第一滤光片为红外敏感滤光片；所述第二滤光片为红外非敏感滤光片。

本实用新型中，使用的热电堆探测器组件，带有目标气体的敏感滤光片和非敏感滤波片。可同时检测目标气体的红外信号量，和参考的红外信号量。双通道同时检测，能消除光路污染、光源退化导致的信号变化。且热电堆探测器组件具有制造方便、成本低廉的优点。

本实用新型可以由单片机动态调整直流偏执电压，以及放大增益。具体的电路设计不属于本实用新型的发明点，可参考现有技术实施。例如，本发明使用带应用交付控制器功能的单片机，可以控制红外灯以指定的频率闪烁；进一步采集检测通道和参考通道的信号AD值；再采集当前温度AD；根据比尔朗伯定律，计算气体的吸收系数，然后依据校准算法、零点补偿算法、温度补偿算法，计算目标气体的浓度；对外进行通讯，可用于参数调节，和实时信号传输；具有数字接口，与信号调理电路通讯，调整直流偏移电压和增益。

进一步的，所述气室上设有一个或多个气孔，检测目标气体从气孔进入气室，在光路上与红外光发生谐振。

本实用新型的气室不是封闭的，上方有气孔，检测目标气体从气孔进入气室，在光路上与红外光发生谐振。

优选的，所述气室分为第一气室和第二气室；所述第一气室设于所述第二气室的上层，所述气孔设于所述第一气室的上端，所述气室为圆柱形。所述气室的内壁光滑，第一气室用于光源发出的红外光线在内部不断发射，形成气路。

进一步的，本实用新型所述的红外气体传感器还包括设于所述气室外层的外壳，所述气室的上端与外壳之间设有防尘网。所述防尘网主要起到保护作用，避免灰尘等进入气室中。

进一步的，所述引脚组件包括2～4个引脚件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的红外检测元件为热电堆探测器组件，能把温差和电能相互转化的元件，由多个热电偶串接组成，各热电偶输出的热电势是互相叠加的，当热电堆的两边出现温差时，会产生电流。使用本实用新型的热电堆探测器组件测量温度变化时，可以克服单个热电偶产生的电势差太小而难以测量的缺点，避免使用昂贵的高精度运算放大器；且结构简单，方面组装和检修，结构小巧，携带方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中的红外气体传感器结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中的红外气体传感器略去气室的结构示意图。

图3为本实用新型实施例2中的红外气体传感器结构示意图。

图4为本实用新型实施例2中的红外气体传感器另一视角结构示意图。

具体实施方式

实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。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。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

实施例1

一种红外气体传感器，如图1所示，包括气室10，结合图2所示，设于所述气室10中的红外灯1、红外检测元件2、集成电路板3以及引脚组件4；所述红外灯1和所述红外检测元件2分别安装在所述集成电路板3上；所述引脚组件4设于所述气室10的下侧；所述红外灯1发出的红外光线在气室10内部不断发射，最终到达所述红外检测元件2；所述红外检测元件2为热电堆探测器组件；所述热电堆探测器由多个热电偶串联而成。

所述热电堆探测器组件集成有目标气体传感器、参考气体传感器以及温度传感器；所述目标气体传感器内置有第一滤光片；用于检测目标气体谐振频率的红外光；所述参考气体传感器内置有第二滤光片，用于检测不与目标气体发生谐振的红外光；所述温度传感器用于检测热电堆探测器组件的温度，进行零点跟踪和温度补偿。

进一步的，所述第一滤光片和第二滤光片为窄带滤光片。

优选的，所述第一滤光片为红外敏感滤光片；所述第二滤光片为红外非敏感滤光片。

进一步的，所述气室10上设有一个或多个气孔5，检测目标气体从气孔5进入气室10，在光路上与红外光发生谐振。

本实用新型的气室10不是封闭的，上方有气孔5，检测目标气体从气孔5进入气室10，在光路上与红外光发生谐振。

优选的，所述气室10分为第一气室100和第二气室200；所述第一气室100设于所述第二气室200的上层，所述气孔5设于所述第一气室100的上端，所述气室10为圆柱形。所述气室10的内壁光滑，第一气室100用于光源发出的红外光线在内部不断发射，形成气路。

进一步的，本实用新型所述的红外气体传感器还包括设于所述气室10外层的外壳6，所述气室10的上端与外壳6之间设有防尘网7。所述防尘网7主要起到保护作用，避免灰尘等进入气室10中。

进一步的，所述引脚组件4包括2～4个引脚件。

还包括PCBA板300。

实施例2

结合图2～图3所示，本实施例与实施例1的不同至于在于红外灯1、红外检测元件2、集成电路板3的布局位置的差异，为了实现更优的技术效果，可能设计多个集成电路板3。

以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本实用新型技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本实用新型精神内做其它变化等用在本实用新型的设计，只要其不偏离本实用新型的技术效果均可。这些依据本实用新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种红外气体传感器，其特征在于，包括气室(10)，设于所述气室(10)中的红外灯(1)、红外检测元件(2)、集成电路板(3)以及引脚组件(4)；

所述红外灯(1)和所述红外检测元件(2)分别安装在所述集成电路板(3)上；

所述引脚组件(4)设于所述气室(10)的下侧；

所述红外灯(1)发出的红外光线在气室(10)内部不断发射，最终到达所述红外检测元件(2)；

所述红外检测元件(2)为热电堆探测器组件；所述热电堆探测器由多个热电偶串联而成。

2.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，所述热电堆探测器组件集成有目标气体传感器、参考气体传感器以及温度传感器；

所述目标气体传感器内置有第一滤光片；用于检测目标气体谐振频率的红外光；

所述参考气体传感器内置有第二滤光片，用于检测不与目标气体发生谐振的红外光；

所述温度传感器用于检测热电堆探测器组件的温度，进行零点跟踪和温度补偿。

3.根据权利要求2所述的红外气体传感器，其特征在于，所述第一滤光片和第二滤光片为窄带滤光片。

4.根据权利要求3所述的红外气体传感器，其特征在于，所述第一滤光片为红外敏感滤光片；所述第二滤光片为红外非敏感滤光片。

5.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，所述气室(10)上设有一个或多个气孔(5)，检测目标气体从气孔(5)进入气室(10)，在光路上与红外光发生谐振。

6.根据权利要求4所述的红外气体传感器，其特征在于，所述气室(10)分为第一气室(100)和第二气室(200)；所述第一气室(100)设于所述第二气室(200)的上层，所述气孔(5)设于所述第一气室(100)的上端，所述气室(10)为圆柱形。

7.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，还包括设于所述气室(10)外层的外壳(6)，所述气室(10)的上端与外壳(6)之间设有防尘网(7)。

8.根据权利要求1所述的红外气体传感器，其特征在于，所述引脚组件(4)包括2～4个引脚件。

Images