CN219675837U - 一种猝灭剂气体传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的本实用新型还提供了一种猝灭剂气体传感器，所述传感器包括：电路板、外壳；所述电路板上设置有双支架孔定位器，透镜支架；所述透镜支架上设置有透镜固定胶柱；在所述透镜固定柱上固定有对应的透镜结构；外壳的顶部设置有透气孔和增水透气膜。用光学自相关的理论测量荧光的强度，解算去掉干扰得到真实的荧光强度，精度和灵敏度均得到提高。采用光学自相关的理论测量荧光的强度，解算去掉干扰得到真实的荧光强度，精度和灵敏度均得到提高。

Description

一种猝灭剂气体传感器

技术领域

本实用新型涉及气体传感器领域，尤其涉及一种猝灭剂气体传感器。

背景技术

一些气体的浓度测量较为困难，例如氧气。可以利用这类气体作为猝灭剂去动态猝灭荧光物质的特性间接测量。这样的方法称为荧光猝灭法，本质上属于间接测定，通过测量荧光强度的下降间接测量该分析物质。

典型的为气态氧气传感器，即对气体中氧气的含量浓度进行测量。

对应的有液态氧气传感器，即对液体例如，水中氧气的含量浓度进行测量。

对于荧光而言，氧气属于一种猝灭剂。从荧光猝灭原理上说，特定气体对某一荧光物质具有动态猝灭效应时，都可以反过来用该种荧光物质测量特定气体。因此，称为猝灭剂气体传感器。

光能利用率不足；精度和灵敏度不足；密封差，结构不牢固；荧光剂包埋层无保护，使用周期短。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种猝灭剂气体传感器。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种猝灭剂气体传感器，所述传感器包括：电路板、外壳；所述电路板上设置有双支架孔定位器，透镜支架；

所述透镜支架上设置有透镜固定胶柱；

在所述透镜固定柱上固定有对应的透镜结构；

外壳的顶部设置有透气孔和增水透气膜。

可选的，所述支撑结构具体包括：第一支撑架和第二支撑架；所述第一支撑架和所述第二支撑架成夹角设置。

可选的，所述透镜结构包括：第一透镜、第二透镜、第一反射镜和第二反射镜；

所述第一透镜与所述第一反射镜相对设置；

所述第二反射镜与所述第一透镜垂直设置。

可选的，所述透镜结构还包括：第一反射镜固定胶片，用于固定所述第一反射镜。

可选的，所述透镜支架具体包括：支撑架、透镜固定胶柱、温度测量口、第一反射镜槽、第一反射镜固定胶槽、第二透镜槽、电气接口槽、第一透镜槽、光敏器件区和闪光器件区；

所述支撑架的边缘设置有一个矩形的所述电气接口槽；

所述支撑架的中间的突出结构上设置有四个透镜固定胶柱；

所述闪光器件区与所述光敏器件区相邻设置；

所述第一反射镜固定胶槽域所述光敏器件区相邻设置；

所述第一透镜槽设置在所述第一透镜固定胶柱上；

所述第一反射镜固定胶槽与所述第二透镜槽相邻设置。

可选的，所述外壳粘贴第二反射镜。

可选的，所述传感器还包括：密封胶层，设置在所述底盖和所述电路板之间。

本实用新型还提供了一种猝灭剂气体传感器，所述传感器包括：电路板、外壳；所述电路板上设置有双支架孔定位器，透镜支架；所述透镜支架上设置有透镜固定胶柱；在所述透镜固定柱上固定有对应的透镜结构；外壳的顶部设置有透气孔和增水透气膜。用光学自相关的理论测量荧光的强度，解算去掉干扰得到真实的荧光强度，精度和灵敏度均得到提高。采用光学自相关的理论测量荧光的强度，解算去掉干扰得到真实的荧光强度，精度和灵敏度均得到提高。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种猝灭剂气体传感器结构图；

图2为本实用新型实施例提供的透镜支架结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的透镜支架装配关系示意图；

图4为本实用新型实施例提供的外壳粘贴第二反射镜的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的密封胶层关系示意图；

图6为本实用新型实施例提供的胶层固定结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种猝灭剂气体传感器的光路图；

图8为本实用新型实施例提供的光学原理图；

图9为本实用新型实施例提供的荧光膜结构示意图。

附图标识：1-密封胶层，2-电路板，3-透镜支架，4-透镜固定胶柱，5-第一透镜，6-第二反射镜，7-透气孔，8-憎水透气膜，9-外壳，10-第一反射镜固定胶片，11-第一反射镜，12-第二透镜，13-双支架腿定位器，14-双支架孔定位器，15-底盖，16-透镜固定胶柱，17-闪光器件区，18-第一透镜槽，19.电气接口槽，20-第二透镜槽，21-第一反射镜固定胶槽，22-光敏器件区，23-第一反射镜槽，24-温度和压力测量口，25-透镜支架，26-电气针脚，27-闪光器件，28-第二反射镜，29-胶层固定结构，30-保护层，31-包埋层，32-胶层，33-滤光膜。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实用新型的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。如图1所示，密封胶层1由树脂灌胶密封，提供结构粘合力，将电路板2、双支架腿定位器13、外壳9、底盖15固定为一个整体；双支架腿定位器13为透镜支架3的一部分；透镜支架3和外壳9以及底盖15由抗紫外线老化材料PC/ASA、POM、ABS、PC的一种制成。优选由PC制成。

第一透镜5和第二透镜由四个透镜固定胶柱4固定在透镜支架3上；第一反射镜11则由第一反射镜固定胶片10固定在透镜支架3上；

第二反射镜6粘贴在外壳9上；

外壳9上均布有透气孔7；憎水透气膜8粘贴在外壳9上，阻止水气进入壳内，同时提供无水的氧气、氮气等气体通过；憎水透气膜8可以是氟化物，例如聚四氟乙烯(PTFE)、膨体聚四氟乙烯e-PTFE或聚醚醚酮PEEK，优选的采用聚四氟乙烯PTFE。

如图2所示，透镜支架25上留有温度和压力测量口24，用于测量当前温度和气体压力；

四个透镜固定胶柱孔16灌入树脂后固定第一透镜5和第二透镜12；

闪光器件区17由电路板2上的闪光器件27填充；第一透镜槽18用于放置第一透镜5；第二透镜槽20用于放置第二透镜12；

第一反射镜镜槽23用于放置第一反射镜11，并由第一反射镜固定胶片10放置在第一反射镜固定胶槽21中来固定；固定胶为树脂；

电气接口槽19用于烧录固件、调试等功能。

如图3所示，密封胶层1与底盖15、透镜支架3、电路板2之间的装配关系；电气针脚26穿透密封胶层1和底盖15向外部提供电气连接。

如图4所示，第二反射镜28粘贴在外壳9的内部，其在空间上位于第二透镜12的上部提供光的反射。

如图5所示，封胶层1与底盖15、透镜支架3、电路板2之间的装配关系，电气针脚26穿过透密封胶层1和底盖15向外部提供电气连接；同时描述它们与外壳9和憎水透气膜8的装配关系。

图6所示，底盖15上设置有胶层固定结构29，用于增加与密封胶层1的粘结力。如图7所示，机械结构由支撑架A和支撑架B构成；

闪光器件K按一定频率和占空比发出脉冲闪光的光路a；

光路a经透镜M和滤光膜N滤光后，得到波长为λ0的光路b；

光路b经荧光膜E部分反射后得到光路c；

光路c到反射镜D0反射后得到光路d；

光路b和光路d共同作用于荧光膜E；

荧光膜E产生波长为λ1的荧光，同时荧光受到猝灭剂气体P的动态猝灭影响；

荧光经通带滤光膜F滤光后再经束裂境G得到光路e和光路g；

光路e到反射镜D1反射后得到光路f；

光路f经束裂境G折射后得到光路h；

光路g和光路h共同作用于晶体膜J得到光路k；

光路k共同作用于光敏器件H；

光敏器件H将光学信号转换为电信号。

如图9所示，荧光膜E由保护层、包埋层、胶层构成。

保护层：由胶态氧化硅(mSiO2.nH2O)或气相白炭黑SiO2.nH2O和聚二甲基硅氧烷(PDMS)按wt1：30～70充分混合构成。

包埋层，由荧光指示剂和包埋剂充分混合构成；荧光指示剂是铕、钌、铂、钯、铱的络合物或卟啉类、吡咯类、罗丹明、荧光素、及衍生物、香豆素、多环芳烃类、NBD-胺类、萘酰亚胺类、BODIPY类、菁染料类、噻嗪类、噁嗪类一种或几种；

示例用：

三4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉二氯化钌CAS#36309-88-3Ex400～500nmEm600～700nm；三4,7-二苯基-1,10-菲绕啉酯氯化钠钌CAS#301206-84-8Ex400～500nmEm600～700nm。

包埋剂为胶态氧化硅(mSiO2.nH2O)或气相白炭黑SiO2·nH2O和聚二甲基硅氧烷(PDMS)一种或几种；按wt荧光指示剂：包埋剂＝wt1:1000～2000充分混合构成；

荧光测量的主要误差来自散光和散射光，在荧光计和荧光分光计中广泛应用滤光膜。本示例使用带通滤光膜。

滤光膜N是带通滤光膜，也是低通滤光膜，主要通过波长为λ₀的光；示例使用带通滤光膜400～500nm；

滤光膜N是带通滤光膜，也是高通滤光膜，主要通过波长为λ₁的光；示例使用带通滤光膜600～800nm；

猝灭剂气体P，要与荧光指示剂共同作用。示例用钌的络合物，则猝灭剂气体为氧气。

如图8所示，波长为λ0的脉冲闪光I0和I1作用于荧光膜E；

荧光膜E发出波长为λ1的荧光，同时荧光受到猝灭剂气体P的动态猝灭影响；

荧光经滤光膜F和束裂境G后得到脉冲闪光I2和I3；

脉冲闪光I2和I3叠加作用于晶体膜J得到脉冲闪光I4；

脉冲闪光I4经光敏器件H转换为电信号；

图中基本光路遵循迈克尔逊Michelson光学路径原理。差异在于滤光膜F阻挡了波长λ0光的继续传播；荧光膜E受激发波长λ0的光作用产生发射波长λ1的光；猝灭剂气体P相当于受浓度控制的短时开关，控制荧光膜E的荧光发射时间。

光电场自相关理论，位于晶体膜J前的光电场为：

E(t,τ)＝E(t+τ)+E(τ)＝A(t+τ)e^iωt+τe^iφ+A(τ)e^iωte^iφ

其中，A为光电场的振幅；ω为光频率1/λ1；τ为光路g和光路h的时间延迟，与反射镜D1和束裂境G之间距离有关，标定时固定；t为时间；φ为光路g和光路h的相位变化。

光敏器件H得到的信号强度I₃由E(t,τ)计算得到。又由本领域周知的斯特恩-沃尔默方程，荧光强度I₃与猝灭剂气体P的浓度Q关系为：

其中，I₀为无猝灭剂气体的荧光强度；I₃为有猝灭剂气体的荧光强度；Ksv：Stern-Volmer常数；Q为猝灭剂气体P的浓度Q；

有益效果：设计反射镜D0增加了光照射的角度；设计反射镜D1使得传感器使用光学自相关和Stern-Volmer理论相结合的办法解算浓度；设计双支架腿定位器来固定支架；荧光剂包埋层增加保护层。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种猝灭剂气体传感器，其特征在于，所述传感器包括：电路板、外壳；所述电路板上设置有双支架孔定位器，透镜支架、底盖；

所述透镜支架上设置有透镜固定胶柱；

在所述透镜固定柱上固定有对应的透镜结构；

外壳的顶部设置有透气孔和增水透气膜。

2.根据权利要求1所述的一种猝灭剂气体传感器，其特征在于，所述传感器还包括支撑结构，具体包括：第一支撑架和第二支撑架；所述第一支撑架和所述第二支撑架成夹角设置。

3.根据权利要求1所述的一种猝灭剂气体传感器，其特征在于，所述透镜结构包括：第一透镜、第二透镜、第一反射镜和第二反射镜；

所述第一透镜与所述第一反射镜相对设置；

所述第二反射镜与所述第一透镜垂直设置。

4.根据权利要求3所述的一种猝灭剂气体传感器，其特征在于，所述透镜结构还包括：第一反射镜固定胶片，用于固定所述第一反射镜。

5.根据权利要求1所述的一种猝灭剂气体传感器，其特征在于，所述透镜支架具体包括：支撑架、透镜固定胶柱、温度测量口、第一反射镜槽、第一反射镜固定胶槽、第二透镜槽、电气接口槽、第一透镜槽、光敏器件区和闪光器件区；

所述支撑架的边缘设置有一个矩形的所述电气接口槽；

所述支撑架的中间的突出结构上设置有四个透镜固定胶柱；

所述闪光器件区与所述光敏器件区相邻设置；

所述第一反射镜固定胶槽域所述光敏器件区相邻设置；

所述第一透镜槽设置在所述第一透镜固定胶柱上；

所述第一反射镜固定胶槽与所述第二透镜槽相邻设置。

6.根据权利要求1所述的一种猝灭剂气体传感器，其特征在于，所述外壳粘贴第二反射镜。

7.根据权利要求1所述的一种猝灭剂气体传感器，其特征在于，所述传感器还包括：密封胶层，设置在所述底盖和所述电路板之间。