CN2303293Y - 气体浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种小型红外气体浓度测装置。它包括一个微小点状红外光源(1),电调制使用,不带调制盘,双反射镜(2、3)构成的多次反射光路和双像点,红外敏感元件(4),与待测气体吸收波长对应的滤光片(5)等。该装置在保持原有红外装置优点前提下,实现了小型化,低成本,扩大了使用范围。

Description

气体浓度检测装置

本实用新型涉及一种气体浓度检测装置。

目前，国内外市场上有多种气体浓度检测仪器。最主要的一类是利用气体分子具有特征红外吸收峰特点做成的检测仪器，其结构包括一个连续通电加热的红外辐射源，一个用电机带动的调制盘，该调制盘有机械件制造，有用不同种类滤光片制造，作用是把光源的连续辐射变成调制辐射，使敏感元件产生交变信号。敏感元件是采用光子型器件，如锑化锢器件等，以及相关的电子线路。专利号为ZL 95206150．3的“无气室红外气体分析仪”就是这种气体浓度检测仪器。它的特点还在于没有气室，单光路。由于没有气室，环境中的气体分子只有进入光路中才能被测量，靠环境中气体分子自然扩散进行测量，必然不能即时采样，测量时间长；由于该仪器为单光路，以参比信号发生电路产生参比信号，没有光学标准光路进行参比，测量准确性较差；由于有调制盘和电机存在，必然体积大，造价高，不适于矿井、农业大棚、汽车、家庭使用。

本实用新型提出一种小型化的红外气体检测装置达到及时采样、测量准确而又体积小、价格低的目的。

本实用新型为实现上述目的，采用如下的技术和装置。

本实用新型的红外气体浓度检测装置，其结构仍包括有点状的红外光源红外敏感元件，放在红外敏感元件接收窗口上的滤光片，电压放大器，显示器等部件，它们安装在底座上。跟现有技术不同的地方是去掉了调制盘和电机，而采用调制电路对红外光源进行调制，即调节其通电和断电的时间，形成断续辐射状态；反射镜也不只一块，跟一块反射镜相对放置有第二反射镜，红外光源位于两反射镜中间，红外光线经反射镜直接聚焦形成参比光束的像点，而经过第二反射镜和反射镜多次反射后聚焦形成测量光束的像点。红外敏感元件及滤光片响应两个像点的能量差，并将接收的光能量差信号转变为电信号，经电压放大器放大，由显示器进行显示。

下面分别详细介绍本实用新型的各部件。

1．微小点状红外光源。它由点状红外辐射体，红外辐射体两端的两个金属引线以及细管状密封保护套构成；红外辐射体可以是一个或者两个；密封保护套是透红外光的或加装红外窗口的，其内充入惰性气体或者抽成真空。引线两端和保护套密封，以免漏气。

2．点状红外光源使用时，用来调制断续辐射的调制电路，可以是多谐振荡器。

3．由两个反射镜组成的光学装置，红外光源置于该光学装置中间。两反射镜可以是两个凹面反射镜，也可以是一个凹面反射镜一个是平面反射镜。两凹面反射镜相距为四倍焦距。光源位于两倍焦距处，被两反射镜分别成像，像点在二倍焦距的焦平面上，并和光源成一水平直线位置。其中一个像点经过两个反射镜聚焦成像(二次反射)，或经过两个反射镜四次反射聚焦成像(四次反射)，该光束作为测量光束，该像点即为测量光束的像点。另一像点只经一个反射镜一次反射成像，这一光束作为参比光束，参比光束聚焦形成的像点即为参比光束像点。

4．在两个像点处，放置一个能响应红外辐射的红外敏感元件，两像点之间的距离保证照射在敏感元件的接收面上。

5．在红外敏感元件的接收窗口上，放置能透过待测气体特征吸收波长的窄带滤光片。如测量CO₂气体，滤光片通过波长为4．26μm。

6．该装置中的光源，反射镜，红外敏感元件，滤光片等，用机械装置固定后，全部放在一个刚性底座上，构成小型化的红外气体浓度检测装置的红外敏感头部份。该敏感头用无纺布密封，防止灰尘和杂物进入光路中。

7．有一电压放大电路及显示器和红外敏感头配合，完成气体浓度测量。显示部分采用不同颜色的指示灯表示气体的浓度(也可采用数字或指针表头显示)。

本实用新型的主要优点和效果在于：

1．采用微小点状红外光源便于光学成像处理，提高光源能量利用率；采用电调制光源，可以去掉通常红外气体浓度测量仪器使用的电机和由它带动的调制盘，缩小了该装置的体积，又保证了电路处理方便；采用双反射镜，光源经多次反射后成像，可以在小体积中实现长光程，增加气体分子吸收辐射的几率，提高测量的灵敏度；采用双像点照射红外敏感元件，便于使用参比光路和测试光路比较检测，提高了检测的准确性。由于以上的优越性，才使本实用新型红外气体浓度测量装置具有小体积、低成本，又保证了原有的特点，扩大了该类仪器的使用范围。

附图说明：

图1．是本实用新型的总体结构示意图。

图2．是图1．的多次反射式光学装置及光路示意图。

图3．是单个红外辐射体的点状红外光源结构图。

图4．是双红外辐射体的点状红外光源结构图。

图5．是双辐射体红外光源和凹、平反射式光学装置及光路示意图。

本实用新型的最佳实施方案如下。

实施例一：

图1．给出了单红外辐射体的点状红外光源和两凹面反射镜的气体浓度检测装置总体结构示意图。红外光源1装在反射镜3和第二反射镜2中间。图1．中带箭头的直线段表示光束。其中由红外光源1发出的红外光线经第二反射镜2反射，再经反射镜3反射，聚焦形成测量光束的像点，该像点照射在红外敏感元件4的下半部分的接收单元上。由红外光源1发出的红外光线直接经反射镜3反射聚焦形成参比光束的像点，该像点照射在红外敏感元件4的上半部分的接收单元上。红外敏感元件4是一个双元红外探测器，测量光束像点和参比光束像点才可以分别照射在两个接收单元上。红外敏感元件4前，安装有滤光片5，该滤光片5的透过波长要和待测气体的特征吸收峰对应。当红外光源1经调制电路6点亮时，两像点在同一红外敏感元件4上产生信号差，经电压放大器7放大和显示器8显示，表示出被测气体的浓度。

显示器8可以由3-10个发光管组成，也可以由数字表或指针表头构成。如用发光组成，可以由黄色发光管表示零点，绿色发光管表示气体浓度正常，红色发光管表示气体浓度过量，这时，还可以装报警器报警。用两块凹面反射镜2、3相对放置构成在光学装置及光路，由图2．给出。两块凹面反射镜2、3相距四倍焦距。每块反射镜的尺寸可为30×20mm²，焦距可为15mm。红外光源1经第二反射镜2一次成像在二倍焦距处的a点，该像点又被反射镜3第二次成像在b点，该点作为测量光束的像点。红外光源1经反射镜3一次成像在c点，该点作为参比光束的像点。两像点b、c之间的距离可以是1．0mm。

由图3．点状红外光源1是单个红外辐射体11的，红外辐射体11可以用钨丝作成，尺寸可为0．3×1．0mm²，两端用金属引线12连接。它们封装在石英管的密封保护管13中石英管的直径可为φ1．5mm，长度可为20mm。石英管内抽真空后充以惰性气体14保护，并密封两端15不漏气。红外光源1由调制电路6控制，实现1／4周期通电发光，3／4周期断电不发光。

实施例二：

参见图5，反射镜3是凹面反射镜，第二反射镜是平面反射镜；红外光源1是双红外辐射体11的，置于反射镜3的焦点处；双红外辐射体11形成的双像点处，放置带有测试波长和参比波长的两种光片5和红外敏感元件4。

具体光路可叙述为，有双红外辐射体11发出的红外光线，经反射镜3反射形成平行光束，再经第二反射镜2(平面反射镜)反射后，由反射镜3聚焦形成双像点。

由图4．点状红外光源1的双红外辐射体11串接在两金属引线12中间。在细管状密封保护套13上开有透过红外光束的红外窗口16。

Claims (4)

1．一种气体浓度检测装置，其结构包括有点状的红外光源(1)，反射镜(2、3)，红外敏感元件(4)，放在红外敏感元(4)接收窗口上的滤光片(5)，电压放大器(7)，显示器(8)以及安装各部件的底座等，红外敏感元件(4)接收的光能量差信号转变为电信号，经电压放大器(7)放大，由显示器(8)进行显示，本实用新型的特征在于，红外光源(1)由调制电路(6)调节其通电和断电的时间，形成断续辐射状态；跟反射镜(3)相对放置有第二反射镜(2)，红外光源(1)位于两反射镜(2、3)中间，红外光线经反射镜(3)直接聚焦形成参比光束的像点，而经第二反射镜(2)和反射镜(3)多次反射后聚焦形成测量光束的像点，红外敏感元件(4)及滤光片(5)响应两个像点的能量差。

2．按照权利要求1．所述的气体浓度检测装置，其特征在于，所说的点状的红外光源(1)由点状红外辐射(11)，红外辐射体(11)两端的两个金属引线(12)以及细管状密封保护套(13)构成；红外辐射体(11)是一个或两个，密封保护套(13)是透红外光的或加装红外窗口(16)的；密封保护套(13)内充入惰性气体(14)或者抽成真空。

3．按照权利要求1．或2．所述的气体浓度检测装置，其特征在于所说的反射镜(3)和第二反射镜(3)都是凹面反射镜，它们之间的距离为四倍的焦距，红外光源(1)放于凹面第二反射镜(2)的二倍焦距处。

4．按照权利要求1．或2．所述的气体浓度检测的装置，其特征在于所述的反射镜(3)是凹面反射镜，第二反射镜(2)是平面反射镜，红外光源(1)带有两个红外辐射体(11)，置于反射镜(3)的焦点处；双红外辐射体(11)。形成的双像点处，入置带有测试波长和参比波长的两种滤光片(5)。