TWI513973B - 氣體濃度偵測裝置 - Google Patents

Description

氣體濃度偵測裝置

本發明係有關於一種偵測裝置，尤指一種氣體濃度偵測裝置。

現在市面上販售的二氧化碳偵測裝置或二氧化碳分析儀，幾乎都是採用非分散式紅外線(Non-dispersive Infrared,NDIR)吸收法來偵測氣體濃度。它的原理係利用氣體對紅外線特殊波長的吸收特性以及氣體濃度與吸收量成正比之特性，來偵測特定氣體濃度。例如一氧化碳對4.7微米(μm)波長、二氧化碳對4.3微米(μm)波長之紅外線的吸收性最強。

然而，習知的氣體濃度偵測裝置，都是利用單通道的感測器來偵測氣體的濃度，但當使用期限久了，採樣室的光源易有老化的問題而影響氣體濃度偵測的穩定率。

此外，習知的氣體濃度偵測裝置，其氣體進氣口的設計會使得氣體採樣的時間過久，其偵測速度也較緩慢，因此如何提出一種防止紅外線光源老化的問題，以提高氣體濃度偵測的穩定率及提高氣體的偵測效率，已成為該所屬技術領域人士所欲解決的重要課題。

鑒於以上的問題，本發明提供一種氣體濃度偵測裝置，通過長方形通氣口的設置以及長方形採樣室內部設置一反射層的的設計，使得光源呈像更為均勻。此外，通過雙通道紅外線感測器其中的第一紅外線收集窗口用來偵測氣體濃度，第二紅外線收集窗 口用來偵測紅外線光源是否老化的問題且兼具有與第一紅外線收集窗口相互校正之功能。

為了達到上述之目的，本發明之其中一實施例係提供一種氣體濃度偵測裝置，其係包含一電路基板、一偵測單元、一光源發射器、一光源感測器。所述偵測單元設置於所述電路基板上，所述偵測單元具有一採樣室、一第一開口端、一相對於所述第一開口端的第二開口端及多個通氣口，其中所述第一開口端及所述第二開口端通過所述採樣室相互連通，多個所述通氣口穿過所述採樣室且設置於所述第一開口端與所述第二開口端之間。所述光源發射器設置於所述第一開口端，且電性連接於所述電路基板。所述光源感測器設置於所述第二開口端，且電性連接於所述電路基板。

本發明之另一實施例係提供一種氣體濃度偵測裝置，其係包含一電路基板、一偵測單元、一光源發射器、一光源感測器。所述偵測單元設置於所述電路基板上，所述偵測單元具有一採樣室、一第一開口端、一相對於所述第一開口端的第二開口端及多個通氣口，其中所述採樣室具有一上採樣室及一下採樣室，所述第一開口端及所述第二開口端通過所述採樣室相互連通，多個所述通氣口穿過所述採樣室且設置於所述第一開口端與所述第二開口端之間。所述光源發射器設置於所述第一開口端，且電性連接於所述電路基板。所述光源感測器設置於所述第二開口端，且電性連接於所述電路基板。

本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供的氣體濃度偵測裝置，通過長方形通氣口的設置、長方形採樣室內部設置一反射層的的設計以及雙通道紅外線感測器，使得氣體的交換速率增加，且具有偵測紅外線光源是否老化的功能，以提高氣體濃度偵測的穩定率及提高氣體偵測效率。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下 有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

G‧‧‧氣體濃度偵測裝置

G’‧‧‧氣體濃度偵測裝置

1‧‧‧電路基板

2‧‧‧偵測單元

21‧‧‧採樣室

211‧‧‧上採樣室

212‧‧‧下採樣室

L2‧‧‧採樣室寬度

W2‧‧‧採樣室高度

22‧‧‧第一開口端

23‧‧‧第二開口端

24‧‧‧通氣口

V1‧‧‧通氣口最小寬度

25‧‧‧防水透氣膜

26‧‧‧反射層

27‧‧‧固定孔

28‧‧‧固定元件

3‧‧‧光源發射器

31‧‧‧發射器連接線

4‧‧‧光源感測器

41‧‧‧第一紅外線收集窗口

42‧‧‧第二紅外線收集窗口

43‧‧‧感測器連接線

L1‧‧‧第一距離

W1‧‧‧第二距離

L3‧‧‧第三距離

圖1為本發明氣體濃度偵測裝置第一實施例的其中一分解示意圖。

圖2為本發明氣體濃度偵測裝置第一實施例的另外一分解示意圖。

圖3為本發明氣體濃度偵測裝置第一實施例的其中一組合示意圖。

圖4為本發明氣體濃度偵測裝置第一實施例的其中一剖面示意圖。

圖5為本發明氣體濃度偵測裝置第一實施例的另外一剖面示意圖。

圖6為本發明氣體濃度偵測裝置第一實施例的另外一組合示意圖。

圖7為本發明氣體濃度偵測裝置圖3的A-A的剖面示意圖。

圖8為本發明氣體濃度偵測裝置第二實施例的其中一組合示意圖。

圖9為本發明氣體濃度偵測裝置第二實施例的其中一分解示意圖。

〔第一實施例〕

請參閱圖1至圖7所示，本發明實施例係提供一種氣體濃度偵測裝置G，其包含一電路基板1、一偵測單元2、一光源發射器3、一光源感測器4。舉例來說，光源發射器3可為紅外線光源的光源發射器，光源感測器4可為雙通道紅外線光源感測器，然本發明不以此為限。

首先，請參閱圖1至圖5所示，偵測單元2設置於電路基板1上，偵測單元2具有一採樣室21、一第一開口端22、一相對於第一開口端22的第二開口端23及多個通氣口24。其中電路基板1上具有與多個通氣口24相互對應的孔洞，第一開口端22及第二開口端23通過採樣室21彼此相互連通，多個通氣口24穿過採樣室21且設置於第一開口端22與第二開口端23之間。光源發射器3設置於第一開口端22，且電性連接於電路基板1。光源感測器4設置於第二開口端23，且電性連接於電路基板1。

請參閱圖2所示，採樣室21可通過固定元件28鎖固於採樣 室21的固定孔27，將採樣室21固定於電路基板1上。電路基板1更與一顯示單元、控制單元、及處理單元電性連接(圖未示)。

請同時參閱圖3所示，圖3為本發明第一實施例的其中一組合示意圖，光源發射器3設置於第一開口端22內，且電性連接於電路基板1。光源感測器4設置於第二開口端23內，且電性連接於電路基板1。舉例來說，電路基板1為一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，光源發射器3的發射器連接線31以及光源感測器4的感測器連接線43係通過焊接將發射器連接線31及感測器連接線43穩固地固定於電路基板1上，以防止外力而造成光源發射器3的發射器連接線31以及光源感測器4的感測器連接線43無法電性連接於電路基板1上。

請參閱圖4及圖5所示，舉例來說，採樣室21為一長方形的形狀，採樣室21可為塑膠及鋁合金材質之中的其中一種，採樣室21內部設有一反射層26，反射層26係是經由鋁合金電鍍方式或塑膠電路方式形成於採樣室21內，反射層26可以由含金金屬、鎳金屬或者金金屬及鎳金屬的混合物所組成。此外，長方形的採樣室21就如同一矩形光學積分器，其工作原理係是光源發射器3通過採樣室21內的反射層26在採樣室21來回反射，使得光源發射器3所產生的光源在採樣室21內進行光源強度的相互疊加，使得疊加起來的光源能夠均勻分佈。

請參閱圖4及圖5所示，採樣室21上設置有多個通氣口24且相互對稱地垂直穿過設置於採樣室21上，多個通氣口24為長方形的形狀，主要目的是使的待測氣體藉由多個通氣口24進入採樣室21的內部時，無論光源發射器3的光源打到採樣室21的上方或採樣室21的下方，都不會影響氣體濃度偵測裝置G的精度，且長方形的多個通氣口24的設置位置，不會減低紅外線光源發射器3的能量反射傳遞，且光源發射器3的光源能更均勻的呈現在光源感測器4上且光源不易流失。因此長方形通氣口24可以於採 樣室21上設置更多處，使的氣體擴散的速率大幅提高，進而提高量測反應速度。

此外，請同時參閱圖6所示，多個通氣口24上可以設置一防水透氣膜25，其主要目的係是藉以避免待測氣體的懸浮微粒進入採樣室21當中，造成採樣室21污染或影響量測精度。待測氣體可以是二氧化碳、一氧化碳或二氧化碳及一氧化碳的組合。

因此，以本發明實施例為例，雙通道紅外線的光源感測器設置於偵測單元2的第二開口端23，用以接收設置於第一開口端22的紅外線光源的光源發射器，紅外線光源發射器的光源進入採樣室21當中，並藉由反射層26反覆反射而持續前進。同時，外界的氣體進入採樣室21當中，此時採樣室21內的待測氣體會吸收特定波長之光線(例如一氧化碳對4.7微米(μm)波長、二氧化碳對4.3微米(μm)波長之紅外線的吸收性最強)。雙通道紅外線的光源感測器其中的第一紅外線收集窗口41用來偵測氣體濃度，第二紅外線收集窗口42用來偵測紅外線光源是否老化的問題且兼具有與第一紅外線收集窗口41相互校正之功能，防止量測不準確之問題產生。

請同時參閱圖7所示，圖7為圖3的A-A剖面示意圖，採樣室21內部的長度尺寸須大於雙通道紅外線的光源感測器的第一紅外線收集窗口41以及第二紅外線收集窗口42的尺寸。此外雙通道紅外線的光源感測器的第一紅外線收集窗口41的最外側邊界與第二紅外線收集窗口42的最外側邊界之間的距離為第一距離L1，第一紅外線收集窗口41及第二紅外線收集窗口42的高度為第二距離W1。採樣室21內部的尺寸分別為採樣室寬度L2及採樣室高度W2。雙通道紅外線的光源感測器的第一紅外線收集窗口41及第二紅外線收集窗口42之間的距離為第三距離L3。舉例來說，多個通氣口24的剖面形狀可為一V字形的形狀，多個通氣口24的最小寬度之位置設置於第一紅外線收集窗口41及第二紅外 線收集窗口42之間，其中通氣口的最小寬度V1小於或等於雙通道紅外線的光源感測器的第一紅外線收集窗口41及第二紅外線收集窗口42之間的第三距離L3。採樣室21內部的採樣室寬度L2大於第一距離L1的尺寸0.1毫米至4毫米之間，採樣室21內部的採樣室高度W2大於第二距離W1的尺寸0.1毫米至4毫米之間。

〔第二實施例〕

首先，請參閱圖8及圖9所示，本發明第二實施例係提供一種氣體濃度偵測裝置G’，其包含一電路基板1、一偵測單元2、一光源發射器3、一光源感測器4。舉例來說，光源發射器3可為紅外線光源的光源發射器，光源感測器4可為雙通道紅外線的光源感測器，然本發明不以此為限。由圖9與圖5比較可知，本發明第二實施例與第一實施例最大的差別在於：第二實施例的氣體濃度偵測裝置G’，採樣室21具有上採樣室211及下採樣室212，可便於製造與組裝。

偵測單元2設置於電路基板1上，偵測單元2具有一採樣室21、一第一開口端22、一相對於第一開口端22的第二開口端23及多個通氣口24。其中採樣室21具有一上採樣室211及一下採樣室212，第一開口端22及第二開口端23通過採樣室21彼此相互連通，多個通氣口24穿過採樣室21且設置於第一開口端22與第二開口端23之間。光源發射器3設置於第一開口端22，且電性連接於電路基板1。光源感測器4設置於第二開口端23，且電性連接於電路基板1。

採樣室21為一長方形的形狀，採樣室21可為塑膠及鋁合金材質之中的其中一種，採樣室21內部設有一反射層26，反射層26係是經由鋁合金電鍍方式或塑膠電路方式形成於採樣室21內，反射層26可以由含金金屬、鎳金屬或者金金屬及鎳金屬的混合物所組成。此外，長方形的採樣室21就如同一矩形光學積分器，其工作原理係是光源發射器3通過採樣室21內的反射層26在上 採樣室211及下採樣室212來回反射，使得光源發射器3所產生的光源在採樣室21內進行光源強度的相互疊加，使得疊加起來的光源能夠均勻分佈。

上採樣室211及下採樣室212都設置有多個通氣口24且相互對稱地垂直穿過設置於上採樣室211及下採樣室212上，多個通氣口24為長方形的形狀，主要目的是使的待測氣體藉由多個通氣口24進入採樣室21的內部時，無論光源發射器3的光源打到上採樣室211或下採樣室212，都不會影響氣體濃度偵測裝置G’的精度，且長方形的多個通氣口24的設置位置，不會減低紅外線光源發射器3的能量反射傳遞，且光源發射器3的光源能更均勻的呈現在光源感測器4上且光源不易流失。因此長方形通氣口24可以於上採樣室211及下採樣室212上設置更多處，可以使氣體擴散的速率大幅提高，進而提高量測反應速度。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供之氣體濃度偵測裝置G，可藉由多個通氣口24設計為長方形的形狀並設置於長方形的採樣室21上，使的不會減低紅外線光源發射器的光源能量反射傳遞，且紅外線光源發射器的光源能更均勻的呈現在雙通道紅外線的光源感測器上且光源不易流失。可使氣體擴散的速率大幅提高，進而提高量測反應速度。此外，通過雙通道紅外線的光源感測器其中的第一紅外線收集窗口41偵測氣體濃度，第二紅外線收集窗口42偵測紅外線光源是否老化的問題且兼具有與第一紅外線收集窗口41相互校正之功能，進而提升量測精度的準確性。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。

G‧‧‧氣體濃度偵測裝置

1‧‧‧電路基板

2‧‧‧偵測單元

21‧‧‧採樣室

22‧‧‧第一開口端

23‧‧‧第二開口端

24‧‧‧通氣口

27‧‧‧固定孔

3‧‧‧光源發射器

31‧‧‧發射器連接線

4‧‧‧光源感測器

41‧‧‧第一紅外線收集窗口

42‧‧‧第二紅外線收集窗口

43‧‧‧感測器連接線

Claims (10)

1. 一種氣體濃度偵測裝置，其包含：一電路基板；一偵測單元，所述偵測單元設置於所述電路基板上，所述偵測單元具有一採樣室、一第一開口端、一相對於所述第一開口端的第二開口端及多個通氣口，其中所述第一開口端及所述第二開口端通過所述採樣室相互連通，多個所述通氣口穿過所述採樣室且設置於所述第一開口端與所述第二開口端之間，所述採樣室為長方形採樣室，多個所述通氣口為長方形通氣口；一光源發射器，所述光源發射器設置於所述第一開口端，且電性連接於所述電路基板，其中所述光源發射器為一紅外線光源；以及一光源感測器，所述光源感測器設置於所述第二開口端，且電性連接於所述電路基板，其中所述光源感測器為一雙通道紅外線的光源感測器；其中，所述雙通道紅外線的光源感測器具有一第一紅外線收集窗口及一第二紅外線收集窗口，所述第一紅外線收集窗口的邊界與所述第二紅外線收集窗口的邊界之間的距離為一第一距離，所述第一紅外線收集窗口及第二紅外線收集窗口的高度為第二距離，所述採樣室的寬度大於所述第一距離0.1毫米至4毫米之間，所述採樣室的高度大於所述第二距離0.1毫米至4毫米之間；其中，多個所述通氣口的剖面形狀為一V字形的形狀；其中，多個所述通氣口設置於所述第一紅外線收集窗口及所述第二紅外線收集窗口之間；其中，所述第一紅外線收集窗口及所述第二紅外線收集窗口之 間的距離為一第三距離，多個所述通氣口的最小寬度小於或等於所述第三距離；其中，所述電路基板具有與多個所述通氣口相互對應的孔洞；其中，所述光源發射器具有一發射器連接線，所述光源感測器具有一感測器連接線，所述發射器連接線及所述感測器連接線通過焊接固定於所述電路基板上。
2. 一種氣體濃度偵測裝置，其包含：一電路基板；一偵測單元，所述偵測單元設置於所述電路基板上，所述偵測單元具有一採樣室、一第一開口端、一相對於所述第一開口端的第二開口端及多個通氣口，其中所述第一開口端及所述第二開口端通過所述採樣室相互連通，多個所述通氣口穿過所述採樣室且設置於所述第一開口端與所述第二開口端之間；一光源發射器，所述光源發射器設置於所述第一開口端，且電性連接於所述電路基板；以及一光源感測器，所述光源感測器設置於所述第二開口端，且電性連接於所述電路基板，其中所述光源感測器為一雙通道紅外線的光源感測器，所述雙通道紅外線的光源感測器具有一第一紅外線收集窗口及一第二紅外線收集窗口；其中，多個所述通氣口的剖面形狀為一V字形的形狀；其中，多個所述通氣口設置於所述第一紅外線收集窗口及所述第二紅外線收集窗口之間。
3. 一種氣體濃度偵測裝置，其包含：一電路基板；一偵測單元，所述偵測單元設置於所述電路基板上，所述偵測單元具有一採樣室、一第一開口端、一相對於所述第一開口端的第二開口端及多個通氣口，其中所述採樣室具有一上採 樣室及一下採樣室，所述第一開口端及所述第二開口端通過所述採樣室相互連通，多個所述通氣口穿過所述採樣室且設置於所述第一開口端與所述第二開口端之間；一光源發射器，所述光源發射器設置於所述第一開口端，且電性連接於所述電路基板；以及一光源感測器，所述光源感測器設置於所述第二開口端，且電性連接於所述電路基板，其中所述光源感測器為一雙通道紅外線的光源感測器，所述雙通道紅外線的光源感測器具有一第一紅外線收集窗口及一第二紅外線收集窗口；其中，多個所述通氣口的剖面形狀為一V字形的形狀；其中，多個所述通氣口設置於所述第一紅外線收集窗口及所述第二紅外線收集窗口之間。
4. 如請求項2及3之中的任一項所述之氣體濃度偵測裝置，其中多個所述通氣口垂直穿過設置於所述採樣室且相互對稱。
5. 如請求項2及3之中的任一項所述之氣體濃度偵測裝置，其中所述光源發射器為一紅外線光源。
6. 如請求項4所述之氣體濃度偵測裝置，其中所述採樣室為長方形採樣室，多個所述通氣口為長方形通氣口，所述第一紅外線收集窗口的邊界與所述第二紅外線收集窗口的邊界之間的距離為一第一距離，所述第一紅外線收集窗口及第二紅外線收集窗口的高度為第二距離，所述採樣室的寬度比所述第一距離大0.1毫米至4毫米之間，所述採樣室的高度比所述第二距離大0.1毫米至4毫米之間，所述第一紅外線收集窗口及所述第二紅外線收集窗口之間的距離為一第三距離，多個所述通氣口的最小寬度小於或等於所述第三距離。
7. 如請求項2及3之中的任一項所述之氣體濃度偵測裝置，其中多個所述通氣口設有一防水透氣膜。
8. 如請求項2及3之中的任一項所述之氣體濃度偵測裝置，其中 所述採樣室為長方形狀且設有一反射層，所述採樣室為塑膠及鋁合金材質之中的其中一種。
9. 如請求項8所述之氣體濃度偵測裝置，其中所述反射層為鋁合金電鍍設置或塑膠電鍍設置。
10. 如請求項8所述之氣體濃度偵測裝置，其中所述反射層具有金金屬或鎳金屬。