[發明專利]一種紅外氣體傳感器

有效

• 申請號: 201410073743.1
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103822892B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 張文博;歐文;明安杰;張海苗;張宇;張樂
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 胡彬,鄧猛烈

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種紅外氣體傳感器。

背景技術

隨著物聯網的發展，傳感器技術的發展相當迅速，傳感器的應用也變得非常廣泛。氣體傳感器是一種可以將氣體的成份、濃度等信息轉換成可以被人員、儀器儀表和計算機等利用的信息的裝置，其可以在室外環境質量、室內空氣質量以及有毒氣體檢測等方面的得到應用。目前，主流的氣體傳感器有半導體氣體傳感器、電化學氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器和光學氣體傳感器等。紅外氣體傳感器是一種光學氣體傳感器，紅外氣體傳感器具有靈敏度佳、可靠性好、精確度高以及抗干擾能力強等優點。

在紅外光范圍內，大多數氣體都會在一定的波段內對紅外光有吸收作用，紅外氣體傳感器就是利用氣體對紅外光的這種吸收作用來檢測特定氣體濃度。在紅外氣體探測器中，紅外光源發射的紅外光經過光路通道中待測氣體的吸收，到達探測器時的能量會減小，再通過探測器探測紅外光的減小程度，就能利用比爾-朗伯特定律來給出氣體濃度，其中，比爾-朗伯特定律可以表示為I=I₀·exp(-α·c·L)，I₀為紅外光源發出的紅外光的光強，I為紅外光經過待測氣體吸收后的光強，c為待測氣體的濃度，L為紅外光通過待測氣體的路徑長度，為待測氣體對紅外光的吸收率。美國專利US20110042570公布了一種吸收偏置式NDIR型氣體傳感器及氣體探測方法，圖1是該現有技術提供的吸收偏置式NDIR型氣體傳感器的結構示意圖。如圖1所示，上述吸收偏置式NDIR型氣體傳感器包括光源101、測量信號測量探測器102、參考信號參考探測器103、相同的窄帶濾波片104、長光路通道105、短光路通道106、待測氣體入口107以及待測氣體出口108。這一技術采用吸收偏置的方法，在傳統的紅外氣體探測器具有唯一光路通道的基礎上增加了一個短的光路通道作為參考，通過測量探測器和參考探測器的輸出值的比值來對測量結果進行校正。

雖然這種氣體傳感器在性能上達到要求，但是為了使光路通道滿足一定長度就將會增加氣體傳感器整體的尺寸。因此，尺寸太大是這種氣體傳感器的一個重要不足，同時，這種氣體傳感器的可靠性和穩定性不高。

發明內容

本發明的目的在于提出一種紅外氣體傳感器，以縮小紅外氣體傳感器的尺寸，并提高紅外氣體探測器的穩定性。

本發明提供了一種紅外氣體傳感器，所述紅外氣體傳感器包括：

紅外氣體傳感器為一圓筒形結構，所述圓筒形結構包括內側壁和外側壁之間的第一區域、內側壁圍成的第二區域、頂壁和底壁，其中

所述頂壁和/或底壁上設置有氣體進出的氣孔；

所述第一區域包括第一子長光路通道和第一子短光路通道，其中紅外光源發射的紅外光在第一子長光路通道中的光程大于在第一子短光路通道中的光程，并且其中第一子長光路通道和第一子短光路通道分別由連通設置的多層第一水平光路通道和第二水平光路通道以及將所述紅外光從一層水平光路通道反射進入上一層水平光路通道的反射結構組成；

所述第二區域包括從頂壁延伸到底壁的隔板、由隔板分隔而成的第二子長光路通道和第二子短光路通道，其中在第二子長光路通道臨近底壁的位置設置有第一測量探測器和第一參考探測器，在第二子短光路通道臨近底壁的位置設置有第二測量探測器和第二參考探測器；以及

所述頂壁包括反射部，用于將從所述第一子長光路通道和第一子短光路通道出射的光分別反射到所述第二子長光路通道和第二子短光路通道。

可選的，所述第一子長光路通道與第一子短光路通道共用一個紅外光源，所述紅外光源設置于所述第一子長光路通道與第一子短光路通道靠近底壁的起始位置。

可選的，所述反射結構包括內凹的拋物面反射結構或者兩反射板構成的內凹的角形反射結構。

可選的，所述第一子長光路通道的每層第一水平光路通道和與其相對應的第一子短光路通道的第二水平光路通道構成一個圓周，并且所述第一水平光路通道的長度為圓周周長的2/3-5/6，其相對應的所述第二水平光路通道的長度為圓周周長的1/6-1/3。

可選的，所述第一子長光路通道和第一子短光路通道的內壁上設置有反射膜。

可選的，所述圓筒形結構的內側壁上設置有反射膜。

可選的，所述氣孔設置于與所述第一區域對應的位置。

可選的，所述反射部位于所述頂壁的內壁上。

可選的，所述反射部包括內凹的拋物面反射結構、兩反射板構成的內凹的角形反射結構或者斜平面反射結構。