[發明專利]一種NDIR氣體傳感器

有效

• 申請號: 201410074027.5
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103822893A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 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

本發明實施例涉及氣體檢測技術，尤其涉及一種NDIR氣體傳感器。

背景技術

隨著人類社會的進步和科學技術的發展，人類生活環境中的二氧化碳（CO₂）等氣體含量發生了很大變化，并對人們的健康有一定威脅；同時，工業生產中，對甲烷（CH₄）、一氧化碳（CO）等氣體的濃度進行檢測控制有了更高的要求，因此，用于檢測氣體濃度的氣體傳感器應運而生。

目前用于氣體濃度檢測的氣體傳感器主要有電化學式、半導體式、固體電解質式、光學式、高分子式等幾大類。其中，光學式中的非分光紅外（Non-dispersive?infra-red，NDIR）氣體傳感器綜合性能較好，隨著紅外光源及電子技術的發展，NDIR氣體傳感器作為一種快速準確的氣體檢測儀器在實際應用中十分普遍。其檢測原理為：具有非對稱雙原子或多原子分子結構的氣體（如CH₄、CO、CO₂、SO₂等）在中紅外波段均有特征吸收光譜，該氣體的特征吸收光譜強度與氣體的濃度有關，利用這一原理即可檢測氣體濃度，可以用下述朗伯-比爾定律描述：

I＝I₀·exp(-α·c·L)

其中，I₀為紅外光源輻射的光強，即參考光強，I為紅外光源輻射的紅外光通過待檢測氣體吸收后的光強，c為待檢測氣體的濃度，L為紅外光通過待檢測氣體的光程，α為待檢測氣體對紅外光的吸收率。

現有的NDIR氣體傳感器一般包括一個由紅外光源、光學腔和紅外探測器組成的氣室，還包括電路部件，紅外光源輻射出紅外光，經過氣室中待檢測氣體的吸收，到達紅外探測器的紅外光的光強會減小，通過紅外探測器探測其光強減小程度，由朗伯-比爾定律即可獲得待檢測氣體的濃度。

由上述檢測原理可知，為了獲得高性能的NDIR氣體傳感器，需要增加氣室內的光程，從而增加紅外光在氣室內的紅外光的吸收量。但是，現有的NDIR氣體傳感器的光學腔一般采用直腔，通過增加直腔的整體尺寸實現光程的增加導致體積增大、制造成本增加。

發明內容

本發明提供一種NDIR氣體傳感器，以實現體積減小，成本降低，并實現光程增加，從而提高傳感器性能。

本發明提供一種NDIR氣體傳感器，包括：紅外光源、圓柱形光學腔、紅外探測器和電路部件，其中，所述圓柱形光學腔用于容納待檢測氣體，所述圓柱形光學腔的上端面和/或下端面設置有通氣口，所述通氣口用于待檢測氣體進出所述圓柱形光學腔，所述圓柱形光學腔內設置有：所述紅外光源、反射鏡和所述紅外探測器，其中，所述反射鏡用于接收并反射所述紅外光源發出的紅外光，所述紅外探測器用于探測在所述圓柱形光學腔內由所述反射鏡反射的紅外光；所述電路部件與所述紅外探測器連接，用于根據所述紅外探測器探測的紅外光獲得所述待檢測氣體的濃度。

其中，所述紅外探測器用于探測在所述圓柱形光學腔內由所述反射鏡直接反射進入所述紅外探測器的紅外光；或

所述紅外探測器用于探測在所述圓柱形光學腔內由所述反射鏡反射，并接著由所述圓柱側壁至少反射一次進入所述紅外探測器的紅外光。

其中，所述反射鏡為具有第一焦點的拋物面反射鏡，其中，當所述紅外探測器用于探測在所述圓柱形光學腔內由所述拋物面反射鏡直接反射進入所述紅外探測器的紅外光時，所述第一焦點位于所述拋物面反射鏡中心與所述紅外探測器中心連線的中點；或

當所述紅外探測器用于探測在所述圓柱形光學腔內由所述拋物面反射鏡反射，并接著由所述圓柱側壁至少反射一次進入所述紅外探測器的紅外光時，所述第一焦點位于所述拋物面反射鏡中心與所述圓柱側壁上第一位置連線的中點，其中所述第一位置為由所述拋物面反射鏡反射的紅外光第一次入射到所述圓柱側壁的位置。

其中，所述圓柱形光學腔的圓柱側壁上鍍有對所述紅外光源發出的紅外光反射的反射膜。

其中，所述紅外光源發出的紅外光的直徑范圍為1-3mm，發散角范圍為28-32°。

其中，所述紅外探測器為雙通道紅外探測器。

其中，所述通氣口為氣孔。

其中，所述氣孔數量為多個。

其中，所述氣孔呈周向均勻分布。

其中，還包括拋物面聚焦鏡，用于聚焦在所述圓柱形光學腔內由所述反射鏡反射的紅外光，使所述紅外光聚焦后進入所述紅外探測器。