[發明專利]微型紅外氣體傳感器

有效

• 申請號: 201410450908.2
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104280358B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 王書潛;侯宗合;楊清永;王書升;鄭國鋒
• 申請（專利權）人: 漢威科技集團股份有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司41128
• 代理人: 黃軍委

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體的說，涉及了一種微型紅外氣體傳感器。

背景技術

紅外氣體傳感器是運用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的目標氣體進行探測。紅外氣體傳感器通常有紅外光源、光學腔體、探測器、信號采集和處理電路四部分組成。通常的紅外氣體傳感器采用紅外光源在光學腔體的一端發射紅外光譜，探測器在光學腔體的另外一端接收紅外光譜的光學結構，紅外光譜發出后，被光學腔體的目標氣體吸收并經光學腔體內壁多次反射后匯聚到探測器上，通過對探測器接收的光譜信號進行分析便得到目標氣體的信息。

常見的紅外光源和探測器多是圓柱狀，紅外光源和探測器需要和光學腔體結合成一個完整的光路，而且紅外光源和探測器的引腳需要焊接在電路板上，這種現狀造成了光學腔體的設計局限于紅外光源、探測器和電路板的焊接方式。為了降低傳感器整體尺寸，需要減少光學腔體的體積，為了增加紅外氣體傳感器的靈敏度和分辨率又需要一個較長的光路。光學腔體的設計，對紅外氣體傳感器的性能、穩定性、靈敏度等因素起著至關重要的影響。隨著科技的進步，紅外氣體傳感器向小型化發展，具有設計工藝簡單、裝配方便的小型光學腔體成為紅外氣體傳感器的發展趨勢。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種具有結構簡單、裝配方便、外形小巧、光路長的微型紅外氣體傳感器。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種微型紅外氣體傳感器，包括光學腔體、信號采集電路板以及分別連接在所述信號采集電路板上的紅外光源和探測器，所述光學腔體的腔壁上設置有光源安裝孔和探測器安裝孔，所述紅外光源安裝在所述光源安裝孔內，所述探測器安裝在所述探測器安裝孔內；

所述光學腔體內設置有光源圍擋反射面、反射曲面和接收聚焦反射面，其中，所述光源圍擋反射面分別對應所述紅外光源、所述反射曲面設置以便將所述紅外光源發出的光會聚并射向所述反射曲面或/和經所述光學腔體內壁多次反射后射向所述反射曲面，所述反射曲面對應所述接收聚焦反射面設置以便將射向所述反射曲面的光會聚并射向所述接收聚焦反射面或/和經所述光學腔體內壁多次反射后射向所述接收聚焦反射面，所述接收聚焦反射面對應所述探測器設置以便將射向所述接收聚焦反射面的光會聚并射向所述探測器。

基于上述，所述光學腔體由底板和蓋合在所述底板上的上殼體構成，其中，所述光源安裝孔和所述探測器安裝孔設置在所述底板上，所述信號采集電路板設置在所述底板的下部。

基于上述，所述紅外光源是柱狀光源，其垂直焊接在所述信號采集電路板上。

基于上述，所述光源圍擋反射面和所述接收聚焦反射面位于所述光學腔體的一端，所述反射曲面設置在所述光學腔體的另一端，所述反射曲面與所述光源圍擋反射面、所述接收聚焦反射面相對。

基于上述，所述反射曲面為橢圓柱面，所述反射曲面的兩個焦點分別是所述紅外光源的發光端中心和所述接收聚焦反射面中心；

或者所述反射曲面為球面，所述反射曲面的球心在所述紅外光源的發光端中心與所述接收聚焦反射面中點連線的中垂線上；

或者所述反射曲面為圓柱面，所述反射曲面垂直設置在所述底板上，所述反射曲面的中心在所述紅外光源的發光端中心與所述接收聚焦反射面中點連線的中垂線上。

基于上述，所述光源圍擋反射面是球面，所述紅外光源的發光端中心是所述光源圍擋反射面的球心；

或者所述光源圍擋反射面是拋物柱面，所述紅外光源的發光端中心是所述光源圍擋反射面的焦點；

或者所述光源圍擋反射面為多個平面和/或曲面的組合，多個所述曲面是球面和/或拋物柱面，所述紅外光源的發光端中心是多個所述曲面的球心和/或焦點。

基于上述，所述光源圍擋反射面由第一平面、第二拋物柱面、第三平面、第四平面、第五平面、第六拋物柱面和第七平面順序連接而成，所述第一平面和所述第七平面之間設有紅外光源輻射缺口，所述第一平面和所述第七平面之間距離等于所述紅外光源輻射缺口的寬，所述第四平面和所述紅外光源輻射缺口相對，所述第二拋物柱面和所述第六拋物柱面為同一拋物柱面相對稱的兩部分。

基于上述，所述接收聚焦反射面為拋物柱面，所述探測器的光敏接收區中心是所述接收聚焦反射面的焦點；

或者所述接收聚焦反射面為球面，所述探測器的光敏接收區中心是所述接收聚焦反射面的焦點；

或者所述接收聚焦反射面是平面，所述接收聚焦反射面傾斜向下；

或者所述接收聚焦反射面是多個平面和/或曲面的組合，多個所述曲面為球面和/或拋物柱面，所述探測器的光敏接收區中心是多個所述曲面的焦點。