[實用新型]一種用于NDIR紅外氣體分析的紅外燈絲光源

有效

• 申請號: 201721173229.0
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN207300875U
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 武斌;張紹達;鄭星語;石子剛
• 申請（專利權）人: 深圳市美思先端電子有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 廣州高炬知識產權代理有限公司44376
• 代理人: 孫明科

技術領域

本實用新型涉及氣體傳感器技術領域，具體涉及一種用于NDIR紅外氣體分析的紅外燈絲光源。

背景技術

隨著人們生活水平的提高和對日益嚴峻的環保問題的重視，當今社會對工業廢氣的、各種有毒有害氣體、汽車尾氣、和大氣污染的監控以及對食品加工和人居環境、室內空氣質量的檢測都提出了更加嚴格的要求，這為氣體傳感器帶來了巨大的市場需求。同時，隨著信息技術和物聯網科技的發展，作為感官和信號輸入的核心元件，氣體傳感器是必不可少的。

氣體傳感器按照檢測原理的不同，主要分為催化燃燒式、電化學式、金屬氧化物半導體式、紅外式等等。其中紅外式氣體傳感器以其高精度、高量程、長期穩定性優異、不會中毒、超長壽命等優點，是當今氣體檢測技術的研究熱點和未來氣體傳感器的發展方向，已經越來越多的應用于石油化工、家用電器、醫療器械、工業生產、電力電氣等行業。

紅外式氣體傳感器是基于非色散紅外吸收光譜(NDIR)檢測原理的氣體傳感器，當一束連續波長的紅外光通過某種氣體時，如果氣體分子的某個基團的振動頻率或者轉動頻率與紅外光的頻率一致，氣體分子就會吸收能量而從基態能級躍遷至能量更高的能級，處于該頻率的紅外光便會被吸收從而形成吸收峰。由于不同分子中原子結合的化學鍵不同，不同化學鍵躍遷需要的能量也不相同，因而不同的氣體的紅外吸收峰也不相同，根據氣體的紅外吸收峰便可以判斷是哪種氣體。當氣體濃度不同時，被氣體吸收的紅外能量也不相同，根據紅外能量被吸收的大小可以判斷氣體的濃度。具體工作原理如圖1所示：紅外光源發射出廣譜的紅外光，通過一定長度的氣室被待測氣體充分吸收后，經過一個與氣體紅外吸收光譜波段一致的窄帶濾光片，然后由紅外探測器將經過氣體吸收和窄帶濾光片濾波后的紅外光吸收并把紅外信號轉換為電信號，根據紅外信號強度的不同來判斷氣體濃度的大小。

紅外光源作為紅外(NDIR)氣體傳感器的核心部件，其性能嚴重影響著氣體傳感器探測的準確性和靈敏度，特別是光譜輻射特性極大地限制了可探測氣體的種類。紅外(NDIR)氣體傳感器作為氣體分析領域最為可靠和精確的一種方式，紅外光源的性能起著決定性的作用。

通常，紅外氣體分析一般采用熱輻射光源又稱為白熾光源，是用電將材料加熱后發射出紅外輻射。常見的種類有燈絲光源和MEMS光源，其中燈絲光源用鎢絲、鐵鉻鋁絲、鎳鉻絲或鎳锘絲作為燈絲材料。結構簡單、使用方便、價格低廉是用量最大應用最為廣泛的紅外光源。但是，燈絲光源采用玻璃封裝，由于玻璃的紅外光譜特性，紅外光譜透過在5μm波長處被截止，導致5μm以上波長的紅外光無法透過，通常用紅外方式檢測的氣體種類和波長：甲烷CH4紅外吸收波長3.4μm、二氧化碳CO2紅外吸收波長4.26μm、一氧化碳CO紅外吸收波長4.64μm、氮氧化物氣體NOX紅外吸收波長5.3μm、水蒸氣H2O紅外吸收波長5.75μm、二氧化硫SO2紅外吸收波長7.3μm、乙醇C2H5OH紅外吸收波長9.44μm、六氟化硫SF6紅外吸收波長10.6μm。由于玻璃的紅外光譜透過波長小于大多數氣體的紅外光譜吸收波長，從而極大地限制了燈絲光源在氣體分析領域的使用。

而另一種熱輻射光源MEMS紅外光源，采用MEMS工藝制作，光譜范圍通常為1μm-20μm，雖然光譜覆蓋范圍寬，但由于價格昂貴是燈絲光源價格的60倍以上，只能應用在個別高端產品中無法大規模推廣。

燈絲光源采用真空玻璃封裝，防止燈絲光源在工作時金屬燈絲高溫氧化和蒸發導致的壽命減少等問題。但是玻璃的紅外透過光譜波長截止于5μm，從而使燈絲光源無法應用于紅外吸收波長高于5μm的氣體分析。MEMS光源雖然光譜覆蓋范圍廣1μm-20μm，但由于價格高昂只能應用在個別高端產品上。因此，想要滿足各類氣體探測，能夠在高中低端大多數氣體分析儀器上使用，且價格低廉的紅外光源，現有的紅外光源是不能滿足的。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種用于NDIR紅外氣體分析的紅外燈絲光源，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種用于NDIR紅外氣體分析的紅外燈絲光源，包括TO底座和TO蓋帽，TO蓋帽設置在TO底座上，TO底座上設置有兩個引腳，還包括燈絲和紅外濾光片，所述燈絲的兩端固定設置在兩個引腳上，所述紅外濾光片設置在TO蓋帽上。

作為本實用新型進一步的方案是：所述燈絲通過點焊或儲能焊的方式焊接在引腳上。

作為本實用新型再進一步的方案是：所述燈絲采用鎢絲、鐵鉻鋁絲、鎳鉻絲或鎳锘絲材料制成。