[發明專利]一種低功耗的氣體傳感器

在審

• 申請號: 202010780621.1
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111929267A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 張治強;尹真;韓承玉;李彬;孫紹坤;寧鵬;高聞天;張珂瑜;蓋升杰;梁震;趙森;賈世星;房慧慧
• 申請（專利權）人: 青島澳瑞德電子有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/25;G02B27/09
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

本發明提供了一種低功耗的氣體傳感器，涉及利用紅外光測試的技術領域，包括光源、準直透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、楔形反射鏡、第一紅外探測器、第二紅外探測器和信號處理器，光源發出的紅外光源經過準直透鏡整光為平行的光束，平行光束依次經過第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡的反射后，從楔形反射鏡的棱邊方向射入，光經過楔形反射鏡后均分為照射方向相反的探測光束和參考光束；第一紅外探測器和第二紅外探測器在光入射方向上分別設置有探測濾光片和參考濾光片，信號處理器對紅外探測器接收到的信號進行處理。該傳感器整合了反射光路，減少了反射次數，增大了光程，更好的消除了零點漂移，以及老化造成量程變化和誤報問題。

技術領域

本發明涉及利用紅外光測試的技術領域，尤其是一種低功耗的氣體傳感器。

背景技術

非色散紅外吸收原理(NDIR)是指當紅外光通過待測氣體時，這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收，其吸收關系服從朗伯比爾(Lambert－Beer)吸收定律，通過光強的變化測出氣體的濃度。由于分子之間存在振動，氣體分子在紅外波段具有不同的、特定的原子吸收波長，因此能夠通過測量特定波長下光學能量的吸收來探測氣體濃度。NDIR氣體傳感器通常采用一個廣譜的光源作為紅外傳感器的光源，光纖穿過光路中的被測定氣體，透過窄帶濾光片，到達紅外探測器，傳感器主要由紅外光源、光路、紅外探測器、電路和軟件算法組成，主要用于探測碳氫化合物等。

其中，專利文獻(CN204116223U)公開了一種紅外傳感器，傳感器氣室結構為一個圓型通道，通道一側為光源，另一側為紅外探測器，探測器窗口為濾光片，這種結構采用的光源用寬波長紅外光源，其發散角一般在100度以上，紅外光源發出的光在圓型通道內經過多次反射(反射次數不確定，可能在十多次或者幾十次)之后才被紅外探測器接收到，但是這種結構的光源利用率低，紅外探測器檢測探測器和參考探測器接收到的光是經過不同反射面和不同反射次數之后分別到達探測器的，通常探測器光路通道采用鍍金或者鍍銀作為反射面，鍍金或者鍍銀之后的在中紅外波長的反射率一般在90％左右，光線經過多次反射所能接收到用來測量的光占光源發光的很小一部分，光學效率極低。

現有技術中，還包括單通道的氣體傳感器和雙通道的氣體傳感器。

單通道的氣體傳感器在傳感器內部集成了一個紅外光源、一個紅外探測器和一個窄帶濾光片，傳感器氣室結構也比較簡單，成本低，但是傳感器的長期穩定性比較差，受環境溫度和灰塵等外界環境影響比較大，常用在民用室內空氣檢測。

雙通道的氣體傳感器的雙通道是在單通道的基礎上，集成了一個參考通道，傳感器包含兩組窄帶濾光片和兩個紅外探測器，以檢測甲烷氣體的傳感器為例子，中心波長為3.3μm的通道對甲烷氣體敏感，另外增加了一個中心波長為3.9微米的通道，這個通道錯開了甲烷的吸收波段，信號比較穩定，作為參考通道。其長期穩定性好，受環境溫度的影響小，雙通道相對消除氣室內壁的反射光系數和光源老化的影響，可以用在相對惡劣的環境中，但是其缺點是結構復雜，成本高，無法從根本解決傳感器受灰塵、反光面老化等帶來的傳感器漂移、誤報等問題。

發明內容

為了整合了反射光路，減少了反射次數，在較小的空間內增大了光程，消除光源老化造成的零點漂移，避免反射面老化造成的量程變化和誤報，本發明提供了一種低功耗的氣體傳感器，具體技術方案如下。

一種低功耗的氣體傳感器，包括光源、準直透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、楔形反射鏡、第一紅外探測器、第二紅外探測器和信號處理器，所述光源發出的紅外光經過準直透鏡整光為平行的光束，平行光束依次經過所述第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡的反射，所述第三反射鏡的反射光從棱邊入射楔形反射鏡，反射光經過楔形反射鏡后均分為照射方向相反的探測光束和參考光束；所述第一紅外探測器在入射方向上設置有探測濾光片，所述第二紅外探測器在入射方向上設置有參考濾光片，所述信號處理器對第一紅外探測器和第二紅外探測器接收到的信號進行處理得到氣體濃度信息。