[實用新型]一種高速高精度的NDIR傳感器

有效

• 申請號: 202020691952.3
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN212568461U
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 侯春彩;楊凌;楊申昊;趙韋靜;賈日波;成俊娜;李鑫
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一八研究所
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/03
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張潔;周蜜

本實用新型涉及一種高速高精度的NDIR傳感器，屬于分析檢測技術領域。包括SLD光源、準直器、多次反射氣室、濕度傳感器、溫度傳感器和FPI光電探測器，多次反射氣室的腔室兩端分別為入光端和出光端，腔室上設有進氣口和出氣口，多次反射氣室中凹面反射鏡通過鏡蓋分別固定在腔室的入光端和出光端處，凹面反射鏡上開有離軸孔，窗片安裝在鏡蓋上對應離軸孔的位置處，準直器的一端與SLD光源連接，另一端固定在腔室入光端處的鏡蓋上窗片位置處，FPI光電探測器固定在腔室出光端處的鏡蓋上窗片位置處，濕度傳感器和溫度傳感器位于腔室內部靠近出光端的一側。采用單光源單光路結構，結構簡單、響應速度快且檢測精度高。

技術領域

本實用新型涉及一種高速高精度的NDIR傳感器，屬于分析檢測技術領域。

背景技術

非分光紅外(NDIR)氣體傳感器是一種基于不同氣體分子紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強度關系(朗伯-比爾定律)鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置。相比于電化學式、催化燃燒式、半導體式等其他類別氣體傳感器，NDIR傳感器具有靈敏度高、穩定性好、選擇性好、無交叉干擾現象、使用壽命長、可在線分析等一系列優勢，廣泛應用于石油化工、冶金工業、工礦開采、大氣污染、農業、醫療衛生等領域。目前，許多行業對氣體傳感器檢測速度和測量精度的要求越來越高，比如臨床手術過程對麻醉氣體輸入量實施監測；電力行業對高壓開關設備進行低濃度SF₆氣體檢漏；應急事故中對有毒有害氣體快速檢測等等?？梢?，響應速度快、檢測精度高的NDIR傳感器才能滿足這些市場的需求。

目前，大多數NDIR氣體分析儀都采用慢反應紅外光源(MEMS熱板、微型燈泡或絲狀微型燈)與熱電探測器的模式，比如中國專利申請201711171763.2、201910366207.3和201510573552.6，原理是熱輻射源發出的光線穿過被測氣體，透過窄帶濾波片，到達紅外探測器，將熱信號轉化為電信號。但是，這類傳感器的測量精度一般為幾十或幾百ppm，響應時間數十秒甚至數分鐘，難以滿足市場對響應速度和測量精度的高要求。主要是因為熱輻射紅外光源需要較長時間和能量來加熱產生寬譜紅外光，導致傳感器響應速度慢；熱輻射光源的輻射光束發散程度大，光束通過氣室后被探測器接收的信號很微弱，導致傳感器測量精度不高。另外，考慮到光源光束的發散性，結構中不得不采用光程較短(cm量級)的直通式或者一次反射式氣室結構，導致氣體吸收不充分，而不利于提高傳感器的測量精度。

為了提升NDIR傳感器的測量速度和檢測精度，研究者主要針對氣室結構、整個光路結構、光源或信號處理等方面進行優化或創新。比如，中國專利申請201910366207.3公開了一種采樣氣室以延長光程并控制氣室體積，該氣室是由兩個橢球狀腔室構成的愛心狀，紅外光源安裝于氣室內部的公共焦點處，兩個熱釋電探測器分別置于兩個腔室的另一端焦點處。從這種結構來看，很明顯光程并不能得到很大優化，而且探測器接收到的光信號比較微弱，對整個傳感器測量精度的提高有益性不大。