一种非分光型红外气体传感器及其运行方式制造技术

本发明专利技术涉及一种非分光型红外气体传感器的气室结构，其包括气腔壳及分别与其两端相连的发射端、接收端；气腔壳的侧壁上设置进气孔和出气孔；发射端设置红外光源及位于其前端的机械斩波装置；接收端设置高频响应红外探测器。本发明专利技术还涉及一种非分光型红外气体传感器及其运行方式，该传感器包括上述气室结构、通过气管分别与气室结构连接的进气接口和出气接口、通过电缆分别与气室发射端和接收端相连的主控板以及与主控板相连的报警器、显示器和气体浓度输出接口。本发明专利技术采用机械调制红外光源及高频响应热释电探测器，在技术装置上总体采用模块化设计，其气室结构采用普通的直气室结构，生产工艺难度较小而且抗恶劣环境影响的能力较强。

A Non-Spectral Infrared Gas Sensor and Its Operation Mode

The invention relates to a gas chamber structure of a non-spectroscopic infrared gas sensor, which comprises a gas chamber shell and transmitters and receivers connected with its two ends respectively; an air inlet and an air outlet are arranged on the side wall of the gas chamber shell; an infrared light source and a mechanical chopper at its front end are arranged at the transmitter end; and a high frequency response infrared detector is arranged at the receiving end. The invention also relates to a non-spectroscopic infrared gas sensor and its operation mode. The sensor includes the air chamber structure, the air inlet and outlet interfaces connected with the air chamber structure through the trachea, the main control board connected with the air chamber transmitter and receiver respectively through the cable, and the alarm, display and gas concentration output interfaces connected with the main control board. The invention adopts mechanically modulated infrared light source and high frequency response pyroelectric detector, and generally adopts modular design in the technical device. The gas chamber structure adopts ordinary gas chamber structure. The production process is less difficult and the ability to resist adverse environmental impact is stronger.

【技术实现步骤摘要】
一种非分光型红外气体传感器及其运行方式
本专利技术涉及光电及微机电系统
，尤其涉及一种非分光型红外气体传感器及其运行方式，其可应用于环化领域中有毒有害气体及挥发性液态危化品的检测分析。
技术介绍
我国当前面临的毒品形势严峻。国际毒潮泛滥，涉毒国家和地区继续扩大，毒品来源、毒品种类、毒品产量、吸毒人数持续增多。从技术层面上讲，随着科学技术的高速发展，化学合成类毒品将成为全球范围滥用最为广泛的毒品。可以断言，今后问世的很多新型毒品，无不依赖化学物品作为原料和配剂。化学合成类毒品的出现对传统的毒品构成冲击，其原料的非原生性和生产的便捷性使之异军突起。从毒品加工工艺上讲，没有易制毒化学品，就没有精制的毒品。易制毒化学品是指规定管制的可用于制造麻醉药品和精神药物的化学原料及配剂。近年来随着国际上冰毒、摇头丸等合成毒品滥用问题的蔓延，我国易制毒化学品犯罪也日趋严重。境外贩毒组织与境内不法分子相互勾结，以生产各种化工产品为掩护，在境内开设工厂，疯狂生产各种新型毒品，制毒方法从最初简单的提炼方法发展到化学合成方法。目前对于疑似易制毒化学品的准确识别主要是根据显色反应进行，显色反应是将试样中被测组分转变成有色化合物的化学反应。根据易制毒化学品的物理化学性质，利用基于显色反应的方法，对《联合国禁止非法贩运麻醉药品和精神药物公约》严格管制的22种以及“金三角”地区大量用于制造毒品的氯化亚砜、氯化铵、硫酸钡、氯化钯、三氯甲烷及醋酸钠等化学品进行了定性检测。这种方法需要多种化学试剂和多步测试观察才能获得结果，检测过程耗时费力，难以实现快速识别。除了显色反应，常用的易制毒化学品探测技术还有：气相色谱技术、拉曼光谱技术、离子迁移谱技术、X射线技术等。传统的安检设备对固体的检测效果不错，但对液态被测物却效果不明显。液体易制毒在常温下通常呈液态，具有组分均匀、流动性好、运输方便、隐蔽性强、易藏难查等特点，增加了安检工作的难度。毒品走私分子通常将液态易制毒伪装成瓶装饮料、灌装食品、乳液、发胶等随行李通过安检人员的检查。当前，国内外针对液体易制毒探测的手段，按照技术原理不同主要有以下几种：气相色谱技术(GC)、离子迁移谱技术(IMS)、质谱技术(MS)、场离子测谱技术(FIS)、双能X射线探测技术、双能X射线CT探测技术、中子探测技术、激光拉曼光谱、电磁探测技术等。这些技术手段，对有特定形状、背景不太复杂以及挥发性较强的待测物检查效果较为良好，但对液体易制毒的检测都有一定的技术缺陷，比如，质谱技术、场离子测谱技术、气相色谱技术以及离子迁移谱技术对挥发性较弱的易制毒化学品探测会产生漏报，对密封包装的液态易制毒无法探测；X射线CT探测技术很难把液态易制毒化学品与日常用品的有机材质从密度或者原子序数方面准确区分开；X射线成像技术只能观察存储液体的容器形状，很难分辨液体的种类；中子探测技术对被检物造成污染等。对于具有一定挥发性的化学品如液态易制毒化学品，目前较适合的检验方法是红外吸收光谱法。红外吸收光谱法的原理如下所述：物质的红外光谱，是其分子结构的反映，光谱图中的吸收峰，与分子中各基团的振动形式相对应。多原子分子的光谱与其结构的关系，一般是通过实验手段得到的。这就是通过比较大量已知化合物的光谱，从中总结出各种基团的吸收规律来。实验表明，组成分子的各种基团，如O—H、N—H、C—H、C═C、C≡C、C═O等，都有自己特定的光谱吸收区域，分子其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。绝大多数易制毒化学品都有其特征吸收峰。易制毒化学品对其特征谱段光谱能量的吸收在低浓度范围内遵循比尔-朗伯定律：P＝P0Exp(-kcl)其中，P0为光源所产生的能量，P为光源所产生的能量通过存在有毒有害气体的环境后所剩余的能量，k为有毒有害气体的光谱吸收系数，l为光源距光谱探测器的距离，c为有毒有害气体的浓度。根据比尔-朗伯定律，在实际中就能检测出有毒有害气体的浓度。由于绝大多数易制毒化学品虽然在室温下呈液态，但具有一定挥发性，所以只要检测挥发气体的浓度即可达到对易制毒化学品的鉴别及报警功能。根据如上技术原理设计制备出的气体检测仪一般称之为红外气体传感器。基于非分光型(non-difractive)光谱法的红外气体传感器在上个世纪九十年代国内就有人研究，但主要存在检测灵敏度较低及无法在特殊的恶劣环境条件下使用的问题。检测灵敏度较低及无法在特殊的恶劣环境条件使用，这两个问题是有一定关联度的。首先是检测灵敏度较低的问题，导致红外气体传感器检测灵敏度较低的直接原因有两个：1、对红外光源的调制采取电调制方式，即对红外光源的输入电压及电流进行周期性的调制，以输出一定频率的红外能量。这种调制方式的缺点在于对红外光源的输入电压及电流的稳定性要求极高，若输入电压及电流的波动范围在千分之一，则不同调制周期内红外能量的输出值的波动亦将是千分之一，辐射到红外探测器光敏元上产生的电压信号的波动值亦将在千分之一，这就间接降低了红外气体传感器的检测灵敏度。2、对红外光的接收探测器采油了传统的低频响应红外探测器。非分光红外气体传感器的核心电子元器件是热释电红外传感器，传统的热释电红外传感器的最佳工作频率在0.1Hz-5Hz范围内，高于这个频率则红外探测器的响应度大幅下降，但在这样的低频条件下，红外探测器的白噪声就很高，这亦是红外气体传感器的检测灵敏度降低的罪魁祸首。在如上两个直接原因的影响下，为了提高红外气体传感器的检测灵敏度，人们不得不在气室结构的光学系统上想办法，即采取复杂的椭球结构设计。椭球结构设计就是将气室内壁形状加工成椭球形状，再镀一层反射率极高的光学反射薄膜(一般是金或银薄膜)，其优点首先是由于光子能量在气室内运动时得到了多次的反射或折射的增强，所以接收端的能量输入相对增加，从光学的角度讲就是光程得到了相对的增加。无论是接收端的能量输入相对增加，或是光程得到了相对的增加，其最终结果就是系统的检测灵敏度提高；其次，椭球形状气室结构设计的另一优点是发射端及接收端可以并列放置在同一側，这将大大降低气室的体积。气室内壁椭球形状设计有其独到的优点，但有带来如下问题：首先是椭球形状气室结构的加工难度的问题：椭球形状气室结构的加工(椭球形状的形成及表面光洁度的保证)是很难的，尤其是在批量生产阶段；而且气室内壁椭球形状表面的光学反射薄膜(一般是金或银薄膜)的镀膜技术亦是难点，因为椭球形状气室结构的表面的镀膜均匀性是很难保证的。其次是椭球形状气室结构设计抗恶劣环境影响的能力较差的问题。由于椭球形状气室结构的内壁具有相当高的表面光洁度及光学反射率，这就要求进入该气室的待测气体必须是洁净的，任何灰尘、颗粒的存在都将严重影响光子的反射从而影响系统的检测精度；任何少量的水汽及其它腐蚀性气体的存在都将对内壁的金属薄膜的反射效率产生影响从而影响系统的检测精度。因此，采用椭球形状气室结构设计的非分光红外气体传感器不适宜在复杂及恶劣环境下使用。
技术实现思路
为了克服现有技术中非分光红外气体传感器由于采用电调制红外光源及低频响应热释电探测器带来的检测灵敏度较低的技术问题，本专利技术提出了一种非分光型红外气体传感器，其采用机械调制红本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非分光型红外气体传感器的气室结构，其特征在于，包括发射端、气腔壳和接收端，所述发射端与气腔壳的一端相连，所述接收端与气腔壳的另一端相连；所述气腔壳的侧壁上设置进气孔和出气孔；其中，所述发射端设置红外光源，在所述红外光源的前端安装机械斩波装置。

【技术特征摘要】
1.一种非分光型红外气体传感器的气室结构，其特征在于，包括发射端、气腔壳和接收端，所述发射端与气腔壳的一端相连，所述接收端与气腔壳的另一端相连；所述气腔壳的侧壁上设置进气孔和出气孔；其中，所述发射端设置红外光源，在所述红外光源的前端安装机械斩波装置。2.根据权利要求1所述的气室结构，其特征在于，所述接收端设置高频响应红外探测器；所述红外光源选用宽光谱光源，所述高频响应红外探测器选用薄膜型热释电探测器。3.根据权利要求1所述的气室结构，其特征在于，所述气腔壳为中空圆柱体结构或具有椭球形状气室内壁的椭球形状气室结构，其由金属铝材料加工而成；所述进气孔靠近发射端一侧，所述出气孔靠近接收端一侧。4.一种具有权利要求1～3中任一项所述的气室结构的非分光型红外气体传感器，其特征在于，还包括：进气接口、出气接口、主控板、报警器、显示器、气体浓度输出接口；所述进气接口和出气接口通过气管分别与气腔壳上的进气孔和出气孔连接；所述主控板通过电缆分别与气室的发射端和接收端相连；所述报警器、显示器、气体浓度输出接口分别与主控板电连接。5.根据权利要求4所述的非分光型红外气体传感器，其特征在于，所述主控板、气室结构均安装至外壳内部，所述显示器、报警器均安装至外壳前盖上；所述气体浓度输出接口包括模拟接口和数字接口，其与外壳前后盖相连。6.根据权利要求4所述的非分光型红外气体传感器，其特征在于，所述主控板内设置单片机或数字信号处理器；所述报警器为声光报警器，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕重谦，唐量，吴明红，袁若婧，李东泽，倪圆亮，王娜，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31