红外气体传感系统技术方案

技术编号:13433169 阅读:157 留言:0更新日期:2016-07-30 13:05
本实用新型专利技术提供一种红外气体传感系统,包括红外光源、基座和探测模块,所述基座具有设于内部的折形通道,以及设置在所述折形通道内的反射镜,所述折形通道具有若干通道转角,所述反射镜包括设置在其中一个通道转角的半透半反射镜,以及设置在其余通道转角的全反射镜;所述探测模块包括导热底板、设置在所述导热底板同侧且规格相同的两个探测器模组,此结构使得两个探测器模组测出的光强因外界环境变化造成的影响呈线性关系,便于通过运算进行消除,从而提高系统对外界环境变化的抗干扰性,且通过对两探测器模组进行热学优化,使两个探测器模组的温度一致,减小温度对所述探测器模组的测量结果的影响。

Infrared gas sensor system

The utility model provides an infrared gas sensing system, including infrared light source, the base and the detection module, the base has a fold shaped channel is arranged, and is arranged on the reflector shape within the channel, the channel has several fold shaped channel angle, the mirror comprises a transparent and semi reflective mirror in one corner of the channel, and is arranged in the mirror of the other channel angle; detection module comprises a heat conducting plate, set two detector module on the same side of the same size and the heat conducting soleplate, this structure makes the two detector module measured light intensity is a linear relationship between the influence caused by the outside world the changes of the environment, easy to eliminate by operation, so as to improve the anti-interference of the system to changes of the external environment, and through the optimization of the two thermal detector module, two detection The influence of temperature on the measurement results of the detector module is reduced.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种长程复合光路非色散红外气体传感系统(NDIR)的设计,属于红外气体检测领域。
技术介绍
非色散红外气体传感(NDIR)技术是一种精度高、稳定性好、寿命长的气体传感技术,其原理是利用特定波长的红外光经过待测气体时被吸收发生衰减,根据衰减前后的光强对比计算出气体的浓度,及比尔-朗伯定律:I=I0·exp(-μCL)。其中,I为有气体吸收时到达探测器的红外光强,I0为没有气体吸收时的光强,C为腔室内气体浓度,L为腔室长度或红外光光程,μ为气体的吸收系数。传统的NDIR系统采用单光路结构,即红外光经光路到达信号探测器和参考探测器所经过的光程相同(即L相同),信号探测器前装备透射波长为待测气体吸收波长的滤光镜,而参考探测器前装备透射波长为非待测气体吸收波长的滤光镜。例如,对于CO2气体的NDIR模块,信号探测器常采用中心透射波长为4.26微米的滤光镜,而参考探测器采用中心透射波长为3.91微米的滤光镜。这样,由于4.26微米波长的红外光经过腔室中的CO2气体后被吸收而发生衰减,而3.91微米波长的红外光则对CO2浓度不敏感,对两路信号测量结果做除法后得到其中,ur为腔室中气体对3.91微米红外光的吸收系数,cr为腔室中吸收波长为3.91微米的气体浓度,这两项的乘积可忽略不计,因此待测气体(CO2)的浓度可简化为,其中,Ir为参考探测器测量的光强,一般为固定值,Is为信号探测器测量的光强,一r>般用电流或电压信号来表征,us为待测气体的吸收系数,通常为常数。事实上,由于外界环境变化,主要是温度波动导致光源辐射温度发生变化,对Ir和Is间的影响为非线性的,从而导致传感器零点漂移,测量精度下降,稳定性变差等。目前有研究解决外部环境变化导致的信号漂移一种可行方法是采用长度不同的直管双光路,信号探测器和参考探测器前的滤光镜的透射波长均为待测气体吸收波长,这样待测气体的浓度为采用该结构时,当外界环境发生变化,环境因素对于Ir和Is的影响为线性的,因此可以通过除法实现过滤掉这些影响因素,提高传感器的性能。然而,实际情况是这种直管双光路由于光路一长一短,会造成两个探测器模组温度无法保持一致,当光源端的温度发生变化时,热量传递到长光路末端的探测器模组和到短光路末端的探测器模组所需要的时间不一致,并且热损耗差异也较大,从而导致产生非线性温漂,使这种结构失去了作用。另一方面,当NDIR气体传感器测量CH4等吸收系数较小的气体,并且分辨率需要达到50PPM以下时,结构上需要较长的吸收光程L,一般的做法是采用是光源和探测模块位于直气管室的同一端,而在直管气室的另一端放置反射镜,使光程增大到原来的两倍左右,但这种结构光源发热导致探测器测量结果产生严重的温漂,而且由于信号光路和参考光路具有相同的光程,无法采用上述双光路技术降低环境影响因素。有鉴于此,有必要提供一种改进的红外气体传感系统以解决上述问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点,本技术的目的在于提供一种长程复合光路的非色散红外气体传感系统(NDIR)的设计,形成光程足够长但不相等的两个光路,并且两个探测器模组具有相同结构和规格,使得外界环境对探测器的影响呈线性关系,两个探测器模组间进行了热学优化从而保持温度一致。为实现上述技术目的,本技术提供了一种红外气体传感系统,包括红外光源;基座,所述基座具有设于内部的折形通道、设置在所述折形通道内的反射镜、以及与所述折形通道相连通的进气口和出气口,所述折形通道具有相邻所述红外光源设置的第一端口、沿所述折形通道延伸方向远离所述第一端口的第二端口,以及位于所述第一端口和第二端口之间的若干通道转角,所述反射镜包括设置在其中一个通道转角的半透半反射镜,以及设置在其余通道转角的全反射镜;探测模块,所述探测模块包括导热底板、设置在所述导热底板同侧且规格相同的两个探测器模组,所述半透半反射镜和第二端口设置在所述基座的同侧,两个所述探测器模组分别对应设置在所述半透半反射镜和第二端口的外侧。作为本技术的进一步改进,所述折形通道包括相互平行的至少三个第一通道,以及连接相邻两个所述第一通道的至少两个第二通道,在高度方向上相邻的两个所述第二通道交错设置,所述通道转角形成在每一所述第一通道和每一第二通道的连接处。作为本技术的进一步改进,所述基座包括基板,以及与所述基板相配合的至少两个安装座,所述第一通道形成在所述基板上且横向贯穿所述基板,第二通道形成在所述基板和所述安装座之间,所述反射镜设置于所述基板和安装座之间的所述通道转角处,且向外贴靠所述安装座。作为本技术的进一步改进,每个所述安装座具有相对设置的两个斜面,及自所述斜面朝内设置的安装槽,当所述基板与所述安装座相配合时,所述斜面为所述通道转角的外切面,所述反射镜配合安装在所述安装槽内,其中用于安装所述半透半反射镜的安装槽沿与之相对的第一通道的延伸方向向外贯通形成一探测孔,所述探测孔的外端口和所述第二端口分别形成为供所述红外气体传感系统探测所述折形通道内红外光光强的第一探测口、第二探测口。作为本技术的进一步改进,所述反射镜为平面镜或弧面镜,当所述反射镜为平面镜时,所述反射镜的镜面与所述红外光源照射的光线形成的夹角范围为0~90度,当所述反射镜为弧面镜时,所述反射镜镜面中心的外切面与所述红外光源照射的光线形成的夹角范围为0~90度。作为本技术的进一步改进,所述折形通道的内壁上镀有金属层,以提高光的反射率。作为本技术的进一步改进,所述探测模块还包括设置在所述导热底板上且与所述基座相连的绝热连接壳,所述绝热连接壳包括两个壳侧壁以及连接两个所述壳侧壁的壳端壁,所述壳端壁设有两个开口,两个所述开口分别与所述半透半反射镜、所述第二端口对应设置。作为本技术的进一步改进,每个所述探测器模组包括探测芯片组、封装在所述探测芯片组外侧的管壳,以及嵌设在所述管壳上的滤光镜,所述探测模组的两个滤光镜分别与两个所述开口对应设置。作为本技术的进一步改进,所述红外气体传感系统还包括与所述探测模块电性连接的控制模块,所述导热底板上设有若干引线孔,以使所述探测芯片组通过导线与所述控制模块电性连接。作为本技术的进一步改进,所述绝热连接壳的壳端壁和壳侧壁由不透光材质制成,或者所述绝热连接壳的壳端壁和壳侧壁上设置有不透光材质。本技术的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外气体传感系统,包括红外光源,其特征在于:还包括:基座,所述基座具有设于内部的折形通道、设置在所述折形通道内的反射镜、以及与所述折形通道相连通的进气口和出气口,所述折形通道具有相邻所述红外光源设置的第一端口、沿所述折形通道延伸方向远离所述第一端口的第二端口,以及位于所述第一端口和第二端口之间的若干通道转角,所述反射镜包括设置在其中一个通道转角的半透半反射镜,以及设置在其余通道转角的全反射镜;探测模块,所述探测模块包括导热底板、设置在所述导热底板同侧且规格相同的两个探测器模组,所述半透半反射镜和第二端口设置在所述基座的同侧,两个所述探测器模组分别对应设置在所述半透半反射镜和第二端口的外侧。

【技术特征摘要】
1.一种红外气体传感系统,包括红外光源,其特征在于:还包括:
基座,所述基座具有设于内部的折形通道、设置在所述折形通道内的
反射镜、以及与所述折形通道相连通的进气口和出气口,所述折形通道具
有相邻所述红外光源设置的第一端口、沿所述折形通道延伸方向远离所述
第一端口的第二端口,以及位于所述第一端口和第二端口之间的若干通道
转角,所述反射镜包括设置在其中一个通道转角的半透半反射镜,以及设
置在其余通道转角的全反射镜;
探测模块,所述探测模块包括导热底板、设置在所述导热底板同侧且
规格相同的两个探测器模组,所述半透半反射镜和第二端口设置在所述基
座的同侧,两个所述探测器模组分别对应设置在所述半透半反射镜和第二
端口的外侧。
2.根据权利要求1所述的红外气体传感系统,其特征在于:所述折形
通道具有相互平行的至少三个第一通道,以及连接相邻两个所述第一通道
的至少两个第二通道,在高度方向上相邻的两个所述第二通道交错设置,
所述通道转角形成在每一所述第一通道和每一第二通道的连接处。
3.根据权利要求2所述的红外气体传感系统,其特征在于:所述基座
包括基板,以及与所述基板相配合的至少两个安装座,所述第一通道形成
在所述基板上且横向贯穿所述基板,第二通道形成在所述基板和所述安装
座之间,所述反射镜设置于所述基板和安装座之间的所述通道转角处,且
向外贴靠所述安装座。
4.根据权利要求3所述的红外气体传感系统,其特征在于:每个所述
安装座具有相对设置的两个斜面,及自所述斜面朝内设置的安装槽,当所
述基板与所述安装座相配合时,所述斜面为所述通道转角的外切面,所述
反射镜配合安装在所述安装槽内,其中用于安装所述半透半反射镜的安装

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【专利技术属性】
技术研发人员:郭安波俞骁
申请(专利权)人:苏州诺联芯电子科技有限公司
类型:新型
国别省市:江苏;32

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