紧凑型红外光学气体吸收池及红外气体传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种紧凑型红外光学气体吸收池，主要由腔体上盖、腔体下盖、红外光源和探测器组成，所述腔体下盖设置有反射面一、反射面二、光学入射孔和光学出射孔，所述红外光源安装在所述光学入射孔处，所述探测器安装在所述光学出射孔处；所述腔体上盖的内壁由反射面三、反射面四、反射面五、反射面六顺序连接而成，并在所述腔体上盖的中央形成中心气体扩散孔。本发明专利技术还提供一种使用上述紧凑型红外光学气体吸收池的红外气体传感器。上述紧凑型红外光学气体吸收池多次利用所述反射面一，可以实现在保证较长光路的情况下，上述吸收池和上述传感器尽可能小，具有结构简单、装配方便、外形小巧、光路长的优点。

Compact Infrared Optical Gas Absorption Cell and Infrared Gas Sensor

The invention provides a compact infrared optical gas absorption cell, which is mainly composed of an upper cover of the cavity, a lower cover of the cavity, an infrared light source and a detector. The lower cover of the cavity is provided with a reflecting surface 1, a reflecting surface 2, an optical incident aperture and an optical exit aperture. The infrared light source is installed at the optical incident aperture, and the detector is installed at the optical exit aperture. The inner wall of the cover is connected sequentially by the reflector 3, the reflector 4, the reflector 5 and the reflector 6, and a central gas diffusion hole is formed in the center of the upper cover of the cavity. The invention also provides an infrared gas sensor using the compact infrared optical gas absorption cell. The compact infrared optical gas absorption cell utilizes the reflecting surface one for many times to realize the advantages of simple structure, convenient assembly, compact shape and long optical path, while guaranteeing a longer optical path.

【技术实现步骤摘要】
紧凑型红外光学气体吸收池及红外气体传感器
本专利技术属于气体传感器
，具体的说，涉及了一种紧凑型红外光学气体吸收池及使用该紧凑型红外光学气体吸收池的红外气体传感器。
技术介绍
红外气体传感器是运用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的目标气体进行探测，具有寿命长、精度高、抗中毒等优点，在气体检测领域广泛应用。红外气体传感器通常有红外光源、光学腔体、探测器、信号采集和处理电路四部分组成，其中，红外光源、光学腔体和探测器安装组合在一起又可以称为红外光学气体吸收池。通常的红外气体传感器采用红外光源在光学腔体的一端发射红外光谱，探测器在光学腔体的另外一端接收红外光谱的光学结构，红外光谱发出后，被光学腔体的目标气体吸收并经光学腔体内壁多次反射后汇聚到探测器上，通过对探测器接收的光谱信号进行分析便得到目标气体的信息。在现有的红外气体传感器中，红外光源和探测器多是圆柱状，红外光源和探测器需要和光学腔体结合成一个完整的光路，而且红外光源和探测器的引脚需要焊接在电路板上，这种现状造成了光学腔体的设计局限于红外光源、探测器和电路板的焊接方式。为了降低传感器整体尺寸，需要减少光学腔体的体积，为了增加红外气体传感器的灵敏度和分辨率又需要一个较长的光路。因此，红外光学气体吸收池为红外气体传感器的核心部件，直接决定红外气体传感器的性能和外形尺寸。所以，合理设计红外光学气体吸收池，有利于红外气体传感器向微小化发展。为此，河南汉威电子股份有限公司于2014年9月5日申请的、申请号为2014104509082、名称为“微型红外气体传感器”的专利技术专利中公开一种微型红外气体传感器，包括光学腔体、信号采集电路板以及分别连接在所述信号采集电路板上的红外光源和探测器，所述光学腔体内设置有光源围挡反射面、反射曲面和接收聚焦反射面，其中，所述光源围挡反射面分别对应所述红外光源、所述反射曲面设置以便将所述红外光源发出的光会聚并射向所述反射曲面或/和经所述光学腔体内壁多次反射后射向所述反射曲面，所述反射曲面对应所述接收聚焦反射面设置以便将射向所述反射曲面的光会聚并射向所述接收聚焦反射面或/和经所述光学腔体内壁多次反射后射向所述接收聚焦反射面，所述接收聚焦反射面对应所述探测器设置以便将射向所述接收聚焦反射面的光会聚并射向所述探测器。通过上述设计，使得所述微型红外气体传感器在保证长光路的情况下，所述光学腔体尽可能小。然而，上述微型红外气体传感器的红外光学气体吸收池中的光路增长有限，传感器的尺寸的仍不足够小，不能满足现有的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术确有必要提供一种紧凑型红外光学气体吸收池及使用该紧凑型红外光学气体吸收池的红外气体传感器，能够在保证红外气体传感器的性能的同时进一步增长光路，使得红外气体传感器更加小型化。为此，本专利技术所采用的技术方案是：一种紧凑型红外光学气体吸收池，主要由腔体上盖、腔体下盖、红外光源和探测器组成，其中，所述腔体下盖设置有反射面一、反射面二、光学入射孔和光学出射孔，所述腔体下盖的内壁由位于中央的所述反射面一和围绕该反射面一设置的下盖侧面组成，所述反射面二、所述光学入射孔和所述光学出射孔间隔设置在所述反射面一的周围，所述反射面二在竖直方向上侧立设置在所述反射面一上，所述光学入射孔和所述光学出射孔均同时贯穿所述反射面一和所述下盖侧面，所述红外光源安装在所述光学入射孔处，所述探测器安装在所述光学出射孔处，使所述反射面二、所述红外光源和所述探测器的中心位于同一圆周上；所述腔体上盖和所述腔体下盖配合形成光学腔体，所述腔体上盖的内壁由反射面三、反射面四、反射面五、反射面六顺序连接而成，并在所述腔体上盖的中央形成中心气体扩散孔，使得所述光学腔体为半封闭结构，所述反射面三、所述反射面四、所述反射面五和所述反射面六的顶点位于同一圆周上。基于上述，所述反射面二、所述红外光源和所述探测器的中心所在的圆周的圆心与所述反射面一的球心位于同一直线上。基于上述，所述反射面三、所述反射面四、所述反射面五和所述反射面六的顶点所在的圆周的圆心、所述中心气体扩散孔的中心以及所述反射面一的球心位于同一直线上。基于上述，所述腔体上盖中相邻的两个反光曲面分别在所述腔体上盖内壁的边缘形成边缘气体扩散孔。基于上述，所述腔体上盖与所述腔体下盖间采用胶封连接。基于上述，所述腔体上盖与所述腔体下盖通过设置定位凸台和定位凹槽定位。具体地，当所述腔体上盖上设置所述定位凸台时，所述腔体下盖上设置所述定位凹槽；当所述腔体上盖上设置所述定位凹槽时，所述腔体下盖上设置所述定位凸台。基于上述，所述反射面一、所述反射面二、所述反射面三、所述反射面四、所述反射面五和所述反射面六均为凹面反射镜。本专利技术还提供一种红外气体传感器，包括：上述紧凑型红外光学气体吸收池和信号采集电路板，所述红外光源和所述探测器分别连接所述信号采集电路板。基于上述，它还包括设置在所述腔体上盖外部的防水透气膜。基于上述，它还包括容纳所述紧凑型红外光学气体吸收池和所述信号采集电路板的壳体。本专利技术提供的所述紧凑型红外光学气体吸收池由所述红外光源发出红外光经过所述反射面三的反射，汇聚到所述反射面一上，光束再经过所述反射面一的反射，汇聚到所述反射面四上，后续依次汇聚到所述反射面四、所述反射面二、所述反射面六、所述反射面一、所述反射面五，光束经过所述反射面五的反射后，最终汇聚到所述探测器接收面上，所以，本专利技术提供的上述紧凑型红外光学气体吸收池经过腔体上盖、腔体下盖的相关反光曲面，进行了7次反射，做到了8倍空间距离的光程，实现了相对较长光程的设计目标，有利于该吸收池尽可能小，从而使得使用上述紧凑型红外光学气体吸收池的红外气体传感器具有较长的光程，有利于其向小型化发展。另外，上述紧凑型红外光学气体吸收池在所述腔体下盖的中央的反射面一作为一个多次利用的反射曲面，通过其它相关反光曲面的调整，使该紧凑型红外光学气体吸收池的入射光和出射光均垂直于腔体下盖端面，方便了红外光源和探测器的安装调试，有利于使用该吸收池的红外气体传感器的批量化生产。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的紧凑型红外光学气体吸收池的拆分图。图2是图1所示的腔体上盖结构示意图。图3是图1所示的腔体下盖结构示意图。图4是本专利技术实施例一提供的紧凑型红外光学气体吸收池的模型光路原理图。图5是本专利技术实施例二提供的紧凑型红外光学气体吸收池使用的腔体上盖结构示意图。图6是使用本专利技术实施例三提供的红外气体传感器的剖视图。图7是图6所示的红外气体传感器的拆分图。图中：1、10腔体上盖，11、101反射面三，12、102反射面四，13、103反射面五，14、104反射面五，15中心气体扩散孔，16边缘气体扩散孔，17定位凹槽，2腔体下盖，21反射面一，22反射面二，23光学入射孔，24光学出射孔，25下盖侧面，27定位凸台，3红外光源，4探测器，5信号采集电路板，6壳体，7防水透气膜，8管脚。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。实施例一请参阅图1至图3，本专利技术实施例提供一种紧凑型红外光学气体吸收池，主要由腔体上盖1、腔体下盖2、红外光源3和探测器4组成。所述腔体上盖1和所述腔体下盖2安装在一起形成光学腔体，该光学腔体外观总体上呈圆柱形。本实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑型红外光学气体吸收池，主要由腔体上盖、腔体下盖、红外光源和探测器组成，其特征在于：所述腔体下盖设置有反射面一、反射面二、光学入射孔和光学出射孔，所述腔体下盖的内壁由位于中央的所述反射面一和围绕该反射面一设置的下盖侧面组成，所述反射面二、所述光学入射孔和所述光学出射孔间隔设置在所述反射面一的周围，所述反射面二在竖直方向上侧立设置在所述反射面一上，所述光学入射孔和所述光学出射孔均同时贯穿所述反射面一和所述下盖侧面，所述红外光源安装在所述光学入射孔处，所述探测器安装在所述光学出射孔处，使所述反射面二、所述红外光源和所述探测器的中心位于同一圆周上；所述腔体上盖和所述腔体下盖配合形成光学腔体，所述腔体上盖的内壁由反射面三、反射面四、反射面五、反射面六顺序连接而成，并在所述腔体上盖的中央形成中心气体扩散孔，使得所述光学腔体为半封闭结构，所述反射面三、所述反射面四、所述反射面五和所述反射面六的顶点位于同一圆周上。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型红外光学气体吸收池，主要由腔体上盖、腔体下盖、红外光源和探测器组成，其特征在于：所述腔体下盖设置有反射面一、反射面二、光学入射孔和光学出射孔，所述腔体下盖的内壁由位于中央的所述反射面一和围绕该反射面一设置的下盖侧面组成，所述反射面二、所述光学入射孔和所述光学出射孔间隔设置在所述反射面一的周围，所述反射面二在竖直方向上侧立设置在所述反射面一上，所述光学入射孔和所述光学出射孔均同时贯穿所述反射面一和所述下盖侧面，所述红外光源安装在所述光学入射孔处，所述探测器安装在所述光学出射孔处，使所述反射面二、所述红外光源和所述探测器的中心位于同一圆周上；所述腔体上盖和所述腔体下盖配合形成光学腔体，所述腔体上盖的内壁由反射面三、反射面四、反射面五、反射面六顺序连接而成，并在所述腔体上盖的中央形成中心气体扩散孔，使得所述光学腔体为半封闭结构，所述反射面三、所述反射面四、所述反射面五和所述反射面六的顶点位于同一圆周上。2.根据权利要求1所述的紧凑型红外光学气体吸收池，其特征在于：所述反射面二、所述红外光源和所述探测器的中心所在的圆周的圆心与所述反射面一的球心位于同一直线上。3.根据权利要求2所述的紧凑型红外光学气体吸收池，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海永，杨清永，冯山虎，郑国锋，侯贤祥，康宁，张华杰，
申请(专利权)人：汉威科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41