一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器制造技术

一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器,涉及基于非分光型红外气体传感器领域,为了解决现有用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器中光通量投射不均、检测误差大的问题。上壁透气板、六棱台气体腔室侧壁和探测器底板围合成六棱台气体腔室，上壁透气板和六棱锥形反射板上均打有透气孔；探测器底板的中央设有红外光源，红外光源的周围均匀分布6个探测器，红外光源发射的准直红外光依次经六棱锥形反射板的底面和六棱台气体腔室侧壁的内壁反射后形成的6路光分别入射至6个聚光透镜，经聚光透镜聚焦后再通过滤光片滤光，最终入射至相应探测器。适用于检测多种气体，本发明专利技术的检测精度高、体积小。

A Non-spectroscopic Infrared Gas Sensor for Detecting Various Gases

A non-spectroscopic infrared gas sensor suitable for multi-gas detection involves the field of non-spectroscopic infrared gas sensor. In order to solve the problems of uneven light flux projection and large detection error in the existing non-spectroscopic infrared gas sensor for multi-gas detection. The upper wall gas permeable plate, the side wall of the hexagonal gas chamber and the bottom plate of the detector are surrounded by the synthetic hexagonal gas chamber. The upper wall gas permeable plate and the hexagonal pyramid reflector plate are perforated with air permeability holes. The center of the detector bottom plate is equipped with an infrared light source, and six detectors are evenly distributed around the infrared light source. Six channels of light reflected from the inner wall of the chamber side wall are incident to six focus lenses respectively. After focusing by the focus lens, the light is filtered through the filter and eventually incident to the corresponding detector. The invention is suitable for detecting various gases, and has high detection accuracy and small volume.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器
本专利技术涉及基于非分光型红外气体传感器领域。
技术介绍
随着社会现代化、工业化的发展，人们在生产生活中对于气体检测的要求逐步提高，气体传感器因此向着多功能、高精度、小型化发展。红外气体传感器是一种精度高、可靠性好、不易中毒的气体传感器，其检测原理为红外光谱吸收原理，即不同极性分子会对特定波长的红外线进行选择性吸收进而引起分子内部能级跃迁，不同的极性分子具有不同的红外吸收峰，且根据朗伯比尔定律，特定频率的红外光在经过不同浓度的气体吸收后会产生不同程度的能量衰减，根据此原理红外气体传感器可以对气体种类及浓度进行检测。红外气体传感器分为分光型红外气体传感器与非分光型红外气体传感器，分光型红外气体传感器是利用棱镜、光栅和干涉仪等分光方法分离出特定谱线的红外光，进而对特定气体分子进行检测，其整体尺寸大，不易进行移动检测，稳定性较差；非分光型红外气体传感器则在红外探测器前端加载窄带滤光片，对已经经过气体吸收的红外光进行滤光处理，继而检测其红外光能，非分光型红外气体传感器集成度高、体积小且稳定性好，适用于进行多气体传感器设计，非分光型红外气体传感器中朗伯比尔定律应用表达式为：其中，I0为红外光入射强度，I为红外光出射强度，K为气体吸收系数，L为红外光吸收有效光程，C为吸收红外光气体浓度；气体吸收系数K值为常数，由式可知红外气体传感器检测出的气体浓度值与红外光入射出射强度比值、红外光吸收有效光程长度呈函数相关，为防止探测器噪声等随机干扰因素对检测结果带来不利影响，其中红外入射光强度I0值由非分光型红外气体传感器中参考通道探测得到，参考通道与检测通道所用探测器相同，只是滤光片透射频率不同，参考通道滤光频率设置为除目标气体吸收频率外的其他合适频率，红外光出射强度I值由非分光型红外气体传感器目标气体探测通道探测得到，其所用滤光片为可透过目标气体吸收频率光的窄带滤光片，参考通道的引进可以有效消除噪声、光源不稳定等带来的误差，由此原理可知，参考通道的引进前提是红外探测器在参考通道与探测通道中所接受的光通量是一致的，这样参考通道的探测结果才有参考价值，这一限制因素也使得非分光型红外气体传感器在探测气体种类多样化的发展路途中受到一定阻碍，因为红外光源在经过红外气体腔室反射后对探测器平面的投射光通量并不完全均匀，增加探测气体种类意味着增加探测通道探测面，其接受光通量的不均匀程度相应增加，参考通道与探测通道探测面所接收光通量差值增大，使得传感器误差增大，精度减小。因此一种能够同时探测多种类气体的高精度非分光型红外气体传感器亟待研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器中光通量投射不均、检测误差大的问题，从而提供一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器。本专利技术所述的一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器，包括上壁透气板1、六棱锥形反射板3、六棱台气体腔室侧壁4、聚光透镜5、滤光片6、探测器7、红外光源8和探测器底板9；六棱台气体腔室侧壁4的顶部设有六棱锥形反射板3，六棱锥形反射板3上盖合上壁透气板1，六棱台气体腔室侧壁4的底部设有探测器底板9，上壁透气板1、六棱台气体腔室侧壁4和探测器底板9围合成六棱台气体腔室，六棱锥形反射板3的底面和六棱台气体腔室侧壁4的内壁均涂有反光材料，上壁透气板1和六棱锥形反射板3上均打有透气孔；探测器底板9的中央设有红外光源8，红外光源8的周围均匀分布6个探测器7，6个探测器7的接收面均设有滤光片6，红外光源8发射的准直红外光依次经六棱锥形反射板3的底面和六棱台气体腔室侧壁4的内壁反射后形成的6路光分别入射至6个聚光透镜5，经聚光透镜5聚焦后再通过滤光片6滤光，最终入射至相应探测器7。优选的是，还包括透气滤水层2；透气滤水层2设置在上壁透气板1和六棱锥形反射板3之间。优选的是，六棱台气体腔室侧壁4内还设有6个直角形分隔板4-1，分隔板4-1的高度与六棱台气体腔室侧壁4的高度相当，分隔板4-1的斜边与六棱台气体腔室侧壁4的棱吻合并固定连接。优选的是，还包括6个透镜支撑架10；透镜支撑架10与探测器7一一对应；6个透镜支撑架10均设置在探测器底板9上，探测器7位于相应透镜支撑架10内，聚光透镜5固定在于透镜支撑架10顶部。优选的是，透镜支撑架10为空心四棱柱结构。优选的是，探测器7为热释电探测器。优选的是，红外光源8为广谱红外光源。本专利技术的红外光源发射出的红外光经过六棱锥形反射板和六棱台气体腔室侧壁两次反射后，投射到位于探测器底板上设有聚光透镜及滤光片的探测器上。本专利技术通过设计六棱台气体腔室，使红外光线更均匀地投射到多个探测器上，增多了红外气体传感器一次探测的气体种类，并提高了非分光型红外气体传感器的检测精度，降低检测误差，而且本专利技术的气体传感器的体积小。附图说明图1是具体实施方式一所述的一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器的结构示意图；为便于观察，各部分离散开；图2是具体实施方式三中的六棱台气体腔室侧壁的结构示意图；图3是具体实施方式五中的一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器的光路仿真图；图4是具体实施方式五中的探测器底板平面的整体光路辐照度分析图；图5至图10分别是具体实施方式五中的6个探测器对应的辐照度分析图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器，包括上壁透气板1、六棱锥形反射板3、六棱台气体腔室侧壁4、聚光透镜5、滤光片6、探测器7、红外光源8和探测器底板9；六棱台气体腔室侧壁4的顶部设有六棱锥形反射板3，六棱锥形反射板3上盖合上壁透气板1，六棱台气体腔室侧壁4的底部设有探测器底板9，上壁透气板1、六棱台气体腔室侧壁4和探测器底板9围合成六棱台气体腔室，六棱锥形反射板3的底面和六棱台气体腔室侧壁4的内壁均涂有反光材料，上壁透气板1和六棱锥形反射板3上均打有透气孔；探测器底板9的中央设有红外光源8，红外光源8的周围均匀分布6个探测器7，6个探测器7的接收面均设有滤光片6，红外光源8发射的准直红外光依次经六棱锥形反射板3的底面和六棱台气体腔室侧壁4的内壁反射后形成的6路光分别入射至6个聚光透镜5，经聚光透镜5聚焦后再通过滤光片6滤光，最终入射至相应探测器7。本实施方式的气体传感器置于待测环境中，六棱锥形反射板3的底面和六棱台气体腔室侧壁4的内壁均为反光面，以保证红外光源的反射效果；上壁透气板1和六棱锥形反射板3上均打有透气孔，以方便气体渗透检测。探测器底板9为具有一定厚度的正六边形底板。6个探测器7上方设置不同滤光波长的滤光片6，6个探测器中，选取其中一个为参考通道探测器，其余5个为可探测5种不同气体的探测器。本实施方式中所用的红外光源8为具有准直效果的广谱光源，其发射出的红外光近似于平行光线，由红外光源8发射出的准直平行光线经六棱锥形反射板3发生第一次均分反射，再经六棱台气体腔室侧壁4内壁发生第二次反射后分为6路光线，经聚光透镜5与滤光片6的聚光、滤光后投射到6个独立的热释电探测器上，其中一路探测器设置为参考通道，其他五路探测器根据所探测气体种类选择滤光片。本实施方式通过对气体腔室及探测器分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器，其特征在于，包括上壁透气板(1)、六棱锥形反射板(3)、六棱台气体腔室侧壁(4)、聚光透镜(5)、滤光片(6)、探测器(7)、红外光源(8)和探测器底板(9)；六棱台气体腔室侧壁(4)的顶部设有六棱锥形反射板(3)，六棱锥形反射板(3)上盖合上壁透气板(1)，六棱台气体腔室侧壁(4)的底部设有探测器底板(9)，上壁透气板(1)、六棱台气体腔室侧壁(4)和探测器底板(9)围合成六棱台气体腔室，六棱锥形反射板(3)的底面和六棱台气体腔室侧壁(4)的内壁均涂有反光材料，上壁透气板(1)和六棱锥形反射板(3)上均打有透气孔；探测器底板(9)的中央设有红外光源(8)，红外光源(8)的周围均匀分布6个探测器(7)，6个探测器(7)的接收面均设有滤光片(6)，红外光源(8)发射的准直红外光依次经六棱锥形反射板(3)的底面和六棱台气体腔室侧壁(4)的内壁反射后形成的6路光分别入射至6个聚光透镜(5)，经聚光透镜(5)聚焦后再通过滤光片(6)滤光，最终入射至相应探测器(7)。

【技术特征摘要】
1.一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器，其特征在于，包括上壁透气板(1)、六棱锥形反射板(3)、六棱台气体腔室侧壁(4)、聚光透镜(5)、滤光片(6)、探测器(7)、红外光源(8)和探测器底板(9)；六棱台气体腔室侧壁(4)的顶部设有六棱锥形反射板(3)，六棱锥形反射板(3)上盖合上壁透气板(1)，六棱台气体腔室侧壁(4)的底部设有探测器底板(9)，上壁透气板(1)、六棱台气体腔室侧壁(4)和探测器底板(9)围合成六棱台气体腔室，六棱锥形反射板(3)的底面和六棱台气体腔室侧壁(4)的内壁均涂有反光材料，上壁透气板(1)和六棱锥形反射板(3)上均打有透气孔；探测器底板(9)的中央设有红外光源(8)，红外光源(8)的周围均匀分布6个探测器(7)，6个探测器(7)的接收面均设有滤光片(6)，红外光源(8)发射的准直红外光依次经六棱锥形反射板(3)的底面和六棱台气体腔室侧壁(4)的内壁反射后形成的6路光分别入射至6个聚光透镜(5)，经聚光透镜(5)聚焦后再通过滤光片(6)滤光，最终入射至相应探测器(7)。2.根据权利要求1所述的一种适用于多种气体检测的非分光型红外气体传感器，其特征在于，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：施云波，刘合欢，冯侨华，唐博伦，葛佳欣，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23