气室以及使用该气室制造气体传感器的方法技术

本发明专利技术涉及一种光腔以及一种使用所述光腔制造的气室。光腔是气室最重要的元件，利用气体的光吸收特性测量气体密度。气室包括两个二次抛物线凹面镜，二者共用一个焦点和一根光轴。朝焦点入射的光由两个二次抛物线凹面镜反射从而光可以平行于光轴传播，并且平行于光轴入射的光可以在由两个二次抛物线凹面镜反射后经过焦点。光腔包括两个二次抛物线凹面镜，二者具有不同焦距，彼此相对排列，从而利用其反射特性使它们共焦。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造气室的方法，所述气室是使用NDIR(非色散红外)技术的气体密度测量装置的最重要元件。更具体地，本专利技术涉及一种具有光腔的气室的制造方法，其中所述气室适于多种应用并具有简单的几何结构，便于光路分析；以及一种使用所述气室制造气体传感器的方法。
技术介绍
随着大众对大气环境关注的增加，通过精确地检测大气中所含的有毒气体或者工厂产生的有毒气体防止意外事故的技术变得日益重要。在这一领域，需要提供适于狭窄空间的便携式气体传感器或小尺寸气体传感器以及大尺寸气体传感器。为此已经进行了很多努力，以便制造重量轻的小尺寸气室。即，在设计气室时，气室的小型化和轻量化已经成为考虑的主要因素，而气室是检测气体的最重要元件。另外，还需要将有限尺寸的气室的效率最大化。由于NDIR气室测量气体对于穿过气体的光的光吸收率，因此努力延长光路，并且已经得到一些实际结果。为了在有限空间内得到较长的光路，利用镜子使光在气室的光腔内反射几次。为此，提出了具有各种几何结构的光腔，但延长光路的问题依然存在。导致这些问题的一个因素是光源或光检测器的尺寸。即，由于光源或光检测器的尺寸在光腔中不容忽略，因此难以得到小尺寸的实用光腔。为解决上述问题，将镜子按几何结构排列在光腔中。但是，在这种情况下，由于几何结构复杂而难以分析光路。即，由于具有复杂几何结构的光腔不容易修改，因此为了修改光强必须基于多个模拟试验得到最佳光路。另外，如果由于光腔制造工艺过程中出现缺陷而使分析光腔所用的因子出现小的变化，就不可能得到所需的光腔。因此，必须精确地制造光腔。基于此原因，只能花费高昂的成本和大量的时间来制造光腔。
技术实现思路
因此，在考虑上述问题的情况下提出本专利技术，本专利技术的一个目的是提供一种气室的制造方法和分析过程，所述气室与传统气室相比具有优异的光测量特性，其中所述气室是气体传感器的重要元件，所述气体传感器利用气体的光吸收特性通过NDIR(非散射红外)技术测量气体密度。最近，使用NDIR技术测量气体密度的方法得到重视，因为它在低测量成本下具有较好的精度和准确度。根据上述方法，基于气体对具有预定波长的光的光吸收特性，当具有预定波长的光射入气体时，测量气体的光吸收，从而检测气体的密度。例如，由于CO2对波长4.3μm的红外线具有较好的光吸收特性，因此将波长4.3μm的红外线射入CO2，用以测量CO2的密度。即，通过将CO2密度为“0”时光检测器检测的红外线强度与红外线被CO2吸收之后残存的剩余红外线强度进行对比，从而计算CO2的密度。在这种情况下，如果光在气体中的长度(即，气体中的光路)增大，则光检测器检测的光强度下降。结果，入射光强度与输出光强度明显不同，因此可以精确地测量气体密度。总之，根据利用NDIR技术测量气体密度的方法，制造能在有限空间区域内延长光路的光腔非常重要。为此，本专利技术提供一种气室的制造方法和分析过程，所述气室具有利用两个抛物线凹面镜显著延长光路的光腔，所述两个凹面镜具有一个焦点和光轴。即，本专利技术提供一种包括光腔的气室，所述气室与传统气室相比具有优良的特性，从而通过使用所述气室可以制造能精确测量气体密度的气体传感器。如上所述，为了制造能在有限尺寸内延长光路的气室，必须满足以下条件。换句话说，本专利技术提供一种满足以下条件的气室以及一种恰当地分析所述气室的方法。1)使用具有所需几何结构的透镜或镜子设计光腔。此时，透镜或镜子必须具有简单的几何结构。在这种情况下，可以容易地实现系统分析，并且以低成本在短时间周期内制造光腔。2)光腔的光学系统必须稳定。即，即使由于外部冲击或者在气室制造过程中可能出现的缺陷而使光线略微偏离所需的光路，也必须将光稳定地会聚到光检测器上。为此，即使输入参数(光源参数)变化，也必须稳定地输出光(光检测值)。因此，本专利技术提供一种制造满足上述条件的光腔的方法以及一种使用光路比传统光腔的光路更长的光腔而制造气室的方法。根据本专利技术，如图1所示，两个二次抛物线型的凹面镜彼此相对排列，从而即使它们具有不同焦距，也使它们具有公共的焦点和公共的光轴。另外，光源处于两个抛物线凹面镜的交叉点，以使得光源面对焦点，并且光检测器处于光轴上。根据上述结构，由光源射出的光经过焦点并且被凹面镜反射几次。然后，光会聚到光轴上，从而可以利用光检测器检测光。这样，即使由于光源在制造过程中出现缺陷从而光源略微偏离了焦点，也能获得会聚光。因此，本专利技术提供一种使用抛物线凹面镜的系统，它具有简单的结构并且容易分析。该系统具有稳定的光检测特性。下面将详细地说明本专利技术的结构。为了实现上述结构，得到具有满足以下条件的特性的凹面镜数学函数，并且提供一种利用此凹面镜的光学会聚系统。①经过凹面镜的焦点入射的光必须在其从镜面反射之后平行于光轴传播。②平行光轴入射的光在其从镜面反射之后经过焦点传播。如上所述，由于使用二次抛物线型的凹面镜制造根据本专利技术的气室的光腔，因此容易制造和分析气室的光腔。制造根据本专利技术的光腔必须考虑参数p、p′、L1和L2。本专利技术还提供几个数学方程，从而通过恰当地调节上述参数来制造和分析光腔。因此，通过恰当地修改所述数学方程，可以制造具有所需特性的气室，并且还可以使用所述气室制造所需的气体传感器。另外，根据本专利技术的光腔，即使由于外部冲击或者在气室制造过程中可能出现的缺陷使得光略微偏离了所需光路，光也可以稳定地会聚到光检测器。因此，即使输入参数(光源参数)变化，也可以稳定地输出光(光检测值)。即，根据本专利技术的气室的光腔，即使光相对所需的光路略微发散，也可以使光稳定地会聚到光检测器，从而减少光强度浪费。此外，根据本专利技术的光腔的光路比传统光腔的光路更长，因此可以精确地制造气室。在大多数传统光腔中，通过组合多个凹面镜和凸面镜以及透镜，经过执行多次模拟试验得出所需的光路。但是，这种传统方案不仅需要反复进行的工艺调试过程，而且需要大量人力。另外，传统方案为了制造和测试气体气室而造成时间和成本的浪费，从而导致制造气室的成本增加。根据本专利技术，由于光腔具有简单结构并能以简单方式进行数学分析，因此可以在低成本下在短时间周期内制造光腔。结果，本专利技术的光腔可以减小制造气室的成本，并适合消费者的需求。附图说明图1表示根据本专利技术一个实施例，使用两个二次抛物线型的凹面镜的光腔；图2表示用于制造根据本专利技术一个实施例的光腔的二次抛物线；图3表示根据本专利技术一个实施例的光腔的光路特征； 图4用于解释根据本专利技术一个实施例的光腔中，与光源和光检测器的尺寸有关的光路状况的计算过程；图5表示根据本专利技术一个实施例，在包括两条焦距相同的抛物线的光腔中，当光在传播同时偏离了焦点时的光路分析过程；以及图6表示根据本专利技术一个实施例，在包括两条焦距不同的抛物线的光腔中，当光在传播同时偏离焦点时的光路分析过程。具体实施例方式下面将参考附图描述本专利技术的结构。图1表示根据本专利技术一个实施例，使用两个二次抛物线型的凹面镜的光腔。在抛物线凹面镜中，朝焦点入射的光在其被镜面反射后平行光轴传播，平行光轴入射的光在其被镜面反射之后经过焦点。基于抛物线凹面镜的上述反射特性，如图1所示，两个凹面镜彼此相对排列，使从具有焦距p和p′的两个二次函数得到的两个凹面镜共焦，由此形成光腔。此时，光源位于位置A0并朝向焦点，光检测器沿-x本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气室，包括：光腔，所述光腔在光学上是封闭的，并且包括彼此相对排列的两个凹面镜，其中入射到所述光腔的光从所述凹面镜交替反射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李承焕，朴正翼，
申请(专利权)人：ELT株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]