一种低功耗微型红外气体传感器及其实现方法技术

本发明专利技术公开了红外气体传感技术领域中的一种低功耗微型红外气体传感器及其实现方法，该传感器包括光学气室和电路板，光学气室中气室上盖上设有进气通道，气室底座上设有光源和探测器，光源和探测器均与电路板连接，反射壁的截面呈椭圆形，光源和探测器分别与该椭圆的两个焦点位置对应；该方法包括填充气体、发出中红外光并反射，探测器探测光信号并输出电信号，双通道进行差分计算得到待测气体浓度。本发明专利技术通过设计椭圆弧形反射镜结构，在保证较大光程的前提下，使光信号经过单次反射即可达到光探测器，有效解决因为光源发散和多次反射而导致光损耗增大的问题，提高光信号的利用率，从而降低光源的功耗，实现低功耗红外气体传感器。器。器。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗微型红外气体传感器及其实现方法


[0001]本专利技术涉及中红外气体传感
，具体的说，是涉及一种低功耗微型红外气体传感器及其实现方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国经济的高速发展，工业气体在国民经济中的比重越来越高，广泛应用于石油、化工、农业、医疗、食品、清洁能源、城市居民等领域。工业气体往往具有燃烧性、毒害性、窒息性、爆炸性等特点，当其浓度超出安全许可范围，容易导致安全事故发生，因此，对工业气体浓度的有效监测是保障气体安全的重要手段。工业气体传感器作为气体安全的重要保障，具有巨大的市场需求，且近年来逐步向低功耗、微型化、便携式方向发展。
[0003]红外光学气体传感器具有响应快、测量精度高、抗干扰能力强、使用寿命长等优点，且不会出现有害气体中毒、老化等现象，受到市场的广泛认可。其工作原理是利用气体分子因固有的振动、转动频率，而对特定波长的红外光信号具有吸收作用，且光吸收强度与气体分子浓度呈正相关。因此，通过探测与气体分子相互作用的特定波长光信号功率变化，即可实现对特定气体浓度的精确检测。
[0004]目前，现有技术中常见红外气体传感器使用卤素灯红外光源。为保障传感器中光探测器能获得足够强的光信号，最直接的方法就是增强光源的发光效率。然而，红外光源的发光强度越大，功耗也就越大，其已成为当前红外气体传感器功耗的主要来源，不利于满足红外气体传感器向着小体积、低功耗、低成本方向发展的需求。另外，现有的一些红外气体传感器为了产品的小体积化，需要在有限体积内实现光线的多次反射，这无疑也就增加了光能的损耗。
[0005]上述缺陷，值得解决。

技术实现思路

[0006]为了克服现有的技术的不足，本专利技术提供一种低功耗微型红外气体传感器及其实现方法，其通过设计椭圆弧形反射镜结构，在保证较大光程的前提下，使光信号经过单次反射即可达到光探测器，有效解决因为光源发散和多次反射而导致光损耗增大的问题，提高光信号的利用率，从而降低光源的功耗，实现低功耗红外气体传感器。
[0007]本专利技术技术方案如下所述：一方面，一种低功耗微型红外气体传感器，其特征在于，包括光学气室和电路板，所述光学气室包括气室上盖、反射壁及气室底座，所述反射壁位于所述气室上盖和所述气室底座之间，所述气室上盖上设有进气通道，所述气室底座上设有光源和探测器，所述光源和所述探测器均与所述电路板连接，其特征在于，所述反射壁的截面呈椭圆形，所述光源和所述探测器分别与该椭圆的两个焦点位置对应。
[0008]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述气室上盖上设有向下倾斜的斜面反射
镜，所述斜面反射镜位于所述探测器的正上方。
[0009]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述反射壁的上端设有上凸起，所述上凸起插入所述气室上盖内，所述反射壁的下端设有下凸起，所述下凸起插入所述气室底座内。
[0010]进一步的，所述上凸起插入所述气室上盖的进气通道内，所述气室底座上设有固定槽，所述下凸起插入所述固定槽内。
[0011]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述光学气室内设有光源反射镜，所述光源反射镜位于所述光源与所述探测器之间。
[0012]根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述光学气室的内壁涂覆有反光材料。
[0013]另一方面，一种低功耗微型红外气体传感器的实现方法，其特征在于，待测气体充盈于光学气室内；位于椭圆形的光学气室其中一个焦点处的光源发出中红外光，中红外光照射反射壁后进行反射，经过所述反射壁反射的光线射入位于椭圆形的光学气室另一焦点处的探测器内；所述探测器中的测量通道探测与所述待测气体吸收光谱相同的红外光信号，参考通道探测不被所述待测气体吸收的中红外光信号，并且所述测量通道和所述参考通道将探测的红外光信号转化为电信号输出；所述参考通道的电信号输出与所述测量通道的电信号输出做差分计算，再由差分值计算得到所述待测气体的浓度。
[0014]根据上述方案的本专利技术，其有益效果在于，本专利技术通过椭圆弧形反射镜结构的设计，在保证较大光程的前提下，使中红外光信号经过单次反射即可达到光探测器，有效解决因为光源发散和多次反射而导致光损耗增大的问题，提高光信号的利用率，从而降低光源的功耗，实现低功耗红外气体传感器，同时可以实现气体传感器的小型化设计，达到本领域常用的电化学传感器的标注尺寸，实现与现有气体传感器仪表的兼容。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术另一视角结构示意图；图3为本专利技术的结构分解图；图4为本专利技术另一视角的结构分解图；图5为本专利技术的侧面剖视图；图6为椭圆内的光路原理图；图7为本专利技术的光路图；图8为测量信号和甲烷气体浓度的变化曲线图。
[0016]在图中，10-气室上盖；11-斜面反射镜；12-光源反射镜上安装孔；13-进气通道；20-反射壁；21-上凸起；22-下凸起；30-气室底座；31-光源；32-探测器；321-测量通道；322-参考通道；33-固定槽；34-光源反射镜；40-电路板；41-信号处理电路元器件。
[0017]具体实施方式
[0018]下面结合附图以及实施方式对本专利技术进行进一步的描述：如图1至图7所示，一种低功耗微型红外气体传感器，包括光学气室和电路板40，光学气室包括气室上盖10、反射壁20及气室底座30，反射壁20位于气室上盖10和气室底座30之间。光学气室的内壁涂覆有反光材料。优选的，选用金作为反光材料，使得光学气室的内壁涂覆金层。
[0019]气室上盖10上设有进气通道13，使得气室内部的气体浓度和外界环境气体浓度保持一致。气室底座30上设有光源31和探测器32，且光源31和探测器32均位于气室底座30的上表面，其中光源31用于发射中红外光信号，探测器32用于探测穿过待测气体后的光信号。光源31和探测器32均与电路板40连接，电路板40上设有信号处理电路元器件41，用于实现光源31的发射及吸收光信号的处理，光源31发出的中红外信号经过光学气室的待测气体吸收后被探测器32接收，探测器32的信号由电路板40上的信号处理电路元器件41及对应线路处理后输出待测气体的浓度值，实现对气体浓度的检测。
[0020]反射壁20的内壁为反光面，且反射壁20的截面呈椭圆形，光源31和探测器32分别与该椭圆的两个焦点位置对应，通过将光源31和探测器32分别置于椭圆的两个焦点，使得光源31发出的光线经过反射壁20的反射后直接射入探测器32，在保证较大光程的前提下，使光信号经过单次反射即可达到光探测器32，有效解决因为光源31发散和多次反射而导致光损耗增大的问题，既能节省传感器光路占用的空间，实现传感器的小型化设计，同时能够提高光信号的利用率，实现低功耗、低成本设计。
[0021]反射壁20的上端设有上凸起21，上凸起21插入气室上盖10内，反射壁20的下端设有下凸起22，下凸起22插入气室底座30内。
[0022]进气通道13可以为通孔也可以是栅孔，进气通道13设计为栅孔时，上凸起21插入气室上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗微型红外气体传感器，其特征在于，包括光学气室和电路板，所述光学气室包括气室上盖、反射壁及气室底座，所述反射壁位于所述气室上盖和所述气室底座之间，所述气室上盖上设有进气通道，所述气室底座上设有光源和探测器，所述光源和所述探测器均与所述电路板连接，其特征在于，所述反射壁的截面呈椭圆形，所述光源和所述探测器分别与该椭圆的两个焦点位置对应。2.根据权利要求1所述的低功耗微型红外气体传感器，其特征在于，所述气室上盖上设有向下倾斜的斜面反射镜，所述斜面反射镜位于所述探测器的正上方。3.根据权利要求1所述的低功耗微型红外气体传感器，其特征在于，所述反射壁的上端设有上凸起，所述上凸起插入所述气室上盖内，所述反射壁的下端设有下凸起，所述下凸起插入所述气室底座内。4.根据权利要求3所述的低功耗微型红外气体传感器，其特征在于，所述上凸起插入所述气室上盖的进气通道内，所述气室底座上设有固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹金德，曹绍情，卿添，卿笃安，
申请(专利权)人：深圳市诺安环境安全股份有限公司，
类型：发明
国别省市：