本发明专利技术公开了一种基于真空隧道电流检测的红外气体检测方法及检测装置，该红外气体传感器包括：红外光源、红外滤光片、被测气体的开放气室、被测气体的密闭气室、真空室、左隧道电极和右隧道电极、左偏转电极和右偏转电极；四周的气室侧壁内表面设置光线反射面；密闭气室内密封纯净的被测气体，它的一个端面为弹性膜，其中的被测气体吸收红外后温度升高、压力增大，致使弹性膜变形，导致左隧道电极和右隧道电极之间的间距变化，最终使得真空隧道电流发生变化，由于气室和密闭气室内被测气体对红外光的差分吸收，因此依据真空隧道电流的大小可判断气室内被测气体的浓度。采用这一技术方案使得红外气体传感器结构简单、检测精度高、对红外光源的单色性要求低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体检测领域，特别涉及一种红外气体检测方法及检测装置。
技术介绍
目前的气体传感器种类繁多，检测原理及其结构各种各样，但它们都或多或少地 存在着某些问题，如选择性差、稳定性不高、寿命短、环境适应性差、性价比不高等。在众多 的气体检测方法中，基于气体的红外特征吸收谱法的红外分析法是较理想的方法之一，因 为它是基于被测气体的物理本质特性，不需要敏感功能材料或催化剂等特定材料，没有它 们所带来的选择性差和稳定性差的问题。传统的红外光谱法基于光的量子效应探测红外光 被被测气体吸收前后光强的变化以确定被测气体的浓度，为消除其它气体对检测的干扰并 提高检测精度，它需要单色光源。但是，目前还没有可直接应用的针对特定气体检测的单 色红外光源，何况不同的气体检测需要用不同的单色红外光源。虽然激光器是一个不错的 选择，但激光器不仅价格昂贵、体积大，而且其波长往往与气体的红外特征吸收峰波长不相 符。因此传统的红外气体传感器的光源需要其它光学器件(如滤波器、倍频器等)的配合， 不利于检测系统的集成化、微小型化以及提高检测系统的性价比。另外，传统的红外检测方 法是比较红外光通过被测气体前后的光强变化，检测该光强的微弱变化需要较理想的红外 光敏感器件和较复杂的信号处理电路，或者需要较长的光吸收通道长度才能保证较高的检 测灵敏度和分辨率。比如申请号200710062967. 公开日2007. 07. 25的“红外气体传感器”包括一个容纳气体的腔室，腔室的内壁由顶平面、底平面以及弧形侧壁围成，内壁上涂覆有反光材料， 顶平面上开有小孔以与外界交换气体；腔室内光源与光电元件的放置位置与所述侧壁的弧 度及顶平面至底平面的距离相配合，使光源发出的光经过所述腔室内壁的反射而汇聚至光 电器件上；采用这种技术方案后，气室的体积能明显缩小，从而使传感器的应用更为灵活； 另外，气体交换也随着气室体积的缩小而简单，使得气室中的气体样品与外界环境中的气 体基本相同，从而提高测量的准确度。这一技术方案侧重于解决光的聚焦问题，使得发散的 红外光聚集于光电探测器，但是这种红外气体传感器的红外光的光通道长度有限，待测气 体对红外光的吸收不够充分，导致红外气体传感器的探测信噪比低和测量精确度不高。申请号200910105832. 9公开日2009. 08. 12的“一种红外气体传感器及红外气 体探测装置”公开的红外气体传感器包括外壳、外壳内部设置的传感器外壳、传感器外壳腔 体内部设置的上盖体和下盖体、上盖体底部设置的凹槽、凹槽的侧壁上包括至少第一斜面 和第二斜面、下盖体顶部设置的与凹槽上第一斜面和第二斜面对应的第一开孔和第二开孔 以及第一开孔和第二开孔里分别设置的红外光源和红外探测器，红外光源发射的红外光经 多次反射后才被红外探测器吸收。这一技术方案增长了红外光的光通道长度，使得待测气 体对红外光的吸收比较充分，提高了红外气体传感器的探测信噪比和测量精确度；但其气室的结构比较复杂，还带来了光源、滤光镜和光电探测器件的非对称引起的误差。申请号200720307032. 公开日=2009. 02. 11的“红外智能气体传感器”包括有 红外气体探测器、红外光源、外壳、置于外壳内部的光学腔体、光学腔体电路板、主电路板和 电源电路板；光学腔体内设置有带有通气孔的光学通道，红外气体探测器和红外光源则设 置在光学通道内，红外气体探测器采集模拟信息送主板电路处理后输出数字智能信息。这 一技术方案增强了红外气体传感器抗湿气干扰能力，适应潮湿环境下工作，还具有数字输 出和温度补偿功能，但并没有检测原理上的突破。实际上，已有的红外气体传感器均采用基于量子效应的光电探测器作为检测红外 信号的唯一手段，这使得红外气体传感器的性能很大程度上受到光电探测器性能的制约， 而在常温下红外光电探测器的信噪比比较低，而且光电探测器的感光面有限，不得不采用 一些技术手段将分散的红外光聚焦于一点且正好到达光电探测器的感光面上，为了降低检 测气体浓度下限和提高检测精度，需要尽可能采用单色光源，且采用延长光吸收通道的各 种方法，这些技术手段和方法使得红外气体传感器的结构比较复杂。
技术实现思路
本专利技术是针对已有技术的不足，提供一种基于真空隧道电流检测的红外气体检测 方法及检测装置，以提高探测信噪比和测量精度，并简化红外气体传感器结构。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案本专利技术基于真空隧道电流检测的红外气体检测方法的其特点是采用红外光源， 以红外光源首先通过被测气体的开放气室，再进入被测气体的密闭气室，使密闭气室内被 测气体温度升高、压力增大，密闭气室以其外侧端的弹性膜板在压力增大下的变形使真空 室内两隧道电极之间的距离发生变化，从而使得真空隧道电流发生变化；依据真空隧道电 流的变化判断开放气室内被测气体的浓度。本专利技术基于真空隧道电流检测的红外气体传感器的结构特点是设置红外光源， 在所述红外光源的光轴线上分别设置有被测气体的开放气室、被测气体的密封气室和真空 隧道电流的真空室；来自红外光源的红外光线透过红外滤光片经开放气室后，再通过透光 玻璃板投向密闭气室，密闭气室以其外端侧的弹性膜板作为可改变真空室内两隧道电极之 间的距离的真空室的一侧端面。本专利技术红外气体传感器的结构特点也在于设置所述被测气体的开放气室的左端板为红外滤光片，右端板为透光玻璃板，四 周的开放气室侧壁内表面为光线反射面，开放气室侧壁上设置有进气孔和排气孔。所述的被测气体的密闭气室是以透光玻璃板为一侧端板、与四周的密闭气室侧壁 和另一端的弹性膜共同围成；所述四周的密闭气室侧壁和弹性膜为一体化结构；在所述密 闭气室内按设定的压力封闭有纯净的被测气体，在所述弹性膜的外表面中心设置左隧道电 极，在所述左隧道电极外围设置左偏转电极。所述的真空隧道电流的真空室是以所述弹性膜所在一侧的密闭气室的端面为端 板、与四周的真空室侧壁与右侧端板共同围成；在所述右侧端板的中心、朝向左隧道电极的 方向有一尖锥；所述真空室侧壁、右侧端板以及尖椎为一体化结构；对应于所述左隧道电 极所在位置，在所述尖锥的锥体表面及右侧端板内侧中心设置右隧道电极，对应于所述左4偏转电极所在位置，在所述右隧道电极外围设置右偏转电极。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在1、本专利技术在被测气体的密闭气室内密封有纯净的被测气体，密闭气室内纯净的被 测气体与被测气体的开放气室内的被测气体具有完全相同的红外吸收特征，由于开放气室 内的被测气体对红外光的吸收，使得到达密闭气室的红外光强度取决于开放气室内的被测 气体浓度，并随着开放气室内的被测气体浓度的变化而变化，即开放气室内的被测气体浓 度高，对红外光的吸收多，则到达密闭气室的红外光强度低，反之，开放气室内的被测气体 浓度低，对红外光的吸收少，则到达密闭气室的红外光强度高；密闭气室内密封的纯净的 被测气体吸收红外光后产生热量，温度升高，进而导致压力增大，致使弹性膜发生变形，该 弹性膜的变形量取决于到达被测气体的密闭气室内的红外光强度的高低，弹性膜的变形又 使得左隧道电极与右隧道电极之间的间距发生变化，该间距变化导致左隧道电极与右隧道 电极之间的隧道电流发生变化，该隧道电流的变化反映了开放气室内的被测气体浓度的变 化；由于密闭气室内密封的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于真空隧道电流检测的红外气体检测方法，其特征在于：采用红外光源，以红外光源首先通过被测气体的开放气室，再进入被测气体的密闭气室，使密闭气室内被测气体温度升高、压力增大，密闭气室以其外侧端的弹性膜板在压力增大下的变形使真空室内两隧道电极之间的距离发生变化，从而使得真空隧道电流发生变化；依据真空隧道电流的变化判断开放气室内被测气体的浓度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张正勇，杨地委，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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