【技术实现步骤摘要】
本公开涉及一种非色散红外(ndir)气体传感器，并且更具体地，涉及一种使用基于透气聚合物的光波导的ndir气体传感器。
技术介绍
1、气体是日常生活环境中最紧密接触的对象，并且对于所有活生物体(不仅包括人类而且包括动物和植物)的日常生活是必不可少的。气体可根据它们的成分、情况、对象等分为有益气体和有害气体。因此，气体监测需要基本上且本质上为了生命安全而被管理。
2、特别地，在火灾情况下，气体传感器可直接影响生命和财产损失情况的确定。可以不夸张地说火灾的最终结果是根据初始响应来确定的。因此，对用于对火灾的初始响应的气体传感器的研究正在深入进行。
3、由当物质与氧气结合时产生大量的光和热的燃烧反应引起的火灾由以下阶段组成。
4、-阶段1(第一增长时段)：燃烧开始，产生大量烟雾、二氧化碳(co2)和一氧化碳(co)气体，并且所产生的烟雾、co2和co气体以几何级数增加。
5、-阶段2(第二增长时段)：火焰产生并且燃烧快速加剧并达到它的峰值的阶段。
6、-阶段3(峰值时段)：已经过了最大燃烧阶段并且在火焰熄灭之前燃烧的规模逐渐减小的阶段。
7、-阶段4(衰减时段)：在火焰熄灭之后燃烧消失的阶段。
8、在火灾的情况下，产生具有许多成分的烟雾和气体，但基本上产生二氧化碳(co2)和一氧化碳(co)气体。因此，在火灾发生时的上述阶段1中对二氧化碳和一氧化碳气体的检测不仅可以决定性地有助于对火灾的初始响应，而且对不可避免地产生的这些气体的检测可减少“非火灾警报”
9、关于气体传感器(例如基于半导体或电化学的接触类型、基于非色散红外的光学类型等)的各种研究正在进行中。在这些气体传感器中，非色散红外(ndir)气体传感器由于诸如长期稳定性、高选择性、准确性等优点而迅速兴起。
10、ndir气体传感器基于通过使用特定气体分子吸收特定波长的光的特性来测量气体浓度的技术。ndir气体传感器基本上由光源、光检测器和光腔组成，在光腔中，气体分子和光信号彼此接触。从光源发射的光信号在接触气体分子的同时在光腔中行进，并到达光检测器。此时，到达光检测器的光信号的光强度与光腔内的气体浓度成反比。也就是说，光腔中的气体浓度越高，由光检测器感测的光信号的强度越低。气体浓度与光信号强度之间的关系能够通过比尔-朗伯(beer-lambert，bl)理论如下解释：
11、i＝i0*exp(-acl) (1)
12、其中，i表示由光检测器检测到的光量，i0表示从光源发射的光量(初始光强度)，a表示特定常数(即，气体分子的光吸收率)，c表示气体分子的浓度，并且l表示光路的长度。如以上等式所示，当初始光强度i0和气体分子的光吸收a恒定时，最终光强度i能够被表示为气体分子浓度c和光路长度l的函数。
13、基于比尔-朗伯理论，已经进行了各种研究来提高气体传感器的灵敏度。图1示出了常规类型的ndir气体传感器的配置。ndir气体传感器100构造有在光腔110的一端处的红外光源120和在其另一端处的光检测器140。气体通过进气口(“gas in”)和出气口(“gasout”)进入和离开光腔110的内部空间。当从光源120发射的光信号在光腔110中通过全内反射行进时，它们中的一些被已经进入光腔110的气体颗粒130吸收，并且它们中的一些到达光检测器140。
14、在具有这种结构的气体传感器中，由光检测器140测量的光信号根据气体颗粒130的浓度和光腔110的长度而受到影响，因此，已经进行了各种研究来减少从光源发射的光信号的外部损失并改善与气体颗粒的接触。例如，正在研究诸如用于最小化非火灾警报引起的物质(诸如，水蒸气和灰尘)的影响、改善内部反射率以控制光腔内的光信号的损失、增加从光源发射的光信号的光路、增加光信号与气体颗粒之间的接触等的技术。
技术实现思路
1、目前，正在积极研究光腔设计和制造技术，但是在设计和工艺成本、复杂的工艺以及确保改善光信号的光路所需的光腔的物理空间方面，针对设计和实现，仍然存在的许多基本限制。此外，对于气体传感器的实际应用，气体需要平稳地流入作为光源和光检测器之间的空间的封闭区域(诸如，光腔)，因此，这导致许多限制，诸如，附加部件、气流控制技术等。
2、因此，应当对气体传感器技术进行研究，以用于克服在成本、简单结构、光腔光路、光信号与气体颗粒之间的有效接触等方面的限制。
3、为了解决上面讨论的问题，本公开提供了一种非色散红外气体传感器技术，其通过用透气聚合物材料制造光波导代替传统的腔或室以简单的结构和方法来检测气体浓度。包括在复合气体中的特定气体的浓度可通过利用特定气体分子吸收特定波长区域中的光信号的特性来测量。通过本公开，可以在没有开口(气体通过该开口进入和离开常规光腔(管、室等)的内部的情况下简单地测量特定气体的浓度。
4、具体地，具有透气性的低成本聚合物被制造为充当常规光腔的光波导，发射光信号的光源被安装在光波导的一端，并且光检测器被安装在光波导的另一端来检测光信号，由此实现非色散红外(ndir)气体传感器。在如上所述实现的气体传感器中，光信号通过全内反射行进通过透气聚合物的光波导，并且在存在光波导的环境中产生的气体在没有使用单独的进气口和出气口的情况下自然穿透光波导，使得光信号和气体颗粒在光波导内彼此接触。由于在接触气体颗粒的同时行进之后由在光波导的另一端的光检测器检测到的光信号具有根据它们在光波导中接触的气体的浓度而改变的特性，因此可从检测到的光信号中测量特定气体的浓度。
5、另外，通过将弯曲结构引入光波导中以控制光路的长度，能够克服光路的物理空间限制，并且通过安装端镜、设计光波导的几何形状、引入横贯孔等，能够提高气体检测的灵敏度。另外，可提供一种能够通过在光检测器前面安装一个或更多个带通滤波器来测量复合气体的各气体的浓度的多功能气体传感器，其中，所述一个或更多个带通滤波器中的每个带通滤波器选择性地使特定波长通过。
6、通过稍后结合附图描述的具体实施例，本公开的更详细的配置和操作将变得更清楚。
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1.一种非色散红外气体传感器，包括：
2.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光波导由聚合物材料制成。
3.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光源发射多个波长的光信号。
4.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，还包括：一个或更多个带通滤波器，所述一个或更多个带通滤波器在所述光检测器前面，选择性地使不同波长的光信号通过。
5.如权利要求4所述的非色散红外气体传感器，其中，所述一个或更多个带通滤波器包括使不具有气体吸收特性的波长的红外光通过的滤波器。
6.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光源位于所述光波导的一端，并且所述光检测器位于所述光波导的另一端。
7.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，还包括：光路改变器，用于改变从所述光源发射的光信号的路径，其中，所述光源和所述光检测器被布置在所述光波导的一端，并且所述光路改变器位于所述光波导的另一端。
8.如权利要求7所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光波导包括：
9.如权利要求8所述的
10.如权利要求7所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光波导包括弯曲部分。
11.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光波导包括在所述光波导的一端和另一端之间的部分，所述部分具有比所述光波导的所述一端和所述另一端更大的横截面直径。
12.如权利要求11所述的非色散红外气体传感器，其中，具有更大的横截面直径的所述部分与所述光波导的所述一端以及所述另一端之间的边界部分包括倾斜表面。
13.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光波导包括横贯孔，气体粒子通过所述横贯孔穿过所述光波导。
14.如权利要求13所述的非色散红外气体传感器，其中，所述横贯孔是多孔通道和针孔中的一个。
15.一种用于制造非色散气体传感器的方法，所述方法包括：
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述光波导由聚合物材料制成。
17.如权利要求15所述的方法，还包括：将一个或更多个带通滤波器安装到所述光检测器，所述一个或更多个带通滤波器选择性地使不同波长的光信号通过。
18.如权利要求15所述的方法，还包括：将用于改变从所述光源发射的所述光信号的路径的光路改变器安装到所述光波导。
19.如权利要求15所述的方法，其中，制造所述光波导的步骤包括：在所述光波导的一端和另一端之间形成具有比所述光波导的所述一端和所述另一端更大的横截面直径的部分。
20.如权利要求15所述的方法，其中，制造所述光波导的步骤包括：形成横贯孔，气体颗粒通过所述横向孔穿过所述光波导。
...【技术特征摘要】
1.一种非色散红外气体传感器，包括：
2.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光波导由聚合物材料制成。
3.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光源发射多个波长的光信号。
4.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，还包括：一个或更多个带通滤波器，所述一个或更多个带通滤波器在所述光检测器前面，选择性地使不同波长的光信号通过。
5.如权利要求4所述的非色散红外气体传感器，其中，所述一个或更多个带通滤波器包括使不具有气体吸收特性的波长的红外光通过的滤波器。
6.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光源位于所述光波导的一端，并且所述光检测器位于所述光波导的另一端。
7.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，还包括：光路改变器，用于改变从所述光源发射的光信号的路径，其中，所述光源和所述光检测器被布置在所述光波导的一端，并且所述光路改变器位于所述光波导的另一端。
8.如权利要求7所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光波导包括：
9.如权利要求8所述的非色散红外气体传感器，其中，第一波导和第二波导具有不同的尺寸。
10.如权利要求7所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光波导包括弯曲部分。
11.如权利要求1所述的非色散红外气体传感器，其中，所述光波导包括在...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳震和，金秀澈，金铉锡，朴素英，梁会成，李康福，曺光洙，韩圭元，
申请(专利权)人：韩国电子通信研究院，
类型：发明
国别省市：
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