一种光学吸收气体传感器包括一个辐射源、检测器和一个辐射导管。该辐射源和检测器靠近在一起并且热连通。该辐射导管具有一个矩形横截面并且以一个第一方向围绕平行于该矩形横截面的较大维度的一个轴线弯曲，随后以一个第二相反方向弯曲，并且再次以该第一方向弯曲。在一个紧凑的装置中提供一个相对较长的辐射路径，而不会产生在该辐射导管不具有矩形横截面以及只围绕平行于该矩形横截面的较大维度的一个轴线而弯曲的情况下将发生的辐射衰减。可通过将一个参考辐射源安装在一个半透明的测量辐射源后面并且将来自该参考辐射源的辐射指引通过该测量辐射源来获得一个参考测量。来自一个参考辐射源的辐射可围绕该测量参考源来指引。可通过以下方式来获得测量和参考信号：在第一操作模式中，使用一个发光二极管产生由一个光电二极管检测的辐射；并且在第二操作模式中，驱动该光电二极管以产生具有不同发射光谱的辐射，同时使用该发光二极管检测该所得的辐射。可通过邻接两个或更多个L形辐射导管部分以形成一个辐射导管来制造一个光学吸收气体传感器。该辐射导管具有一个内表面，该内表面可操作以反射由该光学吸收气体传感器的辐射源发射的辐射。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学吸收气体传感器领域，包括但不限于红外线吸收气体传感器。
技术介绍
气体传感器普遍应用于工业和消费者应用中，以测量气态的分析物。许多气体传感器依靠目标分析物在用辐射照射时的吸收特性，并且包括一个辐射源、一个能够检测该辐射源所发射的辐射的检测器、以及一个用于接收目标气态分析物的腔室。该腔室内的分析物气体吸收特定波长或波长范围的辐射，并且由检测器检测到的辐射衰减指示该腔室内的目标分析物的浓度。尽管已知主动将气体传送到腔室中的传感器，但是目标分析物通常扩散到腔室中。在一些光学吸收气体传感器中，该源发射一个宽范围波长的辐射并且在检 测器处提供一个波长选择性滤波器，在这种情况下，该气体传感器是指无色散传感器。在其他光学吸收气体传感器中，该源发射所界定的波长或波长范围的辐射或包括一个对特定波长带进行选择的滤波器。为了实现高灵敏度，令人希望的是该辐射从辐射源到检测器具有一个尽可能长的平均路径长度以穿过分析物，使得分析物吸收大部分的辐射，并且该辐射不被传感器内的任何其他过程所吸收。例如，如果在辐射源与检测器之间的路径不是直线状的，则该辐射必须被反射以指引到检测器。然而，反射表面将产生由吸收和/或散射造成的光学损耗，并且在低成本的传感器中这种光学损耗通常将很大。因此，在增加反射次数以增加路径长度与避免由过度反射导致所发射的辐射过度衰减之间要取得平衡。然而，对于许多实际应用，令人希望的是气体传感器较小或遵照标准化尺寸，从而产生大体上较短的路径长度和相应的低灵敏度。因此，本专利技术的一个目标是提供一种气体传感器，它在具有高灵敏度的同时又是紧凑的并且适合于具有成本效益的制造。已知提供具有笔直的中空管状辐射导管的气体传感器，该辐射导管在辐射源与检测器之间延伸并且具有矩形或其他横截面。这种辐射导管用一系列路径长度来引导辐射，这些路径长度取决于辐射进入辐射导管的定向。比起以接近辐射导管轴线的定向进入笔直的矩形辐射导管的辐射，以大入射角进入辐射导管到达辐射导管各壁的辐射反射许多次并且因此更高度地受到衰减。已知对于直线状的辐射导管，增加横截面的大小减少了反射次数并且因此减少了吸收损耗，但导致收集效率较差。较好的安排是使波导管的起点和末端的形状例如像复合抛物线形收集器(CPC)。它的效果是在辐射场沿着波导管移动时变换辐射场。在源处它具有一个大的角展度以及相对小的空间展度，在中间它具有小的角展度但是大的空间展度，并且在检测器处它又具有大的角展度但是小的空间展度。如果选择正确，那么这种安排可大量减少由于多次反射造成的吸收。比起没有弯曲部分的辐射导管，将弯曲部分并入到辐射导管中可促进在给定的体积中提供更长的路径以用于辐射。然而，在辐射导管弯曲的地方，落在导管的弯曲壁上的辐射导致更大的角展度而空间展度不会减小，并且因此由于多次反射中的吸收而导致损耗增力口。确切地说，在辐射落在弯曲壁上的地方，入射在弯曲壁上的平行辐射在反射之后将不再平行并且因此分散。比起如果是平坦壁的情况，一些辐射将以更大的入射角入射在弯曲壁上。因此，在辐射导管弯曲的地方，一些辐射反射到一条路径中，在这条路径中它以一个相对大的角度向相对的壁反射，结果是进入弯曲辐射导管的大部分辐射可被反射许多次并且因此强烈地被吸收。此外，在包括一个弯曲的辐射导管和一个位于检测器处的收集器的实施方案中，由于角展度的增加，准直仪不能将辐射指引到检测器上。因此，入射在检测器上的辐射强度减少，相应地减少了气体传感器的灵敏度。本专利技术的一些方面旨在提供具有改善的弯曲辐射导管的光学吸收气体传感器，这些改善的弯曲辐射导管更好地使辐射从辐射源穿过气体样本传输到检测器。吸收气体传感器领域中出现的另一个问题是在操作期间辐射源(通常是红外 线辐射发射器)和检测器是温度敏感的。辐射源的发射光谱可随着温度而变化，并且检测器的灵敏度也可随着温度而变化。同样地受到周围温度影响，确切地说辐射源在使用中将升温。如果辐射输出是大量并且脉冲的，那么温度波动可能非常大。当测量小衰减时，在源和检测器的任何一者或两者中由于温度波动而引起的小测量误差会在所测量的气体浓度中产生大量误差。WO 2007/091043 (气体感测解决方案组织(Gas Sensing Solutions Limited))披露了一种传感器，其中红外线发光二极管(充当辐射源)和光电二极管(充当检测器)被定位成彼此邻近并且彼此热连通。通过将源和检测器定位成彼此邻近并且热连通，它们保持在大体上相同的温度，从而简化对温度变化进行补偿的程序。因此，本专利技术的一些实施方案旨在，在将源和检测器限制为应处于彼此邻近和热连通两种状态中的任一者或两者的情况下提供具有高灵敏度的紧凑型气体传感器。光学吸收气体传感器通常包括一种用于除了测量信号以外还提供参考信号以实现更准确的测量的机制。一种用于在无色散光学吸收传感器中获得参考信号的机制旨在提供具有一个不同滤波器的第二检测器，以测量不被任何预期不定量存在的气体吸收的一个波长的光。然而，这增加了气体传感器的复杂性，并且因此增加了它的成本。已知提供分开的测量和参考辐射源，但是通常在这些源与检测器之间将有不同的路径，或者参考辐射源的存在将需要进行光学安排，这与没有第二辐射源的情况相比将较低比例的发射辐射指引到检测器。因此，本专利技术的一些方面旨在提供改善的或替代性的用于在光学吸收气体传感器中获得参考信号的机制。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种气体传感器，该气体传感器包括一个辐射源、一个可操作以检测由辐射源发射的辐射的检测器以及一个可操作以在辐射源与检测器之间引导辐射的辐射导管，该辐射导管包括一个具有大致上矩形横截面的弯曲部分，其中该辐射导管的弯曲部分围绕一个平行于矩形横截面的侧面之一的轴线而弯曲。大致上矩形横截面可以是大致上正方形横截面(例如，正方形横截面)，但是优选地，矩形横截面是具有较大和较小维度的大致上长方形横截面(例如，长方形横截面)。由于弯曲部分具有大致上矩形横截面并且围绕一个平行于矩形横截面的侧面之一的轴线而弯曲，所以辐射的角展度将增加，并且某些辐射将被反射到它将被反射许多次的路径中(并且由此在大量吸收入射辐射的辐射导管中高度衰减)。然而，这种效果将只在一个平面内出现。这样，反射离开垂直于辐射导管弯曲所围绕的轴线的各壁的辐射将不会分散。因此，比起辐射导管没有矩形横截面以及辐射导管围绕一个平行于矩形横截面的侧面之一的轴线而弯曲的情况，在这种情况下到达检测器的辐射量更大。优选地，辐射导管包括一个准直仪，该准直仪可操作以至少部分地对由辐射源发射的辐射进行对准。通常，准直仪所减少的辐射角展度在平行于辐射导管的较大维度的轴线中比在平行于辐射导管的较小维度的轴线中要多。优选地，辐射导管包括一个聚光器，该聚光器可操作以将辐射聚集到检测器上。辐射导管的弯曲部分只在弯曲平面中增加辐射的角展度。因此，对于主要由平行于矩形横截面的较小维度的壁反射的辐射和主要由平行于矩形横截面的较大维度的壁反射而入射到聚光器上的辐射，在角展度方面有所不同。入射到聚光器的辐射聚集的方向由该辐射的角展度确定。通常，聚光器将被优化以将具有较低角展度的辐射指引到检测器上。因此，主要由平行于矩形横截面的较大维度的壁反射的辐射(它具有大的角展度)可能不会 到达本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：D·R·吉布森，C·J·麦克格，E·M·瓦德尔，
申请(专利权)人：气体敏感液有限公司，
类型：
国别省市：
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