一种旋转式气室红外气体检测装置的制作方法

本发明属于温室气体检测技术领域，涉及到红外气体检测装置，具体涉及是一种旋转式气室红外气体检测装置。

背景技术：

温室气体的排放日益引起社会的注意，造成的大气污染也日渐严重。因此，研究温室气体检测装置尤为重要。目前便携式红外检测装置普遍采用非分光红外技术(ndir)。这一技术的原理是基于不同气体对红外光不同波段的光能吸收不同的特性，通过特定波长光能强度的变化，并与预设的参考通道信号进行对比，完成气体浓度的检测。这一方法的优点是，选择性好、稳定度好、精度高、成本低、抗干扰性好。

传统的非分光红外检测装置多使用双通道或多通道红外探测器检测多种气体的浓度。这就要求在红外探测器上集成两个或多个红外检测单元，检测气体越多，需要的检测单元越多，则成本越高，且必须通过直接更换相应红外探头才能检测多种其他气体。

技术实现要素：

针对现有技术上的问题，本发明提出一种旋转式气室红外气体检测装置，在原有检测气体种类受到红外检测单元数量限制，检测不够全面的情况下，通过在气室中增加一个滤光片切换层，检测不同气体时，将对应波长的滤光片旋转到相应的位置，完成多种气体检测。当检测气体对应的波长为切换层上不具备滤波片，通过拆除并更换切换层上的滤光片即可完成检测。该种方法检测气体种类多，成本低，拆装方便，检测精度高。

为此，本发明采用以下技术方案：一种旋转式气室红外气体检测装置，包括气室(20)、滤光片、滤光片切换层(4)、红外探测器(15)、探测器底座(5)、红外光源(2)、光源底座(3)，所述气室(20)外部为圆柱形结构，内部为圆柱形气腔(1)，用作红外气室，在外部圆柱形结构侧面有气孔；气室(20)一端为滤光片切换层(4)，所述的滤光片切换层(4)上在每隔90°的位置以及滤光片切换层(4)中心位置均有一镂空窗口，用于固定不同波长的滤光片；滤光片切换层(4)前端为红外探测器，所述的红外探测器(15)带有红外探测器参考信号通道窗口(9)和红外探测器待测气体信号通道窗口(10)，上述窗口采用不具有滤光功能的玻璃材料制成，通过探测器底座(5)与滤光片切换层(4)固定；气室(20)另一端为红外光源(2)，所述红外光源(2)固定在光源底座(3)上。

进一步，气室(20)经过镀金处理，气室(20)外部圆柱形结构侧面的第一气孔(13)、第二气孔(14)贯穿到内部圆柱气腔(1)中。

进一步，所述的滤光片切换层(4)为一直径与气室直径相同的圆形结构，并固定在气室与滤光片切换层结合面(16)上，在每隔90°的位置均有一镂空窗口，用于固定第一滤光片(6)、第三滤光片(8)、第四滤光片(11)、第五滤光片(12)，滤光片切换层(4)的中心为第二滤光片(7)，作为参考窗口波长滤光片，旋转于窗口正上方的滤光片窗口为待测气体窗口，通过旋转选择检测相应的待测气体。

进一步，所述圆柱形气腔(1)的直径为滤光片切换层(4)纵轴上两个滤光片的距离，每次旋转有两个完整滤光片窗口出现在圆柱气腔与滤光片切换层结合的一侧(18)上。

进一步，所述的红外探测器(15)内的红外探测器参考信号通道窗口(9)和红外探测器待测气体信号通道窗口(10)分别与滤光片切换层(4)的中心滤光片和纵轴顶点滤光片的位置重合。

进一步，红外光源(2)的位置在圆柱气腔与光源底座结合的一侧(19)的中心位置，所述的红外光源(2)发出的波长应包含第一滤光片(6)、第二滤光片(7)、第三滤光片(8)、第四滤光片(11)、第五滤光片(12)的波长，光源底座为一个直径与气室相同的圆形结构。

进一步，所述的红外探测器(15)为双通道热电堆红外探测器或者为双通道热释电红外探测器，探测器底座(5)为一个直径与气室相同的圆形结构。

本发明通过红外气室结构及相关部件设计，采用添加滤光片切换层结构，使得红外气体探测时有更多的选择。进行检测时，首先对应需要检测的气体，旋转滤光片切换层，将对应的滤光片旋转至滤光片切换层的顶点位置，使红外探测器的两个窗口与选择的待测气体窗口和切换层中心的参考窗口位置重合，若检测气体的特征吸收波长滤光片切换层上没有，则可以将切换层拆除，更换相应的滤光片，并安装回去完成检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)该种方法检测多种类气体时相比传统多窗口红外探测器应用更为灵活，无需拆装红外探测器本身，只需旋转滤光片切换层或更换切换层上相应的滤波片即可完成检测。

(2)本设计只需一个双窗口的红外探测器即可完成对气室内部参考信号的探测和待测气体的探测相比传统多组分气体探测需要多窗口红外探测器成本更低。

(3)采用的ndir法检测，使得探测到的红外信号相比于单窗口红外检测装置更为稳定，提高了检测精度。

附图说明

图1是本发明提供的一种旋转式气室红外气体检测装置示意图。

图2是本发明提供的一种旋转式气室红外气体检测装置各部分构成示意图。

图3是本发明提供的一种旋转式气室红外气体检测装置气室剖面示意图。

附图标记说明：1、圆柱气腔；2、红外光源；3、光源底座；4、滤光片切换层；5、探测器底座；6、第一红外滤光片；7、第二红外滤光片；8、第三红外滤光片；9、红外探测器参考信号通道窗口；10、红外探测器待测气体信号通道窗口；11、第四红外滤光片；12、第五红外滤光片；13、第一气孔；14、第二气孔；15、红外探测器；16、气室与滤光片切换层结合面；17、气室与光圆底座结合面；18、圆柱气腔与滤光片切换层结合的一侧；19、圆柱气腔与光源底座结合的一侧；20、气室。

具体实施方式

一种旋转式气室红外气体检测装置，所述的红外气体检测装置包括：气室、滤光片、滤光片切换层、红外探测器、探测器底座、红外光源、光源底座。

所述的气室容器，内部为圆柱空心结构，作为红外气腔，并对表面进行镀金处理，用于存放气体进行红外气体检测。

所述的红外光源，通过光圆底座固定在气室的一侧，并位于内部空心圆柱的中心位置。所述的滤光片切换层为一直径与气室直径相同的圆形结构并固定在气室的另一侧，在每隔90°的位置均有一镂空窗口，用于固定滤光片，其中滤光片切换层中心的滤光片在转动滤光片切换层时始终不变，作为参考窗口波长滤光片，旋转于窗口正上方的滤光片窗口为待测气体窗口，通过旋转选择检测相应的待测气体。

所述的气室内部的圆柱形气腔的直径刚好为滤光片切换层纵轴上两个滤光片的距离，每次旋转有两个完整滤光片窗口出现在圆柱气腔左侧孔上。

所述的红外探测器为双通道热释电或热电堆探测器，探测器窗口为没有滤光功能的玻璃片所制。通过探测器底座与滤光片切换层固定，红外探测器内的红外探测器参考信号通道窗口和红外探测器待测气体信号通道窗口分别与滤光片切换层中心滤光片和纵轴顶点滤光片的位置重合。

本发明通过红外气室结构及相关部件设计，采用添加滤光片切换层结构，使得红外气体探测时有更多的选择。进行检测时，首先对应需要检测的气体，旋转滤光片切换层，将对应的滤光片旋转至切换层的顶点位置，使红外探测器的两个窗口与选择的待测气体窗口和切换层中心的参考窗口位置重合，若检测气体的特征吸收波长滤光片切换层上没有，则可以将切换层拆除，更换相应的滤光片，并安装回去完成检测。

为了将本发明提出的技术方案更加明显的表述出来，下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。具体实施方式及说明仅用于解释本发明，但不作为对本发明的限定。

如图1-2所示，一种旋转式气室红外气体检测装置，所述的红外气体检测装置包括：气室(20)、滤光片、滤光片切换层(4)、红外探测器(15)、探测器底座(5)、红外光源(2)、光源底座(3)。所述的气室(20)为圆柱形结构，中间有一个圆柱形孔洞作为气腔(1)，用于存放气体进行红外检测；所述的滤光片固定在滤光片切换层(4)上，作用是使得特定波长的红外光被红外探测器吸收；所述的滤光片切换层(4)为一直径与气室直径相同的圆形结构，固定在气室(20)的一侧，作用是固定滤光片，并通过旋转完成红外滤光片的切换；所述的红外探测器(15)，通过探测器底座(5)与滤光片切换层(4)固定，作用是检测光源发出的红外光能，将光信号转变为电信号；所述的红外光源(2)，通过光源底座(3)与气室(20)固定，作用是发射包含待测气体光强的红外光，并被红外探测器吸收，转换为电信号，完成浓度检测。

优选的，所述的气室(20)外侧有第一气孔(13)、第二气孔(14)，用于将待测气体导入到圆柱气腔(1)内，或是将圆柱气腔(1)内原有的气体排出，导入新的气体。

优选的，所述的气室(20)进行镀金处理，使圆柱气腔(1)内部平滑，使得散射的红外光最终到达探测器平面，增长光程距离。

优选的，所述的红外光源(2)，通过光源底座(3)固定在圆柱气腔(1)一侧的中心位置。

优选的，所述的红外光源(2)与红外探测器(15)，分布在气室(20)的不同侧。

优选的，所述的滤光片切换层(4)为一直径与气室直径相同的圆形结构并固定在气室的另一侧，可以圆心进行旋转运动。在切换盘每隔90°的位置均有一镂空窗口，用于固定滤光片，其中滤光片切换层中心的滤光片在转动滤光片切换层时始终不变，作为参考窗口波长滤光片，旋转于窗口正上方的滤光片窗口为待测气体窗口，通过旋转选择检测相应的待测气体。

优选的，所述的滤光片切换层(4)在使用时，需要将纵轴顶端以及中心的滤光片与双通道探测器(15)的红外探测器参考信号通道窗口(9)和红外探测器待测气体信号通道窗口(10)对齐。

本发明所提供的一种旋转式气室红外气体检测装置的工作原理如下：

本发明通过红外气室结构及相关部件设计，采用添加滤光片切换层结构(4)，使得红外气体探测时有更多的选择。进行检测时，首先对应需要检测的气体，旋转滤光片切换层(4)，将对应的滤光片旋转至滤光片切换层的顶点位置，使红外探测器(15)的红外探测器参考信号通道窗口(9)和红外探测器待测气体信号通道窗口(10)与选择的待测气体窗口和切换层中心的参考窗口位置重合，红外光源(2)从气室(20)的右侧发出光信号，待测气体通过气室外壁的第一气孔(13)、第二气孔(14)进入气室内部，对相应波长的红外光进行吸收，被吸收后的红外光经过镀金气室内壁反射，最终通过光片切换层(4)上的滤光片被红外探测器(15)吸收，将光能转换成电能，通过调理电路分析，将待测气体通道的电信号与参考信号的电信号进行对比，采用ndir的方法消除环境因素，计算出气体的浓度。

综上，本发明的一种旋转式气室红外气体检测装置，所述的红外气体检测装置包括：气室、滤光片、滤光片切换层、红外探测器、探测器底座、红外光源、光源底座。其中，所述气室包括圆柱形外壳，与内部气体探测区域，在外部圆柱形结构侧面有两个气孔；所述的滤光片切换层为一直径与气室直径相同的圆形结构，并固定不同波长的滤光片；所述的红外探测器有两个红外探测器，通过探测器底座与红外气室固定；红外光源固定在光源底座上，通过结合位点与气室固定。本发明相比现有检测气体单一的情况下，通过旋转固定在气室上的滤光片切换层，实现多种类气体的检测。检测多种类气体时，只需拆装滤光片切换层上的滤光片，无需更换红外探测器，即可实现，拆装方便。对比多窗口多检测单元的红外探测器，本发明只需两个红外检测单元即能完成对多种气体浓度的检测，实现方式简单，成本低，装置有较好的一体性。使用单光路多波长的形式，有效减小了装置体积，提高了气体检测的精确度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。