专利名称：一种快速检测智能红外气体传感器的制作方法
技术领域：
一种快速检测智能红外气体传感器技术领域[0001]本实用新型涉及一种气体传感器，尤其是一种包括气体吸收腔室、红外光源、热释电探头以及信号采集控制板的一种红外气体传感器。
背景技术：
[0002]在煤矿井下监控瓦斯(CH4)浓度是预防煤矿瓦斯爆炸事故的重要手段，目前检测 CH4的仪器主要有，催化燃烧型、红外光谱型、半导体气敏型、气相色谱型和光纤测量型等， 其中使用最普遍的是催化燃烧式气体传感器。但这种传感器存在着易受环境影响，可靠性和准确性差、使用寿命短、维护成本高、易产生催化中毒等弊端，属于落后的淘汰产品。而基于NWR技术的红外光谱型传感器是目前的研究热点之一，它从原理上避免了现有催化燃烧式传感器的弊端，具有精度和灵敏度高，可靠性和选择性好，不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、使用寿命长和不需频繁调校等显著优点，可以实现连续分析和智能实时检测等功能。[0003]现有的红外气体传感器，其吸收气室大多采用上部单向通气孔方式和光学聚焦系统，在进行气体检测时，腔室易受待测气体来向干扰或因光强不均勻等因素而造成测量漂移等现象，即当待测气体由不同方向扩散而来或因光路调校不准确，探头响应时间和检测精度及稳定性表现均不理想。为此，人们一直在气体检测稳定性、灵敏性及及检测精度的矛盾中寻求一种更加稳定、更加合理适用的解决方案。实用新型内容[0004]本实用新型要解决的技术问题是在不提高制造成本的前提下，通过吸收腔气室结构及相其应部件设计，提高光能利用率及光信号的信噪比，消除测量漂移隐患，从而达到检测快速响应，提高检测精度及稳定性，进而提供一种快速检测智能红外气体传感器。[0005]基于上述问题和目的，本实用新型所采取的技术措施是一种快速检测智能红外气体传感器的设计方案，包括气体吸收腔、热释电探头和网罩。[0006]所述气体吸收腔是包括第一气体吸收室和第二气体吸收室；所述第一气体吸收室是其周侧壁设置有12个侧壁通气孔，及其相应的，所述顶面设置有12个顶面通气孔，且二者正交并重合于气体吸收腔的内壁表面；其第一气体吸收室的外圆柱呈第一外圆柱阶梯台面和第二外圆柱阶梯台面。[0007]所述热释电探头是设置在第二气体吸收室内，在设置有两个热释电探头时，两个热释电探头呈正交型90°设置，或呈非正交型120°设置，且每个热释电探头设置有两个窄带滤光片端口，一个为参考端，另一个为探测端。[0008]所述网罩是包括第一网罩和第二网罩，所述第一网罩是设置于第一气体吸收室的上端面；所述第二网罩是设置于第一气体吸收室的圆环槽内。[0009]在上述设计方案中，所述第一气体吸收室是呈半球型结构；所述第二气体吸收室是呈浅凹球面结构；所述第一气体吸收室和第二气体吸收室两端面圆周接合处呈凸凹型对中定位弥合结构；所述热释电探头的对称轴线上设置有红外光源，且关于中心点对称设置。[0010]本实用新型通过吸收腔气室的结构及相关部件设计，即采用上部半球型和下部浅凹球面组成的开放式蝶形吸收腔气室结构，使得光线在腔内经过多次折射后光强趋于均勻，探测头上的感光元件不受光路偏移的影响，无需调焦即可接收采样气体。相关部件通气孔的独特设计使腔室光能利用率有效提高，使得光信号的信噪比得以提高；同时，由于采用开放式蝶形气室结构，对于待测气体的横向或纵向扩散均可有效接收，可消除待测气体来向干扰和光强不均勻等因素造成的测量漂移现象；而正交型或非正交型双探测头四通道结构设置，可以预测待测气体真实浓度，通过加权累加算法可以有效修正实测气体浓度，此举提高了气体检测的灵敏性及快速检测响应时间，提高了传感器的检测精度和检测稳定性。
[0011]图1为本实用新型传感器探头剖视结构示意图；[0012]图2为本实用新型气体吸收腔第一气体吸收室外形结构示意图；[0013]图3为本实用新型气体吸收腔第一气体吸收室俯视结构示意图；[0014]图4为本实用新型气体吸收腔第一气体吸收室正视结构示意图；[0015]图5为本实用新型气体吸收腔第一气体吸收室剖视结构示意图；[0016]图6为本实用新型气体吸收腔第二气体吸收室俯视结构示意图；[0017]图7为本实用新型气体吸收腔第二气体吸收室左视结构示意图；[0018]图8为本实用新型的智能红外气体传感器探头爆炸图。[0019]图中1 圆环槽；2 外壳；3 第一网罩；4 气体吸收腔；5 侧壁通气孔；6 第一气体吸收室；7 第二网罩；8 信号采集控制板；9 红外光源；10 管脚插针；11 第二气体吸收室；12 底板；13 热释电探头；14 第一外圆柱阶梯台面；15 第二外圆柱阶梯台面；16 第一气体吸收室凸台面；17 第二气体吸收室凹台面；18 顶面通气孔；19 浅凹球面反射^Ml O具体实施方式
[0020]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作出进一步的详细说明。[0021]如图1所示，实施本实用新型包括第一气体吸收室6、第二气体吸收室11、红外光源9、热释电探测头13、第一网罩3、第二网罩7、信号采集控制板8、底板12、外壳2及管脚插针10 ；其中，气体吸收腔4是由第一气体吸收室6和第二气体吸收室11构成。第一气体吸收室6呈半球形反射面与第二气体吸收室11浅凹球面反射镜19相对应。[0022]如图8所示，为开放式蝶形腔室智能红外气体传感器探头爆炸图，网罩3放置在第一吸收室6的顶部且置于外壳2的上端，第二网罩7安装于第一气体吸收室6的圆环槽 1内；第一气体吸收室凸台面16与第二气体吸收室凹台面17对中定位弥合于连接端面处； 使得气体吸收腔4内表面为一完整弥合的无缝腔室。红外光源9和热释电探测头13连接在信号采集控制板8上；而所述信号采集控制板8固定于第二气体吸收室11的下部且确保其光源头和热释电探测头13的感应端口呈现于气体吸收腔4内；同时，管脚插针10连接在信号采集控制板8下部，底板12将外壳2整体密闭封装。[0023]如图2所示，为所述的开放式蝶形气体吸收腔4之第一气体吸收室6的外形图，所述的第一气体吸收室6呈半球型对称结构，可有效提高光线反射和汇聚能力，光线经多次反射后光强趋于均勻一致，消除测量漂移隐患；所述其腔室内壁表面镀金，具有不易腐蚀、 不变色及高反光率的特性，可提高气体吸收率。[0024]如图3、4所示，所述其第一气体吸收室6的外圆周侧壁设置有至少两个以上的侧壁通气孔5，及其相应的，所述顶面设置有12个顶面通气孔18，且两面通气孔正交并重合于气体吸收腔4的内壁表面；如此构造形成360°全方位的开放式蝶形腔室，对于无论横向或纵向来的气体扩散均可有效接受，可以提高探头快速检测及响应时间；正交重合的侧壁通气孔5设置使腔室内部不复漏光，光能利用率有效提高，同时光信号的信噪比也得以提高。[0025]如图4所示，所述第一气体吸收室6的外圆周侧壁呈圆柱阶梯状台面，所述第一外圆柱阶梯台面14位于第一气体吸收室6外圆周侧壁上部，其作用为与外壳2内壁配合以确定第一气体吸收室6的同心圆周位置；所述的第二外圆柱阶梯台面15与外壳2内壁形成一个圆环带状的气体交换空间，使得待测气体可以由此进入气体吸收腔4内。[0026]相应地，如图5所示，所述第一气体吸收室6顶面设有第一网罩3用以阻止气体分子以外的物质进入腔室。相应地，所述的第一气体吸收室凸台面16，其功能为与第二气体吸收室凹台面17上部端面配合构成对中定位，以形成弥合无缝腔室，设置的凸凹台面圆周产生Z字形弥合带。[0027]相应地，所述的第一气体吸收室6下部阶梯台面设置有圆环槽1，其功能为可放置网罩7以阻止气体分子以外的物质进入腔室，确保气体吸收腔室的洁净。[0028]如图6、7所示，为所述的气体吸收腔4之第二气体吸收室11内部气室呈浅凹球面结构，其功能为将红外光源9发出的光线高效反射到第一气体吸收室6的半球面反射镜上， 所述其腔室内壁表面镀金，具有不易腐蚀、不变色及高反光率的特性，可提高气体吸收率。[0029]所述第二气体吸收室11中设置有12个热释电探头13和至少一个以上的红外光源9，并固定连接在信号采集控制板8上。[0030]所述第二气体吸收室11内设置有热释电探头13，在设置有两个热释电探头13时， 两个热释电探头13呈正交型90°设置，或呈非正交型120°设置；所述的每个热释电探头13 设置有两个窄带滤光片端口，一个为参考端，另一个为探测端。[0031]所述第二气体吸收室11内的2个热释电探头13呈正交型90°或非正交型120° 双探头四通道结构设置，其功能为可以预测待测气体真实浓度，通过加权累加算法可以有效修正实测气体浓度，此举提高了气体检测的灵敏性及快速检测响应时间，由此提高了传感器的检测精度和检测稳定性。[0032]所述第二气体吸收室11中的红外光源9位于热释电探头13的对称轴线上，且关于中心点对称设置。[0033]如图6所示，所述的第二气体吸收室11呈浅凹球面片断，该浅凹球面反射镜19的设置可将光源发出的光线高效反射到第一气体吸收室6的半球面反射镜上，然后又经半球面反射镜反射到第二气体吸收室11的浅凹球面反射镜19上，折射次数少的光线将泄漏出气室，如此形成多次反射后，光强趋于均勻，最后汇聚到热释电探头13的感光接受器上转化为电信号。[0034]所述的红外光源9和热释电探头13位于开放式蝶形气体吸收腔4下端部，其固定连接在信号采集控制板8上端部，而管脚插针10连接到信号采集控制板8之下端部，所述的管脚插针10连接到主控电路板上。[0035] 以上所披露的本实用新型还可以有其他多种实施例。在不背离本实用新型精神及其实质的前提下，对于熟悉本技术领域的专业人员来讲，可以很容易地根据本实用新型的实施例作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都没有脱离本实用新型的精神和范围，都应当属于本实用新型所附的权利要求的保护范围之内。
权利要求1.一种快速检测智能红外气体传感器，包括气体吸收腔、热释电探头和网罩；所述气体吸收腔(4)是包括第一气体吸收室(6)和第二气体吸收室(11)；所述第一气体吸收室(6)是其周侧壁设置有12个侧壁通气孔(5)，及其相应的，所述顶面设置有12个顶面通气孔(18)，且二者正交并重合于气体吸收腔(4)的内壁表面；其第一气体吸收室(6) 的外圆柱呈第一外圆柱阶梯台面(14)和第二外圆柱阶梯台面(15)；所述热释电探头(1 是设置在第二气体吸收室(11)内，在设置有两个热释电探头 (13)时，两个热释电探头(1 呈正交型90°设置，或呈非正交型120°设置，且每个热释电探头(1 设置有两个窄带滤光片端口，一个为参考端，另一个为探测端；所述网罩是包括第一网罩(3)和第二网罩(7)，所述第一网罩(3)是设置于第一气体吸收室(6)的上端面；所述第二网罩(7)是设置于第一气体吸收室(6)的圆环槽(1)内。
2.如权利要求1所述的一种快速检测智能红外气体传感器，其特征在于所述第一气体吸收室(6)是呈半球型结构。
3 如权利要求1所述的一种快速检测智能红外气体传感器，其特征在于所述第二气体吸收室(11)是呈浅凹球面结构。
4.如权利要求1所述的一种快速检测智能红外气体传感器，其特征在于所述第一气体吸收室(6)和第二气体吸收室(11)两端面圆周接合处呈凸凹型对中定位弥合结构。
5.如权利要求1所述的一种快速检测智能红外气体传感器，其特征在于所述热释电探头(1 的对称轴线上设置有红外光源(9)，且关于中心点对称设置。
专利摘要一种快速检测智能红外气体传感器，包括气体吸收腔、热释电探头和网罩；其气体吸收腔是由半球型的第一气体吸收室和浅凹球面的第二气体吸收室构成，气体吸收腔的顶面和侧壁设置有腔室内壁面正交的通气孔，气体吸收腔内设有至少一个红外光源和两个呈正交型或非正交型热释电探头，每个热释电探头设置有两个窄带滤光片端口，一个为参考端，另一个为探测端。本实用新型气体吸收腔为开放式蝶形气室，增加了腔室光能的利用率和光信号的信噪比，消除了环境干扰和光强不均匀等因素造成的测量漂移现象，并可预测待测气体的真实浓度，通过加权累加算法可有效修正实测气体浓度，提高了气体检测的灵敏性及快速检测响应时间，以及传感器的检测精度和检测稳定性。
文档编号G01N21/35GK202256147SQ20112035883
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者梁永直, 熊小晋 申请人:太原理工大学