一种用于NDIR红外气体分析的红外灯丝光源及其制备工艺的制作方法

本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种用于ndir红外气体分析的红外灯丝光源及其制备工艺。

背景技术：

随着人们生活水平的提高和对日益严峻的环保问题的重视，当今社会对工业废气的、各种有毒有害气体、汽车尾气、和大气污染的监控以及对食品加工和人居环境、室内空气质量的检测都提出了更加严格的要求，这为气体传感器带来了巨大的市场需求。同时，随着信息技术和物联网科技的发展，作为感官和信号输入的核心元件，气体传感器是必不可少的。

气体传感器按照检测原理的不同，主要分为催化燃烧式、电化学式、金属氧化物半导体式、红外式等等。其中红外式气体传感器以其高精度、高量程、长期稳定性优异、不会中毒、超长寿命等优点，是当今气体检测技术的研究热点和未来气体传感器的发展方向，已经越来越多的应用于石油化工、家用电器、医疗器械、工业生产、电力电气等行业。

红外式气体传感器是基于非色散红外吸收光谱(ndir)检测原理的气体传感器，当一束连续波长的红外光通过某种气体时，如果气体分子的某个基团的振动频率或者转动频率与红外光的频率一致，气体分子就会吸收能量而从基态能级跃迁至能量更高的能级，处于该频率的红外光便会被吸收从而形成吸收峰。由于不同分子中原子结合的化学键不同，不同化学键跃迁需要的能量也不相同，因而不同的气体的红外吸收峰也不相同，根据气体的红外吸收峰便可以判断是哪种气体。当气体浓度不同时，被气体吸收的红外能量也不相同，根据红外能量被吸收的大小可以判断气体的浓度。具体工作原理如图1所示：红外光源发射出广谱的红外光，通过一定长度的气室被待测气体充分吸收后，经过一个与气体红外吸收光谱波段一致的窄带滤光片，然后由红外探测器将经过气体吸收和窄带滤光片滤波后的红外光吸收并把红外信号转换为电信号，根据红外信号强度的不同来判断气体浓度的大小。

红外光源作为红外(ndir)气体传感器的核心部件，其性能严重影响着气体传感器探测的准确性和灵敏度，特别是光谱辐射特性极大地限制了可探测气体的种类。红外(ndir)气体传感器作为气体分析领域最为可靠和精确的一种方式，红外光源的性能起着决定性的作用。

通常，红外气体分析一般采用热辐射光源又称为白炽光源，是用电将材料加热后发射出红外辐射。常见的种类有灯丝光源和mems光源，其中灯丝光源用钨丝、铁铬铝丝、镍铬丝或镍锘丝作为灯丝材料。结构简单、使用方便、价格低廉是用量最大应用最为广泛的红外光源。但是，灯丝光源采用玻璃封装，由于玻璃的红外光谱特性，红外光谱透过在5μm波长处被截止，导致5μm以上波长的红外光无法透过，通常用红外方式检测的气体种类和波长：甲烷ch4红外吸收波长3.4μm、二氧化碳co2红外吸收波长4.26μm、一氧化碳co红外吸收波长4.64μm、氮氧化物气体nox红外吸收波长5.3μm、水蒸气h2o红外吸收波长5.75μm、二氧化硫so2红外吸收波长7.3μm、乙醇c2h5oh红外吸收波长9.44μm、六氟化硫sf6红外吸收波长10.6μm。由于玻璃的红外光谱透过波长小于大多数气体的红外光谱吸收波长，从而极大地限制了灯丝光源在气体分析领域的使用。

而另一种热辐射光源mems红外光源，采用mems工艺制作，光谱范围通常为1μm-20μm，虽然光谱覆盖范围宽，但由于价格昂贵是灯丝光源价格的60倍以上，只能应用在个别高端产品中无法大规模推广。

灯丝光源采用真空玻璃封装，防止灯丝光源在工作时金属灯丝高温氧化和蒸发导致的寿命减少等问题。但是玻璃的红外透过光谱波长截止于5μm，从而使灯丝光源无法应用于红外吸收波长高于5μm的气体分析。mems光源虽然光谱覆盖范围广1μm-20μm，但由于价格高昂智能应用在个别高端产品上。因此，想要满足各类气体探测，能够在高中低端大多数气体分析仪器上使用，且价格低廉的红外光源，现有的红外光源是不能满足的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于ndir红外气体分析的红外灯丝光源及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于ndir红外气体分析的红外灯丝光源，包括to底座和to盖帽，to盖帽设置在to底座上，to底座上设置有两个引脚，还包括灯丝和红外滤光片，所述灯丝的两端固定设置在两个引脚上，所述红外滤光片设置在to盖帽上。

作为本发明进一步的方案是：所述灯丝通过点焊或储能焊的方式焊接在引脚上。

作为本发明再进一步的方案是：所述灯丝采用钨丝、铁铬铝丝、镍铬丝或镍锘丝材料制成。

作为本发明再进一步的方案是：所述红外滤光片通过气密胶胶封在to盖帽上。

作为本发明再进一步的方案是：所述红外滤光片采用金属键合的方式封装在to盖帽上。

作为本发明再进一步的方案是：所述红外滤光片采用硅基滤光片、锗基滤光片、溴化钾基滤光片、蓝宝石基滤光片、硒化锌基滤光片、氟化钙基滤光片或氟化钡基滤光片。

一种用于ndir红外气体分析的红外灯丝光源制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将灯丝材料用点焊或储能焊的工艺焊接在to底座的引脚上；

(2)将对应的红外滤光片用气密胶胶封在to盖帽上，其气密性高于10^-9atm·cc/s；或将对应的红外滤光片用金属键合的方式封装在to盖帽上，其气密性高于10^-9atm·cc/s；

(3)将焊接好灯丝的to底座和封装好红外滤光片的to盖帽在真空环境下进行高气密的储能焊装封帽工艺，其气密性高于10^-9atm·cc/s。

本发明的有益效果是具有结构设计简单和造价低廉等特点，可以应用于高端气体分析仪器上，具有一定的推广应用价值。

附图说明

图1为ndir红外气体传感器的示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为玻璃红外透过曲线图。

图中：1-to底座，2-引脚，3-to盖帽，4-红外滤光片，5-灯丝，6-红外光源，7-气室，8-窄带滤光片，9-红外探测器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，本发明实施例中，一种用于ndir红外气体分析的红外灯丝光源，包括to底座1和to盖帽3，to盖3帽设置在to底座1上，to底座1上设置有两个引脚2，还包括灯丝5和红外滤光片4，所述灯丝5的两端固定设置在两个引脚2上，所述红外滤光片4设置在to盖帽3上。

所述灯丝5通过点焊或储能焊的方式焊接在引脚2上。

所述灯丝5采用钨丝、铁铬铝丝、镍铬丝或镍锘丝材料制成。

所述红外滤光片4通过气密胶胶封在to盖帽3上。

所述红外滤光片4采用金属键合的方式封装在to盖帽3上。

所述红外滤光片1采用硅基滤光片、锗基滤光片、溴化钾基滤光片、蓝宝石基滤光片、硒化锌基滤光片、氟化钙基滤光片或氟化钡基滤光片。

一种用于ndir红外气体分析的红外灯丝光源制备工艺，包括以下步骤：

(1)将灯丝2材料用点焊或储能焊的工艺焊接在to底座的1引脚2上；

(2)将对应的红外滤光片1用气密胶胶封在to盖帽3上，其气密性高于10^-9atm·cc/s；或将对应的红外滤光片1用金属键合的方式封装在to盖帽3上，其气密性高于10^-9atm·cc/s；

(3)将焊接好灯丝5的to底座和封装好红外滤光片4的to盖帽3在真空环境下进行高气密的储能焊装封帽工艺，其气密性高于10^-9atm·cc/s。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。