便携式红外传感器气室的制作方法

1.本发明涉及红外传感器技术领域，尤其涉及一种便携式红外传感器气室。


背景技术：

2.近年来，随着我国经济的高速发展，工业气体在国民经济中的比重越来越高，广泛应用于石油、化工、农业、医疗、食品、清洁能源、城市居民等领域。工业气体往往具有燃烧性、毒害性、窒息性、爆炸性等特点，当其浓度超出安全许可范围，容易导致安全事故发生，因此，对工业气体浓度的有效监测是保障气体安全的重要手段。工业气体传感器作为气体安全的重要保障，具有巨大的市场需求，且近年来逐步向低功耗、微型化、便携式方向发展。
3.红外气体传感器具有响应快、测量精度高、抗干扰能力强、使用寿命长等优点，且不会出现有害气体中毒、老化等现象，受到市场的广泛认可。其工作原理是利用气体分子因固有的振动、转动频率，而对特定波长的红外光信号具有吸收作用，且光吸收强度与气体分子浓度呈正相关。因此，通过探测与气体分子相互作用的特定波长光信号功率变化，即可实现对特定气体浓度的精确检测。
4.但是，现有的红外气体传感器气室体积大(例如，30mmx30mm柱形，50mm直径球形，10mmx40mm柱形，10mmx60mm柱形等)，并且组装过程复杂。红外气体传感器的检测原理服从朗伯
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比尔吸收定律，随着传感器气室体积的减小，红外光线光程也会随之减小，影响传感器的测量精度。现有的一些红外气体传感器为了产品的小体积化，需要在有限体积内实现光线的多次反射，这无疑增加了光能的损耗。
5.例如，公开号为cn203798729u的中国专利公开了一种微型红外气体传感器，传感器壳体的底面直径为20mm，传感器壳体的高度为16.6mm，传感器壳体的内壁上设有多个外反射镜面，中红外光源发射的红外光经过13次反射后，形成了长度为55mm
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70mm的光程。假设反射镜表面反射率为98％，则光线强度会衰减至76.9％(0.98^13＝0.769)。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的红外传感器气室体积较大，不便于携带的技术问题，本发明提供一种便携式红外传感器气室，通过对气室内部结构的重新设计，使得气室体积减小的同时还能够达到合适的光程，并且光能的损耗低。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种便携式红外传感器气室，包括：盒体和壳体，所述盒体为上端开口，所述壳体为下端开口，当所述盒体与所述壳体卡接时，所述盒体的下端与所述壳体的上端之间形成气腔，所述盒体为圆柱形结构，所述盒体的内径为d1，所述盒体内设有圆弧形隔板，所述圆弧形隔板所在圆的内径为d2，且d1>d2，所述盒体的圆心o1和所述圆弧形隔板的圆心o2之间的距离δl>0。
8.本发明的便携式红外传感器气室，通过将盒体的圆心o1和圆弧形隔板的圆心o2之间的距离δl设置为大于零，使得红外传感器气室的体积虽然减小了但是红外光源发出的红外光的光程仍然可以达到一个适合的值，从而保证红外传感器的测量精度，并且红外光
在气室内的反射次数较少，光能的损耗较小。
9.进一步，具体的，所述盒体的圆心o1和所述圆弧形隔板的圆心o2之间的距离δl＝3mm。圆心o1与圆心o2之间的距离δl不同，会影响红外光线在第二腔室内的反射次数，从而影响光程的大小。
10.进一步，具体的，所述盒体内还设有第一隔板、第二隔板及第三隔板，所述第一隔板的一端与所述盒体内壁固定连接，所述第一隔板的另一端与所述第二隔板的一端固定连接，所述第三隔板的一端与所述盒体内壁固定连接，所述第三隔板的另一端与所述第二隔板的另一端固定连接，所述圆弧形隔板的一端与所述第二隔板的另一端固定连接；所述第一隔板、第二隔板、第三隔板及盒体内壁依次围绕形成第一腔室，所述第三隔板、圆弧形隔板及盒体内壁之间围绕形成第二腔室，所述圆弧形隔板内部的空间形成第三腔室。这样使得红外光源发出的红外光能够在第二腔室内的盒体内壁和圆弧形隔板之间进行反射从而到达第一隔板表面，再由第一隔板将光线反射至第三腔室内，被传感器接收感知。
11.进一步，具体的，所述第一隔板为向所述第一腔室凹陷的弧形板，所述第一隔板的弧度为60度，半径为6mm。第一隔板需要将从第二腔室反射出来的光线进行最后一次反射，使得红外光线能够基本全部进入第三腔室从而被传感器接收，为了使得红外光源发出的光能够尽可能多的被传感器接收，第一隔板的弧度选择60度，半径设置为6mm。
12.进一步，具体的，所述圆弧形隔板的另一端与所述第二隔板的一端之间形成最终接收口，所述第二腔室和所述第三腔室之间通过所述最终接受口相连通，所述圆弧形隔板与所述第二腔室内的所述盒体内壁之间的距离s沿所述红外光线传播的方向逐渐减小。这样使得红外光的光程能够增加，且能偶基本全部被第三腔室内的传感器接收，有利于提高传感器检测的精度。
13.进一步，为了便于安装，所述第三隔板上设有用于安装红外光源的安装孔，所述第一腔室的底面设有用于所述红外光源电线穿过的穿线孔。红外光源发出的红外光线只能经过第二腔室到达第三腔室，第一隔板、第二隔板、第三隔板及圆弧形隔板均不透光。
14.进一步，为了便于安装，所述第三腔室内设有红外传感器固定部，所述红外传感器固定部内安装有红外传感器。红外传感器能够插入红外传感器固定部内实现固定。
15.进一步，具体的，所述盒体的外侧面设有多个卡接部，所述多个卡接部均匀设置，所述壳体的内侧设有多个凹槽，所述凹槽与所述卡接部一一配合卡接。使得盒体和壳体能够方便地安装，只需将壳体上的凹槽对准盒体上的卡接部进行卡接即可，安装过程非常方便，无需使用额外的工具。
16.进一步，具体的，所述壳体的顶部开设有进气孔，所述进气孔位于所述红外传感器上方。进气孔用于待测气体的进入和进出，正对红外传感器固定部能够使得进入的待测气体快速地充满整个盒体内部。
17.进一步，具体的，所述盒体的外径为27mm，所述盒体的高为10mm，所述盒体壁厚为0.8mm。盒体的体积为1822.5πmm3，相比现有技术中的气室体积已经缩小，便于携带。
18.进一步，为了增强反射效果，所述盒体内壁表面镀有金属材料。金属材料可以是金或者铝。
19.本发明的有益效果是，本发明的便携式红外传感器气室，通过将盒体的圆心o1和圆弧形隔板的圆心o2之间的距离δl设置为大于零，使得红外传感器气室在体积减小的时
候并没有减小光程，红外光源发出的红外光的光程仍然可以达到一个适合的值，从而保证红外传感器的测量精度不会降低；并且红外光在气室内的反射次数较少，光能的损耗较小，也有利于提高红外传感器的测量精度。并且，本发明的便携式红外传感器气室的结构简单，安装方便，体积小，便于携带。与现有技术相比，本发明的气室尺寸为φ27mm*10mm，红外光线在气室内经过5次反射后，光程能能够达到50mm
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70mm，并且光线强度衰减减少，仅会衰减至90.3％(0.98^5＝0.903)。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
21.图1是本发明的盒体的结构示意图。
22.图2是本发明的壳体的结果示意图。
23.图3是本发明的第三隔板的结构示意图。
24.图中：1、盒体，2、壳体，11、第一隔板，12、第二隔板，13、第三隔板，14、圆弧形隔板，15、第一腔室，16、第二腔室，17、第三腔室，18、卡接部，19、最终接收口，131、安装孔，151、穿线孔，171、红外传感器固定部，21、凹槽，22、进气孔。
具体实施方式
25.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.光程是在相同时间内光线在真空中传播的距离。在传播时间相同或相位改变相同的条件下，把光在介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程。在数值上，光程等于介质折射率乘以光在介质中传播的路程。
29.朗伯
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比尔定律是光吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质，包括气体、固体、液体、分子、原子和离子。朗伯
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比尔定律是吸光光度法、比色分析法和光电比色法的定量基础。光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目。为了提高红外气体传感器精度，需要增加红外光在待测气体中的有效吸收光程。但是，在实际应用中，并不是说光程越长越好，因为光程越长，说明光线的反射次数越多，产生的光能损耗就越大。为
了能够同时满足红外传感器的精度以及低损耗的要求，本实施例的气室光程为50
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70mm。
30.如图1
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3所示，一种便携式红外传感器气室，包括盒体1和壳体2，盒体1为上端开口，壳体2为下端开口，当盒体1与壳体2卡接时，盒体1的下端与壳体2的上端之间形成气腔，盒体1为圆柱形结构，盒体1的内径为d1，盒体1内设有圆弧形隔板14，圆弧形隔板14所在圆的内径为d2，且d1>d2，盒体1的圆心o1和圆弧形隔板14的圆心o2之间的距离δl>0。也就是说，盒体1的圆心o1和圆弧形隔板14的圆心o2是不重叠的，使得盒体1内红外光线传播的通道宽度是不均匀的。盒体1的圆心o1和圆弧形隔板14的圆心o2之间的距离优选为δl＝3mm。当盒体1的圆心o1和圆弧形隔板14的圆心o2之间的距离发生改变时，红外光线的反射次数也会发生改变，使得光程发生改变。在本实施例中，盒体1和壳体2的材质可以选用聚乙烯或者abs塑料，具有加工精度高，表面光滑，装配性好，抗变形，性价比高，同时还具有耐腐蚀的特性，能够有效地防止待测气体中的腐蚀性气体成分对气室的破坏。
31.盒体1内还设有第一隔板11、第二隔板12及第三隔板13，第一隔板11的一端与盒体1内壁固定连接，第一隔板11的另一端与第二隔板12的一端固定连接，第三隔板13的一端与盒体1内壁固定连接，第三隔板13的另一端与第二隔板12的另一端固定连接，圆弧形隔板14的一端与第二隔板12的另一端固定连接；第一隔板11、第二隔板12、第三隔板13及盒体1内壁依次围绕形成第一腔室15，第三隔板13、圆弧形隔板14及盒体1内壁之间围绕形成第二腔室16，圆弧形隔板14内部的空间形成第三腔室17。在本实施例中，第一隔板11为向第一腔室15凹陷的弧形板，第一隔板11的弧度优选为60度，半径优选为6mm。第一隔板11选用向第一腔室15凹陷的弧形板，能够尽可能多的反射从第二腔室16出来的红外光线，使得红外光线能够基本全部被传感器接收，提高传感器的检测精度。圆弧形隔板14的另一端与第二隔板12的一端之间形成最终接收口19，第二腔室16和第三腔室17之间通过最终接受口19相连通，圆弧形隔板14与第二腔室16内的盒体1内壁之间的距离s沿红外光线传播的方向逐渐减小。红外光源发出的红外光线经过第二腔室16内的盒体1的内壁和圆弧形隔板14之间的多次反射，可以到达第一隔板11处，第一隔板11优选为弧形板且弧度为60度，半径为6mm，使得达到第一隔板11的红外光线能够被第一隔板11反射至第三腔室17内，从而被传感器接收。圆弧形隔板14与第二腔室16内的盒体1内壁之间的距离s沿红外光线传播的方向逐渐减小，能够使得红外光线的光程增大。在本实施例中，红外光线经过多次反射形成的光程为50
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70mm，是通过盒体1的圆心o1和圆弧形隔板14的圆心o2之间的距离δl以及与第一隔板11的相互配合，使得红外光线的反射次数和光程达到一个合适的值，既能够保证红外传感器的测量精度，又可以减小光能的损耗。
32.第三隔板13上设有用于安装红外光源的安装孔131，第一腔室15的底面设有用于红外光源电线穿过的穿线孔151。红外光源的发光部穿过安装孔131位于第二腔室16内部，使得红外光源发出的红外光线能够更多地被传感器接收，将光源的电线穿过第一腔室15的穿线孔151引出，可以将电线与第二腔室16隔离，减少外部因素对光线传播的影响。
33.第三腔室17内设有红外传感器固定部171，红外传感器固定部171内安装有红外传感器。壳体2的顶部开设有进气孔22，进气孔22位于红外传感器上方。红外传感器可以安装至固定部171内，进气孔22可以用于待测气体的进入与进出，进气孔22位于红外传感器上方可以使得待测气体进入时快速地扩散至盒体1内。
34.盒体1的外侧面设有多个卡接部18，多个卡接部18均匀设置，壳体2的内侧设有多
个凹槽21，凹槽21与卡接部18一一配合卡接。卡接部18和凹槽21的数量优选为相同，安装时，只需将卡接部18和凹槽21一一对准进行卡接，即可实现壳体2和盒体1之间的固定，无需再使用其他工具，安装非常方便，省时省力。
35.盒体1的外径为27mm，盒体1的高为10mm，盒体1壁厚为0.8mm。盒体的体积为1822.5πmm3，相比现有技术中的气室体积已经缩小，便于携带。盒体1内壁表面镀有金属材料，金属材料可以是金或者铝，能够增强反射效果。
36.工作过程：
37.首先，将红外光源安装至光源安装孔131内，且红外光源的发光部朝向第二腔室16，将红外光源的电线穿过穿线孔151与电路板连接。将红外传感器安装至红外传感器固定部171内，然后将壳体2与盒体1卡接，使得进气孔222正对红外传感器。将红外光源和红外传感器通电，待测气体从进气孔222通入并均匀扩散充满整个盒体1内部，红外光源发出红外光后进入第二腔室16后经过四次反射到达第一隔板15，再经过第一隔板15反射被红外传感器接收。红外传感器再根据朗博
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比尔定律得到待测气体的浓度。本气室的红外光线的光程为50
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70mm，共经过五次反射可以到达红外传感器，光能损耗小。
38.综上所述，本发明的便携式红外传感器气室，通过将将盒体1的圆心o1和圆弧形隔板14的圆心o2之间的距离δl设置为3mm，以及将第一隔板11的弧度设置为60度，半径为6mm，通过距离δl和弧度两者之间的配合，使得传感器气室在体积减小的同时增加光程，保证红外传感器的测量精度；并且本气室内红外光线共经过五次反射即可达到需要的光程值，能够减小光能的损耗。本发明的便携式红外传感器气室的结构简单，安装方便，体积小，便于携带。
39.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。