專利名稱：一種快速檢測智能紅外氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種快速檢測智能紅外氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種氣體傳感器，尤其是一種包括氣體吸收腔室、紅外光源、熱釋電探頭以及信號(hào)采集控制板的一種紅外氣體傳感器。
背景技術(shù)：
[0002]在煤礦井下監(jiān)控瓦斯(CH4)濃度是預(yù)防煤礦瓦斯爆炸事故的重要手段，目前檢測 CH4的儀器主要有，催化燃燒型、紅外光譜型、半導(dǎo)體氣敏型、氣相色譜型和光纖測量型等， 其中使用最普遍的是催化燃燒式氣體傳感器。但這種傳感器存在著易受環(huán)境影響，可靠性和準(zhǔn)確性差、使用壽命短、維護(hù)成本高、易產(chǎn)生催化中毒等弊端，屬于落后的淘汰產(chǎn)品。而基于NWR技術(shù)的紅外光譜型傳感器是目前的研究熱點(diǎn)之一，它從原理上避免了現(xiàn)有催化燃燒式傳感器的弊端，具有精度和靈敏度高，可靠性和選擇性好，不中毒、不依賴于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、使用壽命長和不需頻繁調(diào)校等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)分析和智能實(shí)時(shí)檢測等功能。[0003]現(xiàn)有的紅外氣體傳感器，其吸收氣室大多采用上部單向通氣孔方式和光學(xué)聚焦系統(tǒng)，在進(jìn)行氣體檢測時(shí)，腔室易受待測氣體來向干擾或因光強(qiáng)不均勻等因素而造成測量漂移等現(xiàn)象，即當(dāng)待測氣體由不同方向擴(kuò)散而來或因光路調(diào)校不準(zhǔn)確，探頭響應(yīng)時(shí)間和檢測精度及穩(wěn)定性表現(xiàn)均不理想。為此，人們一直在氣體檢測穩(wěn)定性、靈敏性及及檢測精度的矛盾中尋求一種更加穩(wěn)定、更加合理適用的解決方案。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是在不提高制造成本的前提下，通過吸收腔氣室結(jié)構(gòu)及相其應(yīng)部件設(shè)計(jì)，提高光能利用率及光信號(hào)的信噪比，消除測量漂移隱患，從而達(dá)到檢測快速響應(yīng)，提高檢測精度及穩(wěn)定性，進(jìn)而提供一種快速檢測智能紅外氣體傳感器。[0005]基于上述問題和目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)措施是一種快速檢測智能紅外氣體傳感器的設(shè)計(jì)方案，包括氣體吸收腔、熱釋電探頭和網(wǎng)罩。[0006]所述氣體吸收腔是包括第一氣體吸收室和第二氣體吸收室；所述第一氣體吸收室是其周側(cè)壁設(shè)置有12個(gè)側(cè)壁通氣孔，及其相應(yīng)的，所述頂面設(shè)置有12個(gè)頂面通氣孔，且二者正交并重合于氣體吸收腔的內(nèi)壁表面；其第一氣體吸收室的外圓柱呈第一外圓柱階梯臺(tái)面和第二外圓柱階梯臺(tái)面。[0007]所述熱釋電探頭是設(shè)置在第二氣體吸收室內(nèi)，在設(shè)置有兩個(gè)熱釋電探頭時(shí)，兩個(gè)熱釋電探頭呈正交型90°設(shè)置，或呈非正交型120°設(shè)置，且每個(gè)熱釋電探頭設(shè)置有兩個(gè)窄帶濾光片端口，一個(gè)為參考端，另一個(gè)為探測端。[0008]所述網(wǎng)罩是包括第一網(wǎng)罩和第二網(wǎng)罩，所述第一網(wǎng)罩是設(shè)置于第一氣體吸收室的上端面；所述第二網(wǎng)罩是設(shè)置于第一氣體吸收室的圓環(huán)槽內(nèi)。[0009]在上述設(shè)計(jì)方案中，所述第一氣體吸收室是呈半球型結(jié)構(gòu)；所述第二氣體吸收室是呈淺凹球面結(jié)構(gòu)；所述第一氣體吸收室和第二氣體吸收室兩端面圓周接合處呈凸凹型對(duì)中定位彌合結(jié)構(gòu)；所述熱釋電探頭的對(duì)稱軸線上設(shè)置有紅外光源，且關(guān)于中心點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置。[0010]本實(shí)用新型通過吸收腔氣室的結(jié)構(gòu)及相關(guān)部件設(shè)計(jì)，即采用上部半球型和下部淺凹球面組成的開放式蝶形吸收腔氣室結(jié)構(gòu)，使得光線在腔內(nèi)經(jīng)過多次折射后光強(qiáng)趨于均勻，探測頭上的感光元件不受光路偏移的影響，無需調(diào)焦即可接收采樣氣體。相關(guān)部件通氣孔的獨(dú)特設(shè)計(jì)使腔室光能利用率有效提高，使得光信號(hào)的信噪比得以提高；同時(shí)，由于采用開放式蝶形氣室結(jié)構(gòu)，對(duì)于待測氣體的橫向或縱向擴(kuò)散均可有效接收，可消除待測氣體來向干擾和光強(qiáng)不均勻等因素造成的測量漂移現(xiàn)象；而正交型或非正交型雙探測頭四通道結(jié)構(gòu)設(shè)置，可以預(yù)測待測氣體真實(shí)濃度，通過加權(quán)累加算法可以有效修正實(shí)測氣體濃度，此舉提高了氣體檢測的靈敏性及快速檢測響應(yīng)時(shí)間，提高了傳感器的檢測精度和檢測穩(wěn)定性。


[0011]圖1為本實(shí)用新型傳感器探頭剖視結(jié)構(gòu)示意圖；[0012]圖2為本實(shí)用新型氣體吸收腔第一氣體吸收室外形結(jié)構(gòu)示意圖；[0013]圖3為本實(shí)用新型氣體吸收腔第一氣體吸收室俯視結(jié)構(gòu)示意圖；[0014]圖4為本實(shí)用新型氣體吸收腔第一氣體吸收室正視結(jié)構(gòu)示意圖；[0015]圖5為本實(shí)用新型氣體吸收腔第一氣體吸收室剖視結(jié)構(gòu)示意圖；[0016]圖6為本實(shí)用新型氣體吸收腔第二氣體吸收室俯視結(jié)構(gòu)示意圖；[0017]圖7為本實(shí)用新型氣體吸收腔第二氣體吸收室左視結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖8為本實(shí)用新型的智能紅外氣體傳感器探頭爆炸圖。[0019]圖中1 圓環(huán)槽；2 外殼；3 第一網(wǎng)罩；4 氣體吸收腔；5 側(cè)壁通氣孔；6 第一氣體吸收室；7 第二網(wǎng)罩；8 信號(hào)采集控制板；9 紅外光源；10 管腳插針；11 第二氣體吸收室；12 底板；13 熱釋電探頭；14 第一外圓柱階梯臺(tái)面；15 第二外圓柱階梯臺(tái)面；16 第一氣體吸收室凸臺(tái)面；17 第二氣體吸收室凹臺(tái)面；18 頂面通氣孔；19 淺凹球面反射^Ml O具體實(shí)施方式
[0020]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作出進(jìn)一步的詳細(xì)說明。[0021]如圖1所示，實(shí)施本實(shí)用新型包括第一氣體吸收室6、第二氣體吸收室11、紅外光源9、熱釋電探測頭13、第一網(wǎng)罩3、第二網(wǎng)罩7、信號(hào)采集控制板8、底板12、外殼2及管腳插針10 ；其中，氣體吸收腔4是由第一氣體吸收室6和第二氣體吸收室11構(gòu)成。第一氣體吸收室6呈半球形反射面與第二氣體吸收室11淺凹球面反射鏡19相對(duì)應(yīng)。[0022]如圖8所示，為開放式蝶形腔室智能紅外氣體傳感器探頭爆炸圖，網(wǎng)罩3放置在第一吸收室6的頂部且置于外殼2的上端，第二網(wǎng)罩7安裝于第一氣體吸收室6的圓環(huán)槽 1內(nèi)；第一氣體吸收室凸臺(tái)面16與第二氣體吸收室凹臺(tái)面17對(duì)中定位彌合于連接端面處； 使得氣體吸收腔4內(nèi)表面為一完整彌合的無縫腔室。紅外光源9和熱釋電探測頭13連接在信號(hào)采集控制板8上；而所述信號(hào)采集控制板8固定于第二氣體吸收室11的下部且確保其光源頭和熱釋電探測頭13的感應(yīng)端口呈現(xiàn)于氣體吸收腔4內(nèi)；同時(shí)，管腳插針10連接在信號(hào)采集控制板8下部，底板12將外殼2整體密閉封裝。[0023]如圖2所示，為所述的開放式蝶形氣體吸收腔4之第一氣體吸收室6的外形圖，所述的第一氣體吸收室6呈半球型對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可有效提高光線反射和匯聚能力，光線經(jīng)多次反射后光強(qiáng)趨于均勻一致，消除測量漂移隱患；所述其腔室內(nèi)壁表面鍍金，具有不易腐蝕、 不變色及高反光率的特性，可提高氣體吸收率。[0024]如圖3、4所示，所述其第一氣體吸收室6的外圓周側(cè)壁設(shè)置有至少兩個(gè)以上的側(cè)壁通氣孔5，及其相應(yīng)的，所述頂面設(shè)置有12個(gè)頂面通氣孔18，且兩面通氣孔正交并重合于氣體吸收腔4的內(nèi)壁表面；如此構(gòu)造形成360°全方位的開放式蝶形腔室，對(duì)于無論橫向或縱向來的氣體擴(kuò)散均可有效接受，可以提高探頭快速檢測及響應(yīng)時(shí)間；正交重合的側(cè)壁通氣孔5設(shè)置使腔室內(nèi)部不復(fù)漏光，光能利用率有效提高，同時(shí)光信號(hào)的信噪比也得以提高。[0025]如圖4所示，所述第一氣體吸收室6的外圓周側(cè)壁呈圓柱階梯狀臺(tái)面，所述第一外圓柱階梯臺(tái)面14位于第一氣體吸收室6外圓周側(cè)壁上部，其作用為與外殼2內(nèi)壁配合以確定第一氣體吸收室6的同心圓周位置；所述的第二外圓柱階梯臺(tái)面15與外殼2內(nèi)壁形成一個(gè)圓環(huán)帶狀的氣體交換空間，使得待測氣體可以由此進(jìn)入氣體吸收腔4內(nèi)。[0026]相應(yīng)地，如圖5所示，所述第一氣體吸收室6頂面設(shè)有第一網(wǎng)罩3用以阻止氣體分子以外的物質(zhì)進(jìn)入腔室。相應(yīng)地，所述的第一氣體吸收室凸臺(tái)面16，其功能為與第二氣體吸收室凹臺(tái)面17上部端面配合構(gòu)成對(duì)中定位，以形成彌合無縫腔室，設(shè)置的凸凹臺(tái)面圓周產(chǎn)生Z字形彌合帶。[0027]相應(yīng)地，所述的第一氣體吸收室6下部階梯臺(tái)面設(shè)置有圓環(huán)槽1，其功能為可放置網(wǎng)罩7以阻止氣體分子以外的物質(zhì)進(jìn)入腔室，確保氣體吸收腔室的潔凈。[0028]如圖6、7所示，為所述的氣體吸收腔4之第二氣體吸收室11內(nèi)部氣室呈淺凹球面結(jié)構(gòu)，其功能為將紅外光源9發(fā)出的光線高效反射到第一氣體吸收室6的半球面反射鏡上， 所述其腔室內(nèi)壁表面鍍金，具有不易腐蝕、不變色及高反光率的特性，可提高氣體吸收率。[0029]所述第二氣體吸收室11中設(shè)置有12個(gè)熱釋電探頭13和至少一個(gè)以上的紅外光源9，并固定連接在信號(hào)采集控制板8上。[0030]所述第二氣體吸收室11內(nèi)設(shè)置有熱釋電探頭13，在設(shè)置有兩個(gè)熱釋電探頭13時(shí)， 兩個(gè)熱釋電探頭13呈正交型90°設(shè)置，或呈非正交型120°設(shè)置；所述的每個(gè)熱釋電探頭13 設(shè)置有兩個(gè)窄帶濾光片端口，一個(gè)為參考端，另一個(gè)為探測端。[0031]所述第二氣體吸收室11內(nèi)的2個(gè)熱釋電探頭13呈正交型90°或非正交型120° 雙探頭四通道結(jié)構(gòu)設(shè)置，其功能為可以預(yù)測待測氣體真實(shí)濃度，通過加權(quán)累加算法可以有效修正實(shí)測氣體濃度，此舉提高了氣體檢測的靈敏性及快速檢測響應(yīng)時(shí)間，由此提高了傳感器的檢測精度和檢測穩(wěn)定性。[0032]所述第二氣體吸收室11中的紅外光源9位于熱釋電探頭13的對(duì)稱軸線上，且關(guān)于中心點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置。[0033]如圖6所示，所述的第二氣體吸收室11呈淺凹球面片斷，該淺凹球面反射鏡19的設(shè)置可將光源發(fā)出的光線高效反射到第一氣體吸收室6的半球面反射鏡上，然后又經(jīng)半球面反射鏡反射到第二氣體吸收室11的淺凹球面反射鏡19上，折射次數(shù)少的光線將泄漏出氣室，如此形成多次反射后，光強(qiáng)趨于均勻，最后匯聚到熱釋電探頭13的感光接受器上轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。[0034]所述的紅外光源9和熱釋電探頭13位于開放式蝶形氣體吸收腔4下端部，其固定連接在信號(hào)采集控制板8上端部，而管腳插針10連接到信號(hào)采集控制板8之下端部，所述的管腳插針10連接到主控電路板上。[0035] 以上所披露的本實(shí)用新型還可以有其他多種實(shí)施例。在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的前提下，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來講，可以很容易地根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都沒有脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種快速檢測智能紅外氣體傳感器，包括氣體吸收腔、熱釋電探頭和網(wǎng)罩；所述氣體吸收腔(4)是包括第一氣體吸收室(6)和第二氣體吸收室(11)；所述第一氣體吸收室(6)是其周側(cè)壁設(shè)置有12個(gè)側(cè)壁通氣孔(5)，及其相應(yīng)的，所述頂面設(shè)置有12個(gè)頂面通氣孔(18)，且二者正交并重合于氣體吸收腔(4)的內(nèi)壁表面；其第一氣體吸收室(6) 的外圓柱呈第一外圓柱階梯臺(tái)面(14)和第二外圓柱階梯臺(tái)面(15)；所述熱釋電探頭(1 是設(shè)置在第二氣體吸收室(11)內(nèi)，在設(shè)置有兩個(gè)熱釋電探頭 (13)時(shí)，兩個(gè)熱釋電探頭(1 呈正交型90°設(shè)置，或呈非正交型120°設(shè)置，且每個(gè)熱釋電探頭(1 設(shè)置有兩個(gè)窄帶濾光片端口，一個(gè)為參考端，另一個(gè)為探測端；所述網(wǎng)罩是包括第一網(wǎng)罩(3)和第二網(wǎng)罩(7)，所述第一網(wǎng)罩(3)是設(shè)置于第一氣體吸收室(6)的上端面；所述第二網(wǎng)罩(7)是設(shè)置于第一氣體吸收室(6)的圓環(huán)槽(1)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種快速檢測智能紅外氣體傳感器，其特征在于所述第一氣體吸收室(6)是呈半球型結(jié)構(gòu)。
3 如權(quán)利要求1所述的一種快速檢測智能紅外氣體傳感器，其特征在于所述第二氣體吸收室(11)是呈淺凹球面結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種快速檢測智能紅外氣體傳感器，其特征在于所述第一氣體吸收室(6)和第二氣體吸收室(11)兩端面圓周接合處呈凸凹型對(duì)中定位彌合結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種快速檢測智能紅外氣體傳感器，其特征在于所述熱釋電探頭(1 的對(duì)稱軸線上設(shè)置有紅外光源(9)，且關(guān)于中心點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置。
專利摘要一種快速檢測智能紅外氣體傳感器，包括氣體吸收腔、熱釋電探頭和網(wǎng)罩；其氣體吸收腔是由半球型的第一氣體吸收室和淺凹球面的第二氣體吸收室構(gòu)成，氣體吸收腔的頂面和側(cè)壁設(shè)置有腔室內(nèi)壁面正交的通氣孔，氣體吸收腔內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)紅外光源和兩個(gè)呈正交型或非正交型熱釋電探頭，每個(gè)熱釋電探頭設(shè)置有兩個(gè)窄帶濾光片端口，一個(gè)為參考端，另一個(gè)為探測端。本實(shí)用新型氣體吸收腔為開放式蝶形氣室，增加了腔室光能的利用率和光信號(hào)的信噪比，消除了環(huán)境干擾和光強(qiáng)不均勻等因素造成的測量漂移現(xiàn)象，并可預(yù)測待測氣體的真實(shí)濃度，通過加權(quán)累加算法可有效修正實(shí)測氣體濃度，提高了氣體檢測的靈敏性及快速檢測響應(yīng)時(shí)間，以及傳感器的檢測精度和檢測穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01N21/35GK202256147SQ20112035883
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者梁永直, 熊小晉 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)