專利名稱：微型防爆多氣體紅外傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種紅外氣體傳感器，具體地說，涉及一種微型防爆多氣體紅外 傳感器。
背景技術(shù)：
無論是垃圾填埋場、污水處理廠，還是農(nóng)村沼氣工程，都離不開沼氣成分分析，沼 氣成分分析一般需要測量CH4、CO2, 02、H2S四項指標(biāo)；目前，我國還沒有專業(yè)的微型紅外傳感器對沼氣組分進(jìn)行測量，而沼氣組分的常 規(guī)測量一般采用奧氏氣體分析或者氣相色譜分析，或者采用單組分的紅外線氣體傳感器進(jìn) 行分析；奧氏氣體分析儀作為一種經(jīng)典的化學(xué)式手動分析器，具有價格便宜、操作方便、維 修容易等優(yōu)點，但是該方法是一種手動操作，精度低，速度慢，已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展需要；近年 來色譜分析儀得到推廣，但是色譜分析儀需要對氣體進(jìn)行分離后再檢測，很難實現(xiàn)實時在 線工作；而目前的氣體傳感器只能分析單一組分氣體。為此，人們一直在尋求一種適于實用的技術(shù)解決方案。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種體積小巧、精度高、性價比高、效率 高、使用方便、可進(jìn)行多組分氣體檢測的微型防爆多氣體紅外傳感器。本實用新型所采用的技術(shù)方案如下一種微型防爆多氣體紅外傳感器，它包括紅外氣體探測器，紅外光源，防爆外殼， 設(shè)置于防爆外殼一開口端的防爆冶金粉末網(wǎng)，依次設(shè)置于防爆外殼內(nèi)部的光學(xué)腔體、具有 信號采集電路的兩塊電路板，設(shè)置于防爆外殼另一開口端的防爆外殼蓋，以及設(shè)置在防爆 外殼蓋上的輸出管腳；其中，所述光學(xué)腔體內(nèi)設(shè)置有光學(xué)通道，所述光學(xué)腔體靠近所述防爆 冶金粉末網(wǎng)方向的腔壁上設(shè)置有通氣孔，所述光學(xué)腔體的腔壁上設(shè)置有紅外氣體探測器安 裝孔和紅外光源安裝孔，所述紅外氣體探測器和所述紅外光源分別安裝在所述紅外氣體探 測器安裝孔和所述紅外光源安裝孔內(nèi)，所述紅外氣體探測器的探測端設(shè)置在所述光學(xué)通道 內(nèi)的一端，所述紅外光源的發(fā)光端設(shè)置在所述光學(xué)通道內(nèi)的另一端；在所述防爆外殼蓋與 所述電路板之間澆注有環(huán)氧樹脂；所述紅外氣體探測器和所述紅外光源的管腳分別連接所 述信號采集電路，所述輸出管腳一端連接所述信號采集電路；所述紅外氣體探測器是四通 道熱電堆探測器?；谏鲜觯龉鈱W(xué)腔體包括安裝在一起的光學(xué)腔體上蓋和光學(xué)腔體下蓋；所述 紅外氣體探測器安裝孔和所述紅外光源安裝孔分別設(shè)置在所述光學(xué)腔體上蓋上，所述通氣 孔設(shè)置在所述光學(xué)腔體下蓋上?；谏鲜?，所述信號采集電路包括基準(zhǔn)電壓電路、四路高性能運算放大器電路和 EEPROM存儲芯片，所述基準(zhǔn)電壓電路分別連接所述高性能運算放大器電路和所述紅外氣體 探測器以提供基準(zhǔn)電壓；所述紅外氣體探測器的輸出端分別連接四路高性能運算放大器電路的輸入端；所述輸出管腳一端分別連接所述紅外光源的管腳、所述EEPROM存儲芯片的輸 出端和所述高性能運算放大器電路的輸出端。本實用新型相對現(xiàn)有技術(shù)具有實質(zhì)性特點和進(jìn)步，具體地說，該紅外傳感器能在 微小空間內(nèi)實現(xiàn)多種氣體組分分析的功能，其利用非色散紅外原理對多組分的CH4和CO2 或CH4和CO或CO和CO2氣體進(jìn)行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，性能穩(wěn)定，壽命 長，且其內(nèi)置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補償，并具有EEPROM存儲器；該紅外傳感器由于采用 成熟的紅外吸收氣體檢測技術(shù)，配合精良電路設(shè)計與微機械加工工藝，使其具有尺寸小、精 度高、測量范圍寬，壽命長、不中毒的特點，可以應(yīng)用于一臺儀器中實現(xiàn)對沼氣成分中CH4、 C02、02、H2S等氣體的實時快速測量；該紅外傳感器采用的防爆外殼、防爆冶金粉末網(wǎng)和防爆 外殼蓋構(gòu)成了一個防爆性能良好的防爆體，且在所述防爆外殼蓋與所述電路板之間澆注有 環(huán)氧樹脂，更進(jìn)一步的增強了傳感器的密封性能和防爆性能；由于該傳感器體積小巧的特 點，也可應(yīng)用于便攜式監(jiān)測儀，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)村能源站、垃圾填埋場、畜禽養(yǎng)殖場等諸多 領(lǐng)域。精度高、穩(wěn)定性好、壽命長。

圖1是本實用新型的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的拆分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型所述信號采集電路的電路原理示意圖一；圖4是本實用新型所述信號采集電路的電路原理示意圖二。
具體實施方式
下面通過具體實施方式
，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1和圖2所示，一種微型防爆多氣體紅外傳感器，該紅外傳感器包括紅外氣體 探測器5，紅外光源6，防爆外殼2，設(shè)置于防爆外殼2 —開口端的防爆冶金粉末網(wǎng)1，依次設(shè) 置于防爆外殼2內(nèi)部的光學(xué)腔體、電路板7、電路板8，設(shè)置在電路板7和電路板8上的信號 采集電路，設(shè)置于防爆外殼2另一開口端的防爆外殼蓋9，以及設(shè)置在防爆外殼蓋9上的輸 出管腳10 ；其中，所述光學(xué)腔體內(nèi)設(shè)置有光學(xué)通道，所述光學(xué)腔體靠近所述防爆冶金粉末網(wǎng)1 方向的腔壁上設(shè)置有通氣孔，所述光學(xué)腔體的腔壁上設(shè)置有紅外氣體探測器安裝孔和紅外 光源安裝孔，所述紅外氣體探測器5和所述紅外光源6分別密封安裝在所述紅外氣體探測 器安裝孔和所述紅外光源安裝孔內(nèi)，所述紅外氣體探測器5的探測端設(shè)置在所述光學(xué)通道 內(nèi)的一端，所述紅外光源6的發(fā)光端設(shè)置在所述光學(xué)通道內(nèi)的另一端；基于密封和防爆考 慮，在所述防爆外殼蓋9與所述電路板8之間澆注有環(huán)氧樹脂；所述紅外氣體探測器5和所述紅外光源6的管腳分別連接所述信號采集電路，所 述輸出管腳10 —端連接所述信號采集電路；所述紅外氣體探測器5是四通道熱電堆探測
器ο基于上述，為了安裝與生產(chǎn)制造方便，所述光學(xué)腔體包括密封安裝在一起的光學(xué) 腔體上蓋4和光學(xué)腔體下蓋3，安裝在一起的所述光學(xué)腔體上蓋4和所述光學(xué)腔體下蓋3的 內(nèi)腔壁構(gòu)成所述光學(xué)通道；所述紅外氣體探測器安裝孔和所述紅外光源安裝孔分別設(shè)置在所述光學(xué)腔體上蓋4上，所述通氣孔設(shè)置在所述光學(xué)腔體下蓋3上。 如圖3和圖4所示，基于上述，所述信號采集電路包括基準(zhǔn)電壓電路、四路高性能 運算放大器電路和EEPROM存儲芯片；所述基準(zhǔn)電壓電路分別連接四路高性能運算放大器 電路和紅外氣體探測器以提供基準(zhǔn)電壓； 其中，如圖3所示，所述電路板7上包括兩路高性能運算放大器電路和提供基準(zhǔn)電 壓的基準(zhǔn)電壓電路；所述紅外氣體探測器5和所述紅外光源6的管腳分別焊接在所述電路 板7上；所述基準(zhǔn)電壓電路包括基準(zhǔn)電壓芯片U4、電阻R7和電容C7，基準(zhǔn)電壓芯片U4采 用ZXRE125 ；該兩路高性能運算放大器電路包括具有兩路放大的集成運放U1、電阻R1、電阻 R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5 ；其中，集 成運放Ul采用AD8629芯片，電阻R2、電阻R3、電阻R5、電阻R6是調(diào)整放大倍數(shù)的增益電 阻，電容C2、電容C5是消除電路自激振蕩的超前補償電容，電阻R1、電阻R4是集成運放Ul 的輸入阻抗匹配電阻，電容Cl、電容C4是集成運放Ul的正輸入端的濾波電容，電容C3是集 成運放Ul的供電電壓濾波電容；集成運放Ul的第3、5腳分別為紅外氣體探測器5輸出的微弱二氧化碳模擬信號、 甲烷模擬信號的正輸入端；集成運放Ul的第1、7腳輸出放大后的二氧化碳、甲烷模擬信號； 電路板7上的C0N9是連接電路板8的9PIN插針。如圖4所示，所述電路板8上包括兩路高性能運算放大器電路和EEPROM存儲芯片 U5 ；該兩路高性能運算放大器電路包括具有兩路放大的集成運放U2、電阻R8、電阻R9、電阻 R10、電阻R11、電容C6、電容C8、電容C9、電容ClO ；其中，集成運放U2采用AD8629芯片，電 阻R9、電阻RlO是調(diào)整放大倍數(shù)的增益電阻，電容C6是消除電路自激振蕩的超前補償電容， 電阻R8是集成運放Ul的輸入阻抗匹配電阻，電容C8、電容ClO是集成運放Ul的正輸入端 的濾波電容，電容C9是集成運放U2的供電電壓濾波電容；所述EEPROM存儲芯片U5采用 M-24LC08BT-I/0T芯片，EEPROM存儲芯片U5內(nèi)保存了傳感器的校準(zhǔn)、溫度補償和傳感器特 征等信息；所述集成運放U2的第3、5腳連接至由所述紅外氣體探測器5探測腔體溫度輸出 的溫度模擬信號和其自身輸出的參考模擬信號；電路板8上的C0N10是該紅外傳感器的10個管腳，其分別連接10個所述輸出管 腳10的一端，即，所述輸出管腳10 —端分別連接所述紅外光源的管腳、所述EEPROM存儲芯 片的輸出端和所述高性能運算放大器電路的輸出端；電路板8上的C0N9是連接電路板7的 9PIN插針。所述紅外氣體探測器5為四通道熱電堆探測器U3，其六只管腳分別為溫度輸出信 號、一氧化碳輸出信號、二氧化碳輸出信號、甲烷輸出信號、參考輸出信號和公共端；所述紅 外光源6根據(jù)紅外傳感器外部應(yīng)用電路產(chǎn)生一定頻率的光波，所述紅外氣體探測器5根據(jù) 所述紅外光源6所產(chǎn)生的光波和自身溫度輸出氣體濃度和溫度模擬信息，即所述紅外氣體 探測器5輸出微弱的甲烷模擬信號、二氧化碳模擬信號、溫度模擬信號以及參考模擬信號， 該模擬信號并經(jīng)兩個集成運算放大器放大后通過紅外傳感器的輸出管腳10輸出。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限 制；盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型請求保護(hù)的技術(shù)方案 范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求一種微型防爆多氣體紅外傳感器，包括紅外氣體探測器和紅外光源，其特征在于該紅外傳感器還包括防爆外殼，設(shè)置于防爆外殼一開口端的防爆冶金粉末網(wǎng)，依次設(shè)置于防爆外殼內(nèi)部的光學(xué)腔體、具有信號采集電路的兩塊電路板，設(shè)置于防爆外殼另一開口端的防爆外殼蓋，以及設(shè)置在防爆外殼蓋上的輸出管腳；其中，所述光學(xué)腔體內(nèi)設(shè)置有光學(xué)通道，所述光學(xué)腔體靠近所述防爆冶金粉末網(wǎng)方向的腔壁上設(shè)置有通氣孔，所述光學(xué)腔體的腔壁上設(shè)置有紅外氣體探測器安裝孔和紅外光源安裝孔，所述紅外氣體探測器和所述紅外光源分別安裝在所述紅外氣體探測器安裝孔和所述紅外光源安裝孔內(nèi)，所述紅外氣體探測器的探測端設(shè)置在所述光學(xué)通道內(nèi)的一端，所述紅外光源的發(fā)光端設(shè)置在所述光學(xué)通道內(nèi)的另一端；在所述防爆外殼蓋與所述電路板之間澆注有環(huán)氧樹脂；所述紅外氣體探測器和所述紅外光源的管腳分別連接所述信號采集電路，所述輸出管腳一端連接所述信號采集電路；所述紅外氣體探測器是四通道熱電堆探測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型防爆多氣體紅外傳感器，其特征在于所述光學(xué)腔體包 括安裝在一起的光學(xué)腔體上蓋和光學(xué)腔體下蓋；所述紅外氣體探測器安裝孔和所述紅外光 源安裝孔分別設(shè)置在所述光學(xué)腔體上蓋上，所述通氣孔設(shè)置在所述光學(xué)腔體下蓋上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型防爆多氣體紅外傳感器，其特征在于所述信號采集電 路包括基準(zhǔn)電壓電路、四路高性能運算放大器電路和EEPROM存儲芯片，所述基準(zhǔn)電壓電路 分別連接所述高性能運算放大器電路和所述紅外氣體探測器以提供基準(zhǔn)電壓；所述紅外氣 體探測器的輸出端分別連接四路高性能運算放大器電路的輸入端；所述輸出管腳一端分別 連接所述紅外光源的管腳、所述EEPROM存儲芯片的輸出端和所述高性能運算放大器電路 的輸出端。
專利摘要本實用新型提供一種微型防爆多氣體紅外傳感器，它包括紅外氣體探測器、紅外光源、防爆外殼、防爆冶金粉末網(wǎng)、光學(xué)腔體、具有信號采集電路的兩塊電路板、防爆外殼蓋和輸出管腳；光學(xué)腔體內(nèi)設(shè)置有光學(xué)通道，光學(xué)腔體上設(shè)置有通氣孔、紅外氣體探測器安裝孔和紅外光源安裝孔，紅外氣體探測器的探測端設(shè)置在光學(xué)通道內(nèi)的一端，紅外光源的發(fā)光端設(shè)置在光學(xué)通道內(nèi)的另一端；在防爆外殼蓋與電路板之間澆注有環(huán)氧樹脂；輸出管腳、紅外氣體探測器和紅外光源的管腳分別連接信號采集電路；紅外氣體探測器是四通道熱電堆探測器。該紅外傳感器可進(jìn)行多氣體組分分析，其具有體積小巧、精度高、使用方便、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點。
文檔編號G01N21/35GK201628682SQ201020041218
公開日2010年11月10日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者劉野慧美, 姜朝陽, 張小水, 張永懷, 王豪, 祁澤剛, 秦偉山 申請人:鄭州煒盛電子科技有限公司