一種微型中紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種微型中紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置，該裝置采用雙波長(zhǎng)紅外監(jiān)測(cè)原理，輔以合理的微型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成一個(gè)微型無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室，在氣室內(nèi)壁鍍金反射膜，以增加紅外光的反射，使得在微小的空間里紅外探測(cè)器能夠獲得足夠的信息以反映被測(cè)氣體的濃度。采用過(guò)濾網(wǎng)加防水透氣膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)濾、防水保護(hù)，在保證監(jiān)測(cè)精度的同時(shí)，亦能對(duì)氣室及光學(xué)元件進(jìn)行保護(hù)。裝置提供數(shù)據(jù)輸出引腳和報(bào)警輸出引腳，對(duì)外輸出氣體濃度數(shù)字信號(hào)和開(kāi)路集電極報(bào)警信號(hào)，能適應(yīng)危險(xiǎn)場(chǎng)所氣體濃度報(bào)警的需求。裝置自帶數(shù)字信號(hào)處理、溫度補(bǔ)償，具有監(jiān)測(cè)精度高、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足中紅外吸收區(qū)氣體濃度監(jiān)測(cè)的需要。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種微型中紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于氣體濃度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種微型中紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置，采用微型結(jié)構(gòu)、雙波長(zhǎng)紅外監(jiān)測(cè)原理、自帶數(shù)字信號(hào)處理和溫度補(bǔ)償?shù)倪m用于中紅外波段的氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]雙波長(zhǎng)紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)是目前研究的熱點(diǎn)之一，具備如下優(yōu)點(diǎn):能測(cè)量多種氣體、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、精度高、穩(wěn)定性好、具有良好的選擇性、可靠性高、壽命長(zhǎng)。
[0003]在很多領(lǐng)域?qū)怏w濃度監(jiān)測(cè)裝置的外形尺寸要求較為嚴(yán)格，本裝置在安裝和應(yīng)用的諸多場(chǎng)所具有明顯優(yōu)勢(shì)，是開(kāi)發(fā)者追求的目標(biāo)。在裝置的氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，以往多采用有焦點(diǎn)的反射氣室來(lái)獲得紅外光在氣室內(nèi)的多次反射，使得紅外探測(cè)器能夠得到足以反映被測(cè)氣體濃度變化的信號(hào)強(qiáng)度。但是構(gòu)造一個(gè)有焦點(diǎn)的反射氣室，需要進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算并通過(guò)精密加工才能獲得，這就增加了氣室的開(kāi)發(fā)成本。通常，要在微小的裝置上集成較復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理電路，因?yàn)榭臻g的限制是比較困難的，人們只得采用復(fù)雜的外部電路開(kāi)發(fā)來(lái)反映被測(cè)氣體的濃度，這種做法增加了裝置二次開(kāi)發(fā)的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種微型中紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置，該裝置采用雙波長(zhǎng)紅外監(jiān)測(cè)原理，輔以合理的微型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成一個(gè)無(wú)焦點(diǎn)的多次反射氣室，自帶數(shù)字信號(hào)處理、溫度補(bǔ)償，并具有數(shù)字信號(hào)輸出和OC報(bào)警輸出功能，具有監(jiān)測(cè)精度高、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足中紅外吸收區(qū)氣體的濃度監(jiān)測(cè)的需要。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種微型中紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置，由防水透氣膜1，外殼2，過(guò)濾網(wǎng)3，氣室壁I 4，氣室壁II 5，氣室壁III6，內(nèi)襯7，電路板I 8，電路板II 9，6個(gè)電路引腳10，中紅外光源11，雙通道紅外探測(cè)器12組成一個(gè)整體。其構(gòu)造是:防水透氣膜I緊貼在外殼2上，過(guò)濾網(wǎng)3，氣室壁I 4，氣室壁II 5，氣室壁III 6，內(nèi)襯7，電路板I 8，電路板II 9，依次裝入外殼之內(nèi)并粘接牢固，中紅外光源11和雙通道紅外探測(cè)器12裝在電路板I 8上，6個(gè)電路引腳10焊接在電路板II 9上，并伸出裝置以便于與外部的電連接，電路板I 8和電路板II 9之間的空隙灌注密封膠形成密封層14，底部使用蓋板15封住。焊接在電路板I 8上的中紅外光源11和雙通道紅外探測(cè)器12通過(guò)內(nèi)襯7隔離，并通過(guò)氣室壁III6上的孔發(fā)出或接收紅外光，雙通道紅外探測(cè)器12前面設(shè)置有參比濾光片16和測(cè)量濾光片17，分別通過(guò)氣室壁III 6上的透光孔19、20接收紅外光強(qiáng)信號(hào)，所述的參比濾光片16和測(cè)量濾光片17均為窄帶干涉濾光片，可通過(guò)選擇不同波長(zhǎng)的濾光片對(duì)不同的氣體進(jìn)行測(cè)量，氣室壁I 4、氣室壁II 5和氣室壁III 6形成一個(gè)無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室22，氣室壁I 4形成氣室的頂面，其上有進(jìn)氣孔21允許氣體進(jìn)入氣室，氣室壁II 5形成氣室的側(cè)壁并提供氣室空間，氣室壁III 6形成氣室的底面和提供紅外光進(jìn)入和射出氣室的孔，氣室內(nèi)壁面全部鍍金反射膜以增加反射率，中紅外光源11通過(guò)氣室壁III 6上的光源孔18伸入無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室22內(nèi)，雙通道紅外探測(cè)器12的參比濾光片16和測(cè)量濾光片17的前面分別有參比透光孔19和測(cè)量透光孔20形成參比通道和測(cè)量通道。無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室22所占空間較小，使得裝置下部空出的空間可以?xún)?nèi)置較復(fù)雜的信號(hào)處理電路。
[0006]電路板I 8和電路板II 9上包括信號(hào)放大濾波、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、光源驅(qū)動(dòng)等功能電路，電路板I 8還包含一個(gè)溫度探測(cè)器，兩塊電路板之間通過(guò)電子連接件13相互聯(lián)系。配備6個(gè)電路引腳10焊接在電路板II 9并伸出，分別為Vd、GND、TX、RX、0Cl、0C2，Vd、GND是提供電源接入的引腳，TX、RX為發(fā)送和接收數(shù)字信號(hào)的引腳，能夠?qū)ν廨敵霰粶y(cè)氣體濃度的數(shù)值和寫(xiě)入溫度補(bǔ)償和零點(diǎn)修正等參數(shù)，0C1、0C2為開(kāi)路集電極輸出的引腳，分別提供氣體濃度的預(yù)報(bào)警值和報(bào)警值，預(yù)報(bào)警值和報(bào)警值可以根據(jù)實(shí)際使用需求自由設(shè)置，在連接TX、RX引腳后寫(xiě)入即可。
[0007]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)效果為:
[0008]本實(shí)用新型通過(guò)采用雙波長(zhǎng)紅外監(jiān)測(cè)原理，輔以合理的微型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一種微型中紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置。通過(guò)形成一個(gè)無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室并在氣室內(nèi)壁鍍金反射膜，增加紅外光的反射，使得在微小的空間里紅外探測(cè)器能夠獲得足夠的信息以反映被測(cè)氣體的濃度。采用過(guò)濾網(wǎng)加防水透氣膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)濾、防水保護(hù)，在保證監(jiān)測(cè)精度的同時(shí)，亦能對(duì)氣室及光學(xué)元件進(jìn)行保護(hù)。裝置提供數(shù)據(jù)輸出引腳和報(bào)警輸出引腳，對(duì)外輸出氣體濃度數(shù)字信號(hào)和開(kāi)路集電極報(bào)警信號(hào)，能適應(yīng)危險(xiǎn)場(chǎng)所氣體濃度報(bào)警的需求。
[0009]本實(shí)用新型一種微型中紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置，能對(duì)C02、CH4等多種氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是石油、化工、礦業(yè)工程等領(lǐng)域氣體濃度監(jiān)測(cè)和報(bào)警必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，其推廣應(yīng)用將有利于提升這些行業(yè)的安全和保障相關(guān)從業(yè)人員的安全。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0010]圖1為本實(shí)用新型的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本實(shí)用新型的裝置的零部件組成圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型的裝置的光源和探測(cè)器安裝圖；
[0013]圖4為本實(shí)用新型的裝置的無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室構(gòu)成圖；
[0014]圖5為本實(shí)用新型的裝置的電路引腳示意圖。
[0015]圖中:1.防水透氣膜，2.外殼，3.過(guò)濾網(wǎng)，4.氣室壁I，5.氣室壁II，6.氣室壁III，
7.內(nèi)襯，8.電路板I，9.電路板II，10.6個(gè)電路引腳，11.中紅外光源，12.雙通道紅外探測(cè)器，13.電子連接件，14.密封層，15.蓋板，16.參比濾光片，17.測(cè)量濾光片，18.光源孔，19.參比透光孔，20.測(cè)量透光孔，21.進(jìn)氣孔，22.無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以C02和CH4為例，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，由防水透氣膜1，外殼2，過(guò)濾網(wǎng)3，氣室壁I 4，氣室壁II 5，氣室壁III 6，內(nèi)襯7，電路板I 8，電路板II 9，6個(gè)電路引腳10，中紅外光源11，雙通道紅外探測(cè)器12組成一個(gè)整體。其構(gòu)造是:防水透氣膜I緊貼在外殼2上，過(guò)濾網(wǎng)3，氣室壁I 4，氣室壁II 5，氣室壁III6，內(nèi)襯7，電路板I 8，電路板II 9，依次裝入外殼之內(nèi)并粘接牢固，中紅外光源11和雙通道紅外探測(cè)器12裝在電路板I 8上，6個(gè)電路引腳10焊接在電路板II 9上，并伸出以便于與外部的電連接，裝置中的空隙灌注密封膠形成密封層14，底部使用蓋板15封住。光源和探測(cè)器的安裝如圖3所示，中紅外光源11和雙通道紅外探測(cè)器12焊接在電路板I 8上，并通過(guò)內(nèi)襯7隔離，通過(guò)氣室壁III 6上的孔發(fā)出或接收紅外光，雙通道紅外探測(cè)器12前面設(shè)置有參比濾光片16和測(cè)量濾光片17，分別通過(guò)氣室壁III6上的透光孔19、20接收紅外光強(qiáng)信號(hào)，所述的參比濾光片16和測(cè)量濾光片17均為窄帶干涉濾光片，可針對(duì)不同的測(cè)量氣體選擇不同波長(zhǎng)的濾光片。氣室壁I 4、氣室壁II 5和氣室壁III 6形成一個(gè)無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室22 (如圖4所示)，氣室壁I 4形成氣室的頂面，其上有進(jìn)氣孔21允許氣體進(jìn)入氣室，氣室壁II 5形成氣室的側(cè)壁并提供氣室空間，氣室壁III 6形成氣室的底面和提供紅外光進(jìn)入和射出氣室的孔，氣室內(nèi)壁面全部鍍金反射膜以增加反射率，中紅外光源11通過(guò)氣室壁III 6上的光源孔18伸入無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室22內(nèi)，雙通道紅外探測(cè)器12的參比濾光片16和測(cè)量濾光片17的前面分別有參比透光孔19和測(cè)量透光孔20形成參比通道和測(cè)量通道。無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室22所占用空間較小，使得裝置下部空出的空間可以?xún)?nèi)置較復(fù)雜的電路。
[0017]電路板I 8和電路板II 9上包括信號(hào)放大濾波、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、光源驅(qū)動(dòng)等功能電路，電路板I 8還包含一個(gè)溫度探測(cè)器，兩塊電路板之間通過(guò)電子連接件13相互聯(lián)系。裝置配備6個(gè)電路弓丨腳10，焊接在電路板II 9上并伸出，其分布如圖3所示，分別為Vd、GND、TX、RX、0C1、0C2，Vd、GND是提供電源接入的引腳，TX、RX為發(fā)送和接收數(shù)字信號(hào)的引腳，能夠?qū)ν廨敵霰粶y(cè)氣體濃度的數(shù)值和寫(xiě)入溫度補(bǔ)償和零點(diǎn)修正等參數(shù)，OCU 0C2為開(kāi)路集電極輸出的引腳，分別提供氣體濃度的預(yù)報(bào)警和報(bào)警信號(hào)，預(yù)報(bào)警值和報(bào)警值可以連接TX、RX引腳后寫(xiě)入，具體值根據(jù)實(shí)際使用需求自由設(shè)置。
[0018]所述的測(cè)量濾光片17和參比濾光片16均為窄帶干涉濾光片，針對(duì)CH4選擇的測(cè)量濾光片17的中心波長(zhǎng)為3.4ym±70nm，半帶寬為180nm±20nm，參比濾光片16的中心波長(zhǎng)為3.93ym±20nm，半帶寬為75nm±10nm ;針對(duì)C02選擇的測(cè)量濾光片17的中心波長(zhǎng)為
4.26 μ m±50nm,半帶寬為180nm±20nm,參比濾光片16的中心波長(zhǎng)為3.93 μ m±20nm,半帶寬為 75nm±10nm。
[0019]裝置工作時(shí)，被監(jiān)測(cè)的氣體，經(jīng)自然擴(kuò)散進(jìn)入本裝置，經(jīng)過(guò)防水透氣膜I除去水分，再經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)3過(guò)濾，進(jìn)入無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室22。無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室22由三部分構(gòu)成，氣室壁I 4,氣室壁II 5,氣室壁III6構(gòu)成一個(gè)微型空間，中紅外光源11發(fā)出紅外光通過(guò)氣室壁III 6的光源孔18進(jìn)入氣室，在氣室壁I 4和氣室壁II 5的鍍金反射膜表面上經(jīng)過(guò)多次反射后，被被測(cè)氣體吸收后到達(dá)雙通道紅外探測(cè)器12上，雙通道紅外探測(cè)器12的參比濾光片16和測(cè)量濾光片17分別選擇對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光,輸出與光強(qiáng)有光的電壓信號(hào)，電路板I 8和電路板II 9上的功能電路通過(guò)分析電壓信號(hào)的強(qiáng)弱變化，就可以得到氣體濃度信息并對(duì)外輸出數(shù)字信號(hào)。
[0020]本實(shí)用新型未詳細(xì)公開(kāi)的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0021]盡管上面對(duì)本實(shí)用新型說(shuō)明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本實(shí)用新型，但應(yīng)該清楚，本實(shí)用新型不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本實(shí)用新型構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種微型中紅外氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:由防水透氣膜(1)，外殼(2)，過(guò)濾網(wǎng)(3)，氣室壁I (4)，氣室壁II (5)，氣室壁111(6)，內(nèi)襯(7)，電路板I (8)，電路板II (9)，6個(gè)電路引腳(10)，中紅外光源(11)，雙通道紅外探測(cè)器(12)組成一個(gè)整體，其構(gòu)造是:防水透氣膜(I)緊貼在外殼(2)上，過(guò)濾網(wǎng)(3)，氣室壁I (4)，氣室壁II (5)，氣室壁111(6)，內(nèi)襯(7)，電路板I (8)，電路板II (9)，依次裝入外殼之內(nèi)并粘接牢固，中紅外光源(11)和雙通道紅外探測(cè)器(12)焊接在電路板I (8)上，并通過(guò)內(nèi)襯(7)隔離和通過(guò)氣室壁111(6)上的孔發(fā)出或接收紅外光，6個(gè)電路引腳(10)焊接在電路板II (9)上，并伸出以便于裝置與外部的電連接，電路板I (8)和電路板II (9)之間的空隙灌注密封膠形成密封層(14)，底部用蓋板(15)封??； 雙通道紅外探測(cè)器(12)前面設(shè)置有參比濾光片(16)和測(cè)量濾光片(17)，分別通過(guò)氣室壁111(6)上的參比透光孔(19)、測(cè)量透光孔(20)接收紅外光強(qiáng)信號(hào)，所述的參比濾光片(16)和測(cè)量濾光片(17)均為窄帶干涉濾光片，可通過(guò)選擇不同波長(zhǎng)的濾光片對(duì)不同的氣體進(jìn)行測(cè)量； 氣室壁I (4)、氣室壁II (5)和氣室壁111(6)形成一個(gè)無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室(22)，氣室壁I (4)形成氣室的頂面，其上有進(jìn)氣孔(21)允許氣體進(jìn)入氣室，氣室壁II (5)形成氣室的側(cè)壁并提供氣室空間，氣室壁111(6)形成氣室的底面和提供紅外光進(jìn)入和射出氣室的孔，氣室內(nèi)壁面全部鍍金反射膜以增加反射率，中紅外光源(11)通過(guò)氣室壁111(6)上的光源孔(18)伸入無(wú)焦點(diǎn)多次反射氣室(22)內(nèi)，雙通道紅外探測(cè)器(12)的參比濾光片(16)和測(cè)量濾光片(17)的前面分別有參比透光孔(19)和測(cè)量透光孔(20)形成參比通道和測(cè)量通道； 電路板I (8)和電路板II (9)上包括信號(hào)放大濾波、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、光源驅(qū)動(dòng)等功能電路，電路板I (8)還包含一個(gè)溫度探測(cè)器，兩塊電路板之間通過(guò)電子連接件(13)相互聯(lián)系，電路板II (9)上配備6個(gè)電路引腳(10)，分別為Vd、GND、TX、RX、OCl、OC2，VcUGND是提供電源接入的引腳，TX、RX為發(fā)送和接收數(shù)字信號(hào)的引腳，能夠?qū)ν廨敵霰粶y(cè)氣體濃度的數(shù)值和寫(xiě)入溫度補(bǔ)償和零點(diǎn)修正等參數(shù)，OCl、OC2為開(kāi)路集電極輸出的引腳，分別提供氣體濃度的預(yù)報(bào)警值和報(bào)警值，預(yù)報(bào)警值和報(bào)警值可以根據(jù)實(shí)際使用需求自由設(shè)置，在連接TX、RX引腳后寫(xiě)入。
【文檔編號(hào)】G01N21/3518GK203658255SQ201320855205
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】趙建華, 陳迎春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)