一種紅外氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】針對現(xiàn)有礦用紅外氣體傳感器所存在的不足，本實用新型提供一種紅外氣體傳感器；傳感器包括外殼、內(nèi)筒體、電路組件、光源、紅外探測器、溫度傳感器、過濾膜、金屬網(wǎng)、通氣板；光源經(jīng)調(diào)制，周期性地輻射光波，經(jīng)待測氣體吸收后，照射在紅外探測器上；本實用新型有益的技術(shù)效果是：本產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定與可靠運(yùn)行，具有防爆性能，其在光源周期性輻射光波的加熱下，形成了呼吸性氣室，氣室與光學(xué)系統(tǒng)為一體，能同時進(jìn)行多種氣體濃度的檢測。
【專利說明】一種紅外氣體傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于防爆檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及煤礦井下的氣體檢測技術(shù)，尤其涉及多組分的紅外氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外氣體傳感器，是利用被測氣體對特定波長的紅外輻射有吸收的原理，根據(jù)各種氣體光譜曲線上某些特定波長處吸收峰的變化來測定氣體的濃度。
[0003]采用紅外技術(shù)的多組分氣體傳感器，彌補(bǔ)煤礦檢測儀器的不足，改善檢測儀器的性能，為煤礦安全提供更為行之有效的檢測手段及裝備，對提高煤礦的安全生產(chǎn)，保障國家財產(chǎn)和人員生命安全有極其重要的現(xiàn)實意義。但是，現(xiàn)有的紅外氣體傳感器不能適合于煤礦井下爆炸性環(huán)境、惡劣環(huán)境下使用，溫度、水汽、粉塵、腐蝕性氣體、易燃易爆氣體對傳感器造成損害，使其性能下降，具體表現(xiàn)總結(jié)為如下幾個方面:
[0004]1、現(xiàn)有的傳感器防爆、防塵、防濕、防腐蝕性、防干擾性能差，影響傳感器在惡劣環(huán)境下的安全使用和測量的準(zhǔn)確性；
[0005]2、現(xiàn)有的傳感器氣室結(jié)構(gòu)及光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，因此，制造工藝復(fù)雜、成本高、維護(hù)困難，也很難實現(xiàn)對多組分氣體的測量；
[0006]3、現(xiàn)有的傳感器氣室結(jié)構(gòu)，不利于氣室與環(huán)境充分交換氣體,導(dǎo)致測量響應(yīng)時間長，對環(huán)境中氣體檢測的不可靠；
[0007]4、現(xiàn)有的傳感器一般只檢測一種氣體濃度。
[0008]為此，大量的科研機(jī)構(gòu)與廠礦企業(yè)對紅外氣體傳感器進(jìn)行了廣泛的研究與技術(shù)探索，但仍然有需要進(jìn)一步改進(jìn)、完善的地方。專利“一種非色散紅外氣體傳感器”(CN201477043U)的加工要簡單些，但很難實現(xiàn)光路的聚焦。專利“雙光源雙敏感元件紅外多氣體檢測傳感器”(CN101105449)提供一種雙光源雙敏感元件紅外氣體檢測傳感器，其光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要反射鏡聚焦，且氣室的制造較為復(fù)雜，實用性差。
實用新型內(nèi)容
[0009]針對現(xiàn)有紅外氣體傳感器所存在的上述不足，本實用新型提供一種紅外氣體傳感器，其具體的結(jié)構(gòu)為:一種紅外氣體傳感器，包括外殼1、內(nèi)筒體2和電路組件；其中，在內(nèi)筒體2的外部套有外殼1，在內(nèi)筒體2的底部連接有電路組件；
[0010]所述外殼I為中空圓筒，在外殼I的頂端設(shè)有向內(nèi)伸展的臺階11 ;所述臺階11呈環(huán)形；在臺階11的頂部覆蓋有一層過濾膜12 ;在臺階11的底部罩有一層金屬網(wǎng)13，金屬網(wǎng)13的底面與通氣板14相連接；所述通氣板14為薄片金屬盤狀，在通氣板14上均布有一圈貫穿孔15 ;即由過濾膜12、金屬網(wǎng)13和通氣板14將外殼I的頂部開口覆蓋起來；
[0011]所述內(nèi)筒體2為頂部封口的中空圓筒，在內(nèi)筒體2的底部設(shè)有向外延伸的環(huán)形邊21，在內(nèi)筒體2的側(cè)壁上設(shè)有一個進(jìn)光口 22 ;在環(huán)形邊21上設(shè)有一個準(zhǔn)三棱柱體，所述準(zhǔn)三棱柱體由反射板23、擋光板24和弧形板26圍繞而成，其中，反射板23與擋光板24相連處的棱角邊與進(jìn)光口 22左側(cè)的內(nèi)筒體2側(cè)壁相連接，弧形板26的底邊與環(huán)形邊21的一段邊緣相重合；在靠近擋光板24的環(huán)形邊21上設(shè)有一個通孔25 ；
[0012]內(nèi)筒體2的頂面與通氣板14的底面緊密接觸；內(nèi)筒體2的環(huán)形邊21與外殼I的內(nèi)壁相接；在環(huán)形邊21與外殼I的連接處填充有環(huán)氧樹脂密封；外殼I與內(nèi)筒體2所圍成的區(qū)域構(gòu)成本紅外氣體傳感器的氣室9 ;即外界環(huán)境氣體依次穿過過濾膜12、金屬網(wǎng)13和通氣板14的貫穿孔15后擴(kuò)散并進(jìn)入氣室9 ；
[0013]所述電路組件包括底板3、光源4、紅外探測器5、溫度傳感器6和光源調(diào)制驅(qū)動電路7 ;所述底板3為金屬圓板且與環(huán)形邊21的外徑等長；底板3與環(huán)形邊21的底面相連接，即通過底板3將內(nèi)筒體2下方的開口封??；
[0014]在底板3頂面的中央設(shè)有紅外探測器5 ;在靠近紅外探測器5的底板3頂面上設(shè)有溫度傳感器6 ;光源4設(shè)置在靠近擋光板24 —側(cè)的氣室9端部，光源4的底部穿過通孔25后與底板3相連接；光源調(diào)制驅(qū)動電路7安置在底板3上，并通過導(dǎo)線和光源4相連接；紅外探測器5、溫度傳感器6和光源調(diào)制驅(qū)動電路7分別與本產(chǎn)品外部的上位機(jī)相連接；
[0015]光源調(diào)制驅(qū)動電路7接收本產(chǎn)品外部的上位機(jī)的周期性控制信號后，轉(zhuǎn)換為同周期的驅(qū)動電壓加載到光源4上，所述周期性電壓為方波；在周期性電壓的驅(qū)動下，光源4產(chǎn)生周期性的輻射光波；光源4產(chǎn)生的周期性輻射光波經(jīng)氣室9反射后并穿過進(jìn)光口 22照射在紅外探測器5上；光源4產(chǎn)生的周期性輻射光波對氣室9內(nèi)的氣體進(jìn)行周期性的加熱，促使氣室9內(nèi)的氣體周期性地膨脹收縮，從而實現(xiàn)氣室9內(nèi)的氣體與外殼I外部的環(huán)境氣體快速地進(jìn)行氣體交換，形成了 “呼吸性氣室”；
[0016]紅外探測器5將接收到的周期性輻射光波，轉(zhuǎn)化為與輻射光波相同周期的電信號后由信號線傳遞至本產(chǎn)品外部的上位機(jī)；
[0017]溫度傳感器6實時檢測紅外探測器5附近的溫度并由信號線傳遞至本產(chǎn)品外部的上位機(jī)。
[0018]有益的技術(shù)效果
[0019]1、光源周期性的對氣室加熱，氣室中氣體的“膨脹-收縮”，形成呼吸性氣室，在傳感器上電后，對氣室進(jìn)行干燥，氣室中氣體的“膨脹-收縮”，消除水汽、粉塵對光路、光學(xué)系統(tǒng)及氣室的影響；呼吸性氣室能與環(huán)境充分交換氣體，縮短了傳感器的響應(yīng)時間，提高了對環(huán)境氣體檢測的可靠性；氣室加熱與光源二者為一體，與常見的由加熱器對氣室加熱相比，傳感器結(jié)構(gòu)緊湊、功耗大大降低，也提高了傳感器的防爆性能；所述的光源調(diào)制控制電路使光源周期性地亮滅，在光源未點(diǎn)亮的半個周期中，加載一定的電流在光源上，與常見的光源從冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮相比，避免了光源從冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮產(chǎn)生的沖擊電流，從而滿足煤礦井下本質(zhì)安全電源供電的要求；同時，所述的光源調(diào)制控制電路，對光源的能量進(jìn)行限制和控制，使其防爆型式為本質(zhì)安全型；
[0020]2、從電路與結(jié)構(gòu)上，對傳感器的防爆性能采取的技術(shù)措施:所述的光源調(diào)制控制電路，對光源的能量進(jìn)行限制和控制，其防爆型式為本質(zhì)安全型，即使光源發(fā)生故障或損壞，也不影響防爆性能；如果所述的光源調(diào)制控制電路也發(fā)生故障或損壞，所述的金屬網(wǎng)，能起到隔爆作用，使傳輸?shù)酵饨绛h(huán)境中能量受到限制；
[0021]3、氣室是所述外殼和所述內(nèi)筒體圍成的空間，外殼內(nèi)壁和內(nèi)筒體外壁組成了曲面反射光學(xué)系統(tǒng)，光經(jīng)多次反射形成了檢測氣體的光路，氣室與光學(xué)系統(tǒng)為一體，沒有光學(xué)聚光、分光系統(tǒng)，氣室結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，加工、裝配簡便，按照光源、紅外探測器等器件安裝空間，以及檢測氣體組分的數(shù)量、分辨率、精度的要求，改變所述外殼和所述內(nèi)筒體直徑及高度，就增大或減小氣室容量和光路光程，滿足對氣體檢測的各種要求，優(yōu)化傳感器的結(jié)構(gòu)與體積；
[0022]4、各部件經(jīng)適當(dāng)?shù)呐浜希瑢崿F(xiàn)傳感器同時進(jìn)行多種氣體濃度的檢測:
[0023](I)所述光源的紅外輻射波段涵蓋2?5μπι、8?12μπι、2?12μπι和2?20 μ m，包括所有待測氣體吸收紅外輻射的特征波長，光源的輻射光譜具有同時進(jìn)行多種氣體濃度檢測的氣體吸收紅外輻射的特征波長；
[0024](2)所述的紅外探測器是多元熱釋電紅外探測器，有多個紅外敏感元件組成，每個紅外敏感元件接收紅外輻射的敏感面上安裝有窄帶干涉濾光片，窄帶干涉濾光片起濾光的作用，只讓相應(yīng)的待測氣體所要吸收的特征波長的紅外輻射通過，只有待測氣體特征吸收波長的紅外輻射到達(dá)紅外敏感元件，因此，能對各種類型氣體測量進(jìn)行選擇；
[0025](3)所述的內(nèi)筒體用于安裝紅外探測器的空間，可根據(jù)紅外探測器的體積和對氣體測量精度進(jìn)行調(diào)整，便于多個紅外敏感元件組成的多元紅外探測器的安裝；
[0026](4)所述氣室形成的光學(xué)系統(tǒng)，光路經(jīng)氣室側(cè)壁反射，形成的光斑直接照射所述紅外探測器，無需光學(xué)器件對所述光源發(fā)出光進(jìn)行匯聚或分光，只經(jīng)反射就到達(dá)所述紅外探測器，適合多個敏感面的紅外探測器對紅外輻射的檢測，從光路上可同時對多種氣體進(jìn)行檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本產(chǎn)品的縱向剖視圖。
[0028]圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0029]圖3為圖1的組裝圖。
[0030]圖4為圖1的B-B剖視圖。
[0031 ] 圖5為光源調(diào)制驅(qū)動電路7的電路圖。
[0032]圖6為圖5光源調(diào)制驅(qū)動電路加載在光源4上的電流與電壓波形示意圖。
[0033]具體的實施方式
[0034]現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說明本專利的技術(shù)特點(diǎn)。
[0035]參見圖1, 一種紅外氣體傳感器，包括外殼1、內(nèi)筒體2和電路組件；其中，在內(nèi)筒體2的外部套有外殼1，在內(nèi)筒體2的底部連接有電路組件；參見圖1和圖3，所述外殼I為中空圓筒，在外殼I的頂端設(shè)有向內(nèi)伸展的臺階11 ;所述臺階11呈環(huán)形；在臺階11的頂部覆蓋有一層過濾膜12，所述過濾膜12為防水且通氣的疏水性薄膜；在臺階11的底部罩有一層金屬網(wǎng)13，所述金屬網(wǎng)13為孔徑為60?80目且厚度大于Imm的圓形不銹鋼金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)13的底面與通氣板14相連接；所述通氣板14為薄片金屬盤狀，在通氣板14上均布有一圈貫穿孔15，貫穿孔15的數(shù)量在10到30個之間；即由過濾膜12、金屬網(wǎng)13和通氣板14將外殼I的頂部開口覆蓋起來，起到防水、防塵、防爆的功能，如圖4所示。
[0036]參見圖2和圖3，所述內(nèi)筒體2為頂部封口的中空圓筒，在內(nèi)筒體2的底部設(shè)有向外延伸的環(huán)形邊21，在內(nèi)筒體2的側(cè)壁上設(shè)有一個進(jìn)光口 22，所述進(jìn)光口 22的開口角度α介于60?80°之間且與內(nèi)筒體2等高；在環(huán)形邊21上設(shè)有一個準(zhǔn)三棱柱體，所述準(zhǔn)三棱柱體由反射板23、擋光板24和弧形板26圍繞而成，其中反射板23與擋光板24相連處的棱角邊與進(jìn)光口 22左側(cè)的內(nèi)筒體2側(cè)壁相連接，弧形板26的底邊與環(huán)形邊21的一段邊緣相重合；在靠近擋光板24的環(huán)形邊21上設(shè)有一個通孔25。
[0037]參見圖1，內(nèi)筒體2的頂面與通氣板14的底面緊密接觸；內(nèi)筒體2的環(huán)形邊21與外殼I的內(nèi)壁相接；在環(huán)形邊21與外殼I的連接處填充有環(huán)氧樹脂密封；外殼I與內(nèi)筒體2所圍成的區(qū)域構(gòu)成本紅外氣體傳感器的氣室9 ;即外界環(huán)境氣體依次穿過過濾膜12、金屬網(wǎng)13和通氣板14的貫穿孔15后擴(kuò)散并進(jìn)入氣室9。
[0038]參見圖1和圖3，所述電路組件包括底板3、光源4、紅外探測器5、溫度傳感器6和光源調(diào)制驅(qū)動電路7 ;所述底板3為金屬圓板且與環(huán)形邊21的外徑等長；底板3與環(huán)形邊21的底面相連接，即通過底板3將內(nèi)筒體2下方的開口封??；
[0039]參見圖1和圖2，在內(nèi)筒體2所包圍的底板3頂面的中央設(shè)有紅外探測器5 ;在靠近紅外探測器5的底板3頂面上設(shè)有溫度傳感器6 ;光源4設(shè)置在靠近擋光板24 —側(cè)的氣室9端部，光源4的底部穿過通孔25后與底板3相連接；光源調(diào)制驅(qū)動電路7安置在底板3上，并通過導(dǎo)線和光源4相連接；紅外探測器5、溫度傳感器6和光源調(diào)制驅(qū)動電路7分別與本產(chǎn)品外部的上位機(jī)相連接；光源調(diào)制驅(qū)動電路7接收本產(chǎn)品外部的上位機(jī)的周期性控制信號后，轉(zhuǎn)換為同周期的驅(qū)動電壓加載到光源4上，如圖6所示，所述周期性電壓為方波；在周期性電壓的驅(qū)動下，光源4產(chǎn)生周期性的輻射光波；光源4產(chǎn)生的周期性輻射光波經(jīng)氣室9反射后并穿過進(jìn)光口 22照射在紅外探測器5上；光源4產(chǎn)生的周期性輻射光波對氣室9內(nèi)的氣體進(jìn)行周期性的加熱，促使氣室9內(nèi)的氣體周期性地膨脹收縮，從而實現(xiàn)氣室9內(nèi)的氣體與外殼I外部的環(huán)境氣體快速地進(jìn)行氣體交換，形成了“呼吸性氣室”;紅外探測器5將接收到的周期性輻射光波，轉(zhuǎn)化為與輻射光波相同周期的電信號后由信號線傳遞至本產(chǎn)品外部的上位機(jī)；溫度傳感器6實時檢測紅外探測器5附近的溫度并由信號線傳遞至本產(chǎn)品外部的上位機(jī)。
[0040]進(jìn)一步說，光源4所發(fā)出的輻射光波的光譜范圍為可見光至紅外波段；其中，紅外輻射優(yōu)選的波段范圍是2?5μπι、8?12μπι、2?12μπι和2?20μπι;
[0041]紅外探測器5由2至16個紅外敏感元件構(gòu)成，其中I個紅外敏感元件接收波長為
3.9 μ m的紅外輻射，余下的紅外敏感元件的敏感面上均安裝有窄帶干涉濾光片且接收與窄帶干涉濾光片相對應(yīng)波長的紅外輻射；光源4所發(fā)出的輻射光波經(jīng)氣室9的多次反射后形成的光斑直接照射在紅外探測器5的整個敏感面上，整個光路上不加設(shè)任何匯聚或分光的光學(xué)器件。
[0042]進(jìn)一步說，光源4的燈芯為鎢絲或熱電阻薄膜；在通電狀態(tài)下，光源4發(fā)熱并產(chǎn)生紅外輻射；參見圖5，光源調(diào)制驅(qū)動電路7由第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、三極管VTl和場效應(yīng)管VT2組成；其中，場效應(yīng)管VT2的源極連接電源地，場效應(yīng)管VT2的源極與場效應(yīng)管VT2的漏極通過第四電阻R4相連接，場效應(yīng)管VT2的漏極連接第三電阻R3，場效應(yīng)管VT2的門極分別與第二電阻R2的一端、三極管VTl的發(fā)射極相連接，第二電阻R2的另一端連接電源VCC，三極管VTl集電極與場效應(yīng)管VT2的源極相連接，三極管VTl的基極與第一電阻Rl的一端相連接，第一電阻Rl的另一端與本產(chǎn)品外部的上位機(jī)控制信號相連接；在第二電阻R2的另一端與第三電阻R3的另一端之間串聯(lián)有光源4 ;即電源VCC提供的電流依次流經(jīng)光源4、第三電阻R3、第四電阻R4和場效應(yīng)管VT2，實現(xiàn)對光源4的供電，來自本產(chǎn)品外部的上位機(jī)的周期性控制信號依次經(jīng)過第一電阻R1、三極管VTl和場效應(yīng)管VT2，驅(qū)動光源4周期性地發(fā)出輻射光波；
[0043]鎢絲通入電流加熱，溫度升高，隨著溫度的升高，鎢絲電阻值增加，沒有電流通過時的電阻叫做冷阻，當(dāng)有電流通過時，電阻將升高，叫做熱阻；鎢絲冷阻很小，如果光源4從冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮，這個過程會產(chǎn)生很大的沖擊電流；光源調(diào)制驅(qū)動電路7將加載一定的電流在光源4上，避免了光源4從冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮；
[0044]場效應(yīng)管VT2截止時，電源VCC經(jīng)光源4、電阻R3、R4到達(dá)電源地，通過調(diào)節(jié)電阻R4可設(shè)定通過光源4電流值，決定光源4調(diào)制深度，也就是在場效應(yīng)管VT2截止時，光源4中通入電流，避免光源4冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮?xí)r，對電源VCC的沖擊；
[0045]場效應(yīng)管VT2是個低導(dǎo)通電阻的N溝道M0SFET，導(dǎo)通電阻僅零點(diǎn)幾歐姆；場效應(yīng)管VT2導(dǎo)通時，電源VCC經(jīng)光源4、電阻R3、場效應(yīng)管VT2及并聯(lián)于場效應(yīng)管VT2的漏、源極電阻R4到達(dá)電源地，通過調(diào)節(jié)電阻R3設(shè)定通過光源4電流值，決定光源4產(chǎn)生的輻射光波的強(qiáng)度。
[0046]參見圖6，光源4調(diào)制頻率為4Hz (周期0.25s);場效應(yīng)管VT2截止時，通過調(diào)節(jié)電阻R4，光源4電流為10mA，此時光源4未點(diǎn)亮；場效應(yīng)管VT2導(dǎo)通時，通過調(diào)節(jié)電阻R3，光源4電流為60mA，此時光源4點(diǎn)亮；通常采用的光源調(diào)制驅(qū)動電路，在光源未點(diǎn)亮?xí)r，光源調(diào)制驅(qū)動電路加載的電流是0，這樣，光源就在冷阻狀態(tài)下點(diǎn)亮，對供電電源產(chǎn)生很大的沖擊電流，這對于煤礦井下本質(zhì)安全電源供電造成不利影響，使傳感器不能上電或工作不正常。
[0047]三極管VTl —是用于保護(hù)場效應(yīng)管VT2，防止場效應(yīng)管VT2損壞，二是將本產(chǎn)品外部的上位機(jī)輸出的控制信號與光源4供電電源VCC進(jìn)行隔離，防止相互干擾。
[0048]此外，傳感器防爆性能由光源調(diào)制驅(qū)動電路7及金屬網(wǎng)13來實現(xiàn)；光源調(diào)制驅(qū)動電路7控制提供給光源4的電流或限制能量，使光源4及光源調(diào)制驅(qū)動電路7符合GB3836.4本質(zhì)安全的要求；在光源調(diào)制驅(qū)動電路7安全保護(hù)失效的情況下，金屬網(wǎng)13應(yīng)保證達(dá)到阻火、防爆的功能要求，從而實現(xiàn)傳感器防爆功能，能用于爆炸危險性環(huán)境檢測待測氣體的濃度；另外，過濾膜12保證氣室與外界交換氣體，不讓水汽進(jìn)入氣室，實現(xiàn)傳感器的防水功能，可在有水汽、高濕度環(huán)境中使用。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外氣體傳感器,包括外殼(I)、內(nèi)筒體(2)和電路組件；其中，在內(nèi)筒體(2)的外部套有外殼(1)，在內(nèi)筒體(2)的底部連接有電路組件； 其特征在于:所述外殼(I)為中空圓筒，在外殼(I)的頂端設(shè)有向內(nèi)伸展的臺階(11)；所述臺階(11)呈環(huán)形；在臺階(11)的頂部覆蓋有一層過濾膜(12);在臺階(11)的底部罩有一層金屬網(wǎng)(13)，金屬網(wǎng)(13)的底面與通氣板(14)相連接；所述通氣板(14)為薄片金屬盤狀，在通氣板(14)上均布有一圈貫穿孔(15);即由過濾膜(12)、金屬網(wǎng)(13)和通氣板(14)將外殼(I)的頂部開口覆蓋起來；所述內(nèi)筒體(2)為頂部封口的中空圓筒，在內(nèi)筒體(2)的底部設(shè)有向外延伸的環(huán)形邊(21 )，在內(nèi)筒體(2)的側(cè)壁上設(shè)有一個進(jìn)光口(22);在環(huán)形邊(21)上設(shè)有一個準(zhǔn)三棱柱體，所述準(zhǔn)三棱柱體由反射板(23 )、擋光板(24 )和弧形板(26 )圍繞而成，其中反射板(23 )與擋光板(24)相連處的棱角邊與進(jìn)光口( 22 )左側(cè)的內(nèi)筒體(2 )側(cè)壁相連接，弧形板(26)的底邊與環(huán)形邊(21)的一段邊緣相重合；在靠近擋光板(24)的環(huán)形邊(21)上設(shè)有一個通孔(25);內(nèi)筒體(2)的頂面與通氣板(14)的底面緊密接觸；內(nèi)筒體(2)的環(huán)形邊(21)與外殼(I)的內(nèi)壁相接；在環(huán)形邊(21)與外殼(I)的連接處填充有環(huán)氧樹脂密封；外殼(I)與內(nèi)筒體(2)所圍成的區(qū)域構(gòu)成本紅外氣體傳感器的氣室(9);即外界環(huán)境氣體依次穿過過濾膜(12)、金屬網(wǎng)(13)和通氣板(14)的貫穿孔(15)后擴(kuò)散并進(jìn)入氣室(9);所述電路組件包括底板(3)、光源(4)、紅外探測器(5)、溫度傳感器(6)和光源調(diào)制驅(qū)動電路(7);所述底板(3)為金屬圓板且與環(huán)形邊(21)的外徑等長；底板(3)與環(huán)形邊(21)的底面相連接，即通過底板(3)將內(nèi)筒體(2)下方的開口封??； 在底板(3 )頂面的中央設(shè)有紅外探測器(5 );在靠近紅外探測器(5 )的底板(3 )頂面上設(shè)有溫度傳感器(6);光源(4)設(shè)置在靠近擋光板(24) —側(cè)的氣室(9)端部,光源(4)的底部穿過通孔(25)后與底板(3)相連接；光源調(diào)制驅(qū)動電路(7)安置在底板(3)上，并通過導(dǎo)線和光源(4)相連接； 紅外探測器(5)、溫度傳感器(6)和光源調(diào)制驅(qū)動電路(7)分別與本產(chǎn)品外部的上位機(jī)相連接； 光源調(diào)制驅(qū)動電路(7)接收本產(chǎn)品外部的上位機(jī)的周期性控制信號后，轉(zhuǎn)換為同周期的驅(qū)動電壓加載到光源(4)上，所述周期性電壓為方波；在周期性電壓的驅(qū)動下，光源(4)產(chǎn)生周期性的輻射光波；光源(4)產(chǎn)生的周期性輻射光波經(jīng)氣室(9)反射后并穿過進(jìn)光口(22)照射在紅外探測器(5)上；光源(4)產(chǎn)生的周期性輻射光波對氣室(9)內(nèi)的氣體進(jìn)行周期性的加熱，促使氣室(9)內(nèi)的氣體周期性地膨脹收縮，從而實現(xiàn)氣室(9)內(nèi)的氣體與外殼(I)外部的環(huán)境氣體快速地進(jìn)行氣體交換，形成了 “呼吸性氣室”； 紅外探測器(5)將接收到的周期性輻射光波，轉(zhuǎn)化為與輻射光波相同周期的電信號后由信號線傳遞至本產(chǎn)品外部的上位機(jī)；溫度傳感器(6)實時檢測紅外探測器(5)附近的溫度并由信號線傳遞至本產(chǎn)品外部的上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外氣體傳感器，其特征在于，光源(4)所發(fā)出的福射光波的光譜范圍為可見光至紅外波段；紅外探測器(5)由2至16個紅外敏感元件構(gòu)成，其中I個紅外敏感元件接收波長為3.9μπι的紅外輻射，余下的紅外敏感元件的敏感面上均安裝有窄帶干涉濾光片且接收與窄帶干涉濾光片相對應(yīng)波長的紅外輻射；光源(4)所發(fā)出的輻射光波經(jīng)氣室(9)的多次反射后形成的光斑直接照射在紅外探測器(5)的整個敏感面上，整個光路上不加設(shè)任何匯聚或分光的光學(xué)器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外氣體傳感器，其特征在于，光源(4)的燈芯為鎢絲或熱電阻薄膜；在通電狀態(tài)下，光源(4)發(fā)熱并產(chǎn)生紅外輻射； 光源調(diào)制驅(qū)動電路(7)由第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、三極管VTl和場效應(yīng)管VT2組成；其中，場效應(yīng)管VT2的源極連接電源地，場效應(yīng)管VT2的源極與場效應(yīng)管VT2的漏極通過第四電阻R4相連接，場效應(yīng)管VT2的漏極連接第三電阻R3，場效應(yīng)管VT2的門極分別與第二電阻R2的一端、三極管VTl的發(fā)射極相連接，第二電阻R2的另一端連接電源VCC，三極管VTl集電極與場效應(yīng)管VT2的源極相連接，三極管VTl的基極與第一電阻Rl的一端相連接，第一電阻Rl的另一端與本產(chǎn)品外部的上位機(jī)控制信號相連接；在第二電阻R2的另一端與第三電阻R3的另一端之間串聯(lián)有光源(4);即電源VCC提供的電流依次流經(jīng)光源(4)、第三電阻R3、第四電阻R4和場效應(yīng)管VT2，實現(xiàn)對光源(4)的供電，來自本產(chǎn)品外部的上位機(jī)的周期性控制信號依次經(jīng)過第一電阻R1、三極管VTl和場效應(yīng)管VT2，驅(qū)動光源(4)周期性地發(fā)出輻射光波； 鎢絲通入電流加熱，溫度升高，隨著溫度的升高，鎢絲電阻值增加，沒有電流通過時的電阻叫做冷阻，當(dāng)有電流通過時，電阻將升高，叫做熱阻；鎢絲冷阻很小，如果光源(4)從冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮，這個過程會產(chǎn)生很大的沖擊電流；光源調(diào)制驅(qū)動電路(7)將加載一定的電流在光源(4)上，避免了光源(4)從冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮；場效應(yīng)管VT2截止時，電源VCC經(jīng)光源(4)、電阻R3、R4到達(dá)電源地，通過調(diào)節(jié)電阻R4可設(shè)定通過光源(4)電流值，決定光源(4)調(diào)制深度，也就是在場效應(yīng)管VT2截止時，光源(4)中通入電流，避免光源(4)冷阻狀態(tài)點(diǎn)亮?xí)r，對電源VCC的沖擊；場效應(yīng)管VT2是個低導(dǎo)通電阻的N溝道MOSFET，導(dǎo)通電阻僅零點(diǎn)幾歐姆；場效應(yīng)管VT2導(dǎo)通時，電源VCC經(jīng)光源(4)、電阻R3、場效應(yīng)管VT2及并聯(lián)于場效應(yīng)管VT2的漏、源極電阻R4到達(dá)電源地，通過調(diào)節(jié)電阻R3設(shè)定通過光源(4)電流值，決定光源(4)產(chǎn)生的輻射光波的強(qiáng)度；三極管VTl —是用于保護(hù)場效應(yīng)管VT2，防止場效應(yīng)管VT2損壞，二是將本產(chǎn)品外部的上位機(jī)輸出的控制信號與光源(4)供電電源VCC進(jìn)行隔離，防止相互干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種紅外氣體傳感器，其特征在于，紅外輻射的波長范圍為2 ~5 μ m、8 ~12 μ m、2 ~12 μ m 和 2 ~20 μ m。
【文檔編號】G01N21/3504GK203732437SQ201420116121
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】劉永平, 劉丁鑫 申請人:劉永平, 劉丁鑫