[发明专利]一种侧壁进/出气的红外气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外气体传感器，具体为一种侧壁进/出气的红外气体传感器。属于红外气体传感器领域。

背景技术

近些年来，随着易燃、易爆气体泄漏、爆炸事故的频频发生，人们对气体传感器的需求越来越大。其中常规的气体传感器按工作原理一般可分为：半导体式气体传感器、电化学式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、光学类气体传感器等。

半导体式气体传感器长期稳定性较差，受环境影响较大，对气体选择性不高。

电化学式气体传感器测量时受环境影响较大、校正周期短、稳定性差、容易中毒。

催化燃烧式气体传感器选择性差，容易中毒，暗火工作有引燃爆炸的危险。

基于以上情况，出现了红外气体传感器为代表的光学类气体传感器，红外气体传感器具有精度高、选择性好、寿命长、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰小等优点。

当气体分子吸收了特定波长的红外辐射，并由其产生振动或转动运动从而引起偶极矩的净变化，产生气体分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这个波长吸收区域的透射光强度减弱。红外气体传感器便是基于气体对特定波长的红外光存在吸收，吸收满足Lmabert-Beer定律，即

I＝I₀exp(-μCL)            (1)

式中I₀：入射光强度，I：透射光强度；μ：吸收系数；L：光路长度；C：被测气体浓度

由(1)式可推出，ΔC＝-ΔI/(I₀μL)        (2)

热电堆探测器输出的电压与照射到其上的光强成正比，有V＝GI，I为光强，G为比例系数，若探测器电压分辨率为ΔV，则有ΔV＝GΔI，得出

ΔV/V₀＝ΔI/I₀                    (3)

把(3)式代入(2)式得到

ΔC_min＝-ΔV/(V₀μL)            (4)

由上式看出可通过增加光路长度L即增长光程的方法来增加气体的吸收，提高传感器的分辨率。

美国专利US 7488942B2公布了一种顶部进气气体传感器，其光源和探测器放在两个椭圆的焦点上，通过多次反射增加光程。美国专利US 7609375B2公布了一种气体传感器用光学腔体，其光源放在椭圆的焦点上，利用多次放射增加光程，提高传感器精度；同时在腔体上下表面分别设置通气孔，提高传感器响应时间。CN 101592599A中采用准光学谐振腔设计了一种由上凹球面反射镜和下凸球面反射镜组成的吸收腔，其光源和探测器装在互为共轭位置，通过多次反射来增加光程。CN 201373848Y公布了一种通过多斜面反射实现光路增长的顶部进气扩散式的红外气体传感器。以上专利设计精巧，但工程化实现不易。同时目前已经商用化的扩散式红外气体传感器采用顶部进气，其响应时间相对较长，英国City公司的4R系列的CO₂和CH₄红外气体传感器响应时间(T₉₀)小于35秒，英国Dynament公司红外传感器响应时间(T₉₀)小于30s，国内河南汉威生产的红外气体传感器响应时间(T₉₀)小于30s。腔体加工工程化不易，响应时间略长，直接影响了红外气体传感器的普及应用。

发明内容

针对上述传感器存在的不足，本发明的目的是提供一种侧壁进/出气的红外气体传感器，侧壁进/出气的气体交换方式有利于提高气室内外气体的交换速度，缩短传感器的响应时间。

本发明是一种侧壁进/出气的红外气体传感器，主要包括具有侧壁进/出气的敏感头、信号采集模块、信号处理模块、信号显示模块。所述具有侧壁进/出气的敏感头包括防尘罩1、具有侧壁进/出气兼具光学通道和气室功能的腔体2、右第一反光镜3、左第二反光镜4、热电堆探测器5、红外光源6、聚光镜7、加热电阻8、信号放大电路9。

本发明所述防尘罩1为不锈钢粉末与不锈钢外壳配合烧结而成。

本发明所述腔体2为黄铜圆柱加工而成。

本发明所述光学通道/气室功能的腔体2包括右端第一通孔10、前端第二通孔11、左端第三通孔12、右第一反光镜3和左第二反光镜4组成。

本发明所述右端第一通孔10内壁进行抛光、镀金处理；侧壁设置若干个通气孔与外界空气进行气体交换；后端设置聚光镜7，其内安装红外光源6。