[发明专利]一种便携式低成本红外气体传感装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光声光谱气体传感装置，尤其是涉及一种用于气态物质浓度传感检测的便携式低成本红外气体传感装置。

背景技术

气体的探测，尤其是可燃、易爆、有毒有害气体的探测，对工农业生产、人民生活、科学研究和国家安全至关重要。

在气体传感器中，利用光声光谱特性检测气态分析物浓度的检测方法已经为公众所周知，如美国专利No.4740086描述了在光激发气态分析物时用光声气体传感器把调幅光源的光能转换成声能的情况。当入射到气室的光能被待测气体吸收后，就生成强度对应于气室内待测气体浓度的声压力波，该声压力波被电容微音器检测。光声气体传感技术具有灵敏度高、气室所需体积小等一系列优点，得到了广泛研究和应用。

中国专利CN101303298A公开了一种气体传感装置，其采用了样品检测室和参考气体室隔离的方式进行气体检测，从而省掉了高精度光学滤波片的使用，降低了该装置的成本，但其仍采用的麦克风来采集声波信号，虽说具有成本低的优点，但其灵敏度、抗电磁干扰性能、以及由于水分子存在造成的误差补偿等方面仍不能满足一些高端的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种便携式低成本红外气体传感装置，其结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高，同时具有一定的抗电磁干扰能力，以及较好的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种便携式低成本红外气体传感装置，其特征在于：包括外部壳体以及设置在外部壳体内部左侧的红外光源，所述外部壳体内部还设置有用于包含待测气体的待测腔和用于包含参考气体的参考腔，所述参考气体中至少有一种气体与待测气体在红外光源所发出的红外波段的光信号上具有相同的吸收波长，所述待测腔与参考腔之间设置有宽带光学窗口，所述参考腔外部套设有补偿腔，所述参考腔的外壁上螺旋缠绕有曲线形壳体，所述曲线形壳体内侧相对的两个面上分别设置有多个变形齿一和多个变形齿二，所述变形齿一与变形齿二之间呈交错对应布设，所述变形齿一与变形齿二之间夹持有信号光纤，所述信号光纤通过延长光纤连接测试单元，所述测试单元还连接处理单元，所述处理单元还连接显示单元，所述处理单元还通过传输线与红外光源接。

上述的一种便携式低成本红外气体传感装置，其特征在于：所述红外光源与宽带光学窗口之间设置有前置光学窗口，所述前置光学窗口安装在待测腔左侧，所述前置光学窗口与红外光源之间设置有透镜组。

上述的一种便携式低成本红外气体传感装置，其特征在于：所述宽带光学窗口和前置光学窗口的表面上均镀覆有光学滤波涂层。

上述的一种便携式低成本红外气体传感装置，其特征在于：所述待测腔上设置有用于接收待测气体的入口和用于排出待测气体的出口，所述入口和出口均与外部壳体的外部相通。

上述的一种便携式低成本红外气体传感装置，其特征在于：所述信号光纤两端中至少有一端设置有光反射镜。

上述的一种便携式低成本红外气体传感装置，其特征在于：所述信号光纤有一段为具有聚酰亚胺涂层的信号光纤，且该段信号光纤暴露于待测气体中。

上述的一种便携式低成本红外气体传感装置，其特征在于：所述夹持有信号光纤的变形齿一和变形齿二均为聚酰亚胺变形齿或表面上镀覆聚酰亚胺层的变形齿，且该段变形齿暴露于待测气体中。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的气体传感装置，具有结构简单、设计合理、操作方便且使用方式灵活、灵敏度高等特点。

2、本发明的气体传感装置，因使用光纤型声波采集装置替代了传统的微音器，使得本装置具有抗电磁干扰性能、灵敏度高、电绝缘性好、安全可靠、耐腐蚀等诸多优点。

3、本发明的气体传感装置，由于可以采用光源-光功率法测试，从而可以大幅度降低测试单元的成本，从而使本装置的整体成本大幅度降低。

4、本发明的气体传感装置，通过选取合适长度的夹持于变形齿间的具有聚酰亚胺涂层的信号光纤，或是夹持有一段信号光纤的由聚酰亚胺材料构成的变形齿、或夹持有一段信号光纤的变形齿的表面镀覆有聚酰亚胺材料层。在暴露于待测气体中时，由于聚酰亚胺材料具有吸收空气中水份而膨胀的性能，而待测腔中的待测气体中含有水份在许多情况下会吸收部分红外光波信号，造成参考腔的声波压力信号的降低，对测试结果造成误差，通过具有聚酰亚胺涂层的信号光纤或具有聚酰亚胺材料的变形齿暴露于待测气体中吸收其水份出现膨胀而造成信号光纤的一定弯曲以补偿参考腔的声波压力信号的降低，从而对测试结果进行了修正。