[发明专利]一种具有弯管气室的气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件技术领域，特别涉及一种气体传感器。

背景技术

利用红外光谱吸收原理来检测气体浓度是气体检测的一种新技术。红外光谱吸收主要是指双原子和多原子分子对红外光具有特定吸收峰这一特性，具有这种原子结构的气体在红外辐射波段都有一条或若干条自己的特征吸收谱线，而吸收的光能量与气体在红外光区内的浓度有一定关系，因此，可以利用此特性来设计某种设备装置进行气体浓度的检测。红外光穿过被测气体时，特征频率谱线的红外光能就会被气体吸收，使该频率的红外光的强度减弱，通过检测红外光的强度变化值就可以得出被检测气体的浓度。非分散红外(Non-Diffraction Infrared,NDIR)气体传感器就是利用这一原理工作的，它由一个红外光源，一个吸收气室以及一个带有滤光片的红外探测器组成。相对于分光红外技术而言，NDIR气体传感器结构简单易集成，成本低，适用于安全监测场所的现场监测，因此近年来发展迅速。

NDIR技术的主要原理是利用朗伯—比尔（Lambert—Beer）定律得到的NDIR气体传感器浓度的计算公式：

C=1μ(v)LLnI0(v)I(v)]]>

其中，v代表红外频率，I₀(v)和I(v)分别代表频率为v的红外光的入射和出射光强度，μ(v)是被检测气体对频率为v的红外光的吸收系数，C是气体浓度，L是吸收气体光程长度。在上式中，μ(v)是常数项，因此，NDIR气体传感器检测精度由L和I₀(v)/I(v)决定。

对于红外光入射光强和出射光强比值I₀(v)/I(v)的测量是通过热释电红外探测器实现的，其原理是：热释电红外探测器有两个通道，相当于有两路吸收光线，一路为测量通道，其窄带滤光片透射频率与被测气体红外吸收峰频率对应；另一路则为参考通道，其窄带滤光片透射频率远离被测气体红外吸收峰频率。当光源发出的红外光通过检测气体到达热释电红外探测器后，热释电红外探测器测量通道电信号大小受被检测气体的影响会发生变化，因此可以认定为I(v)；而参考通道不受被检测气体的影响，其电信号大小不变，因此可以认定为I(v)。当存在零漂、光源的功率不稳定以及杂质微尘干扰等因素时，它们影响到测量通道和参考通道电信号的大小，将测量通道电信号与参考通道电信号相比，可以消除这些因素的干扰。从上述分析可知，提高热释电红外探测器的灵敏度可以影响I₀(v)/I(v)，进而提高NDIR气体传感器的检测精度。

要提高探测精度，使传感器可以探测到很低的气体浓度，至少能覆盖主要有害气体的最低爆炸极限值，一个有效措施就是提高有效吸收光程L。现有的NDIR气体传感器的气室多为直筒式结构，受系统整体体积的限制，此种结构导致红外有效光程长度有限，吸收不充分，因此测量精度较低。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高精度，小体积，便携化的气体传感器。

本发明的一种具有弯管气室的气体传感器，包括光腔气室、光源、光源端封闭装置、探测器、探测器端封闭装置，所述光源端封闭装置、和探测器端封闭装置位于光腔气室的两端，尺寸与光腔气室相匹配，分别用于放置光源和探测器，其特征在于，所述光腔气室为弯管结构。

本发明在不增大NDIR传感器系统大小的前提下，尽量增加有效吸收光程，尽量增加光能的利率，保证高精度，小体积，便携化。

进一步的，所述光腔气室为半圆形弯管结构；

所述光源端封闭装置可设置为半球形罩杯结构，所述探测器端封闭装置可设置为圆柱形罩杯结构；

在所述光腔气室、光源端封闭装置和探测器端封闭装置的内壁可设置有反光层，以增加被测气体在光腔气室内部的发射效率，减少光能衰减；