[发明专利]气体浓度测定装置

说明书

本发明提供一种气体浓度测定装置。所述气体浓度测定装置包括：光源部，将光照射至所述气体浓度测定装置的内部；入射部，折射由所述光源部照射的光；第一反射部及第二反射部，反射所入射的光；第三反射部，能够进行旋转；及受光部，测定入射的光的光量，其中，由所述入射部入射的光通过所述第三反射部而在所述第一反射部与所述第二反射部之间反射，随着所述第三反射部旋转而光径发生变更而入射至所述受光部。

技术领域

本发明涉及气体浓度测定装置，尤其涉及一种通过利用多个反射镜而增加延长用于测定气体浓度的光径长度而实现精密的气体浓度测定及小型化的气体浓度测定装置。

背景技术

光学方式的气体传感器技术为利用由各不相同的原子构成的气体(例如：CO、CO₂、CH₄、NO、NO₂、SO₂、NH₃、丙酮等)吸收各个分子中固有的特定波长的光的特性的技术，是一种通过测定各个气体的波长的光吸收率而对其进行换算而测定气体浓度的方式。

气体的光吸收率与气体浓度成比例，由此，最终准确测定气体的光吸收率是光学方式气体传感器的主要条件。因此，光学方式的气体传感器基本包括光源与光探测器，并具有用于提高光吸收率的光空洞的结构。

气体分子吸收光的原理如下。一般而言，气体分子构成各个能级并吸收具有与该能级共鸣的能源的光子(photon)，由此，气体分子由基态(ground state)转变为激发态(excited state)。

气体分子存在仅有选择地吸收与各个振动能源量子相应的能源的性质，大致将红外线区域的光作为振动能进行吸收。由此，CO₂、CO、CH₄、C₃H₈等分别具有独特的吸收光谱，例如，CO₂吸收4.25μm的波长，CO吸收4.7μm的波长，CH₄吸收3.3μm的波长，吸收光的程度根据相应气体的浓度而不同。

该光吸收率因气体分子而不同，例如，二氧化碳(Carbon Dioxide)被指定为温室气体而光吸收率高，但，一氧化碳(Carbon Monoxide)的光吸收率低。光子的吸收率按每个分子的吸收率进行定义，但一般地，用于检测吸收率高的气体的气体传感器在技术上难易度低，用于检测吸收率低的气体的气体传感器在技术上难易度高。

但即使为吸收率低的气体，在光子与气体分子的接触次数增加的情况下，吸收率相应增加。对于相同的光量，增加气体分子的接触次数的方法中的一个为增加在光空洞内的光径长度的方法，其由光学方式的气体传感器解析理论即朗伯一比尔定律(Beer-Lambert)理论确认。

朗伯一比尔定律理论在不存在气体分子的状态下，在光探测器检测的光量为Io，将气体的浓度为X，将自光源至光探测器，光和气体接触的距离即光径的长度为L，气体分子的固有吸收率为b时，提供气体浓度与到达光探测器的光量即I之间的关系式(参照如下)。

[公式1]

I＝I₀exp^-bLX

通过朗伯一比尔定律理论了解到，对于相同的浓度，光径长度即L越大，I值越小，对于相同的浓度变化，光径长度即L越大，I值的变化幅度越大，从而，能够进行更精密的传感器的制作。

另外，有效的光空洞具有增加光径之外，及增加光的效率性的结构。一般地，因由光源释放的光向四处放射，由此，无法寄希望于大量的光检测气体浓度并造成浪费。但在提高光空洞的聚光特性的情况下，减少浪费的光量而提高光效率性。

如所述公式了解所示，Io值越大，光效率越高，对于相同的浓度的变化，因I值的变化幅度大，由此，也能够制造更精密的传感器。结论上，在制作光空洞时，增加光径长度，同时，将其大小进行小型化处理，并提高光效率性的方式，能够决定光学方式气体传感器的竞争力。