[发明专利]螺旋形气体浓度检测装置及其制作方法、报警装置

说明书

本发明提供螺旋形气体浓度检测装置及其制作方法、报警装置，该螺旋形气体浓度检测装置包括反射室、扩散窗、中红外光源、双通道检测器、参考滤光片以及检测光滤光片，反射室开设有螺旋形槽，螺旋形槽的第一端开设有第一贯穿孔，螺旋形槽的第二端开设有第二贯穿孔；扩散窗开设有扩散通道，扩散窗盖设于螺旋形槽的开口处，扩散通道与螺旋形槽连通；中红外光源插设于第一贯穿孔中；双通道检测器包括位于同一水平面上的朝向第二贯穿孔的参考通道和检测通道；参考滤光片覆盖参考通道的进光口；检测光滤光片覆盖检测通道的进光口。本发明使中红外光源发出的光线在螺旋形槽中传播，有效优化空间结构，提高传感器集成度，实现红外传感器小型化。

技术领域

本发明涉及气体浓度监测技术领域，特别是涉及一种螺旋形气体浓度检测装置及其制作方法、报警装置。

背景技术

工业气体产品是现代工业的重要基础原料，广泛应用于石油、化工、农业、医疗、食品、清洁能源、城市居民等领域。例如，甲烷、一氧化碳等可燃气体为现代工业生产和生活提供新一代清洁能源，适当浓度的二氧化碳可以提高农业产量。但是，工业气体也往往具有燃烧性、毒害性、窒息性、爆炸性等危害。工业气体的浓度超出安全许可范围是安全事故发生的直接原因，对工业气体浓度的有效监测是保障气体安全的重要手段。近年来，随着我国经济的高速发展，工业气体在国民经济中的比重越来越高，工业气体浓度传感器作为气体安全的重要保障，具有巨大的市场需求。

气体传感器根据工作原理可分为电学气体传感器、化学气体传感器、光学气体传感器。其中，光学气体传感器的红外光谱传感器因具有浓度检测范围大、灵敏度高、选择性强、防爆性好、抗中毒、寿命长等优点受到了国内外研究人员和企业的重视。国际上，美国Honeywell公司、Spectrex公司；德国Drager公司；日本Tohoku大学、东京气体股份有限公司；芬兰Turku大学均已经开展了红外气体传感器的研究，并推出了传感器产品。在国内方面，天津大学、西安光机所、中国矿业大学、哈尔滨工业大学等单位在红外气体传感器领域也做出了大量的研究成果。但是，目前国内在这个领域多处于实验室研究阶段，未见成熟产品面市。因此，开展具有自主知识产权的高端红外气体传感器产品研制，打破国外对此类产品的技术垄断，具有迫切需求和现实意义。

现阶段国内外红外气体传感器选择的气体吸收光谱大多处于2μm以下的近红外波段。但是工业气体在3μm以上的中红外波段往往具有更强的吸收特性。例如甲烷在3.31μm中红外波长的吸收强度是1.67μm波长的200倍以上。因此，中红外气体传感器是未来发展趋势之一。另一方面，红外气体传感器的基本原理遵循朗伯比尔定律，因此提高传感器精度的有效方法是增大气室长度。然而，随着传感器技术集成化的发展趋势，大气室往往导致传感器体积巨大，安装维护难度大，不便于携带。目前为了进一步提高传感器的集成化程度，广泛采用折叠腔结构可以在较小尺寸条件下通过多次反射增大气室的工作长度。但折叠腔结构需要精密安装，对外界温度、湿度等环境因素非常敏感，对传感器产品的批量化生产和保证性能的一致性带来了更高的难度，难以适用于大规模工业化生产。

发明内容

本发明主要提供一种螺旋形气体浓度检测装置及其制作方法、报警装置，以优化空间结构，延长光与气体反应的光程，提高检测装置集成度，实现检测装置小型化。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种螺旋形气体浓度检测装置，该螺旋形气体浓度检测装置包括反射室、扩散窗、中红外光源、双通道检测器、参考滤光片以及检测光滤光片，反射室开设有螺旋形槽，螺旋形槽的第一端开设有第一贯穿孔，螺旋形槽的第二端开设有第二贯穿孔；扩散窗开设有扩散通道，扩散窗盖设于螺旋形槽的开口处，扩散通道与螺旋形槽连通；中红外光源插设于第一贯穿孔中；双通道检测器包括位于同一水平面上的朝向第二贯穿孔的参考通道和检测通道；参考滤光片覆盖参考通道的进光口；检测光滤光片覆盖检测通道的进光口；其中，所述中红外光源发出的光线通过所述螺旋形槽聚集至所述参考通道和所述检测通道，以同步得到参考波长光的参考光强度和检测波长光的检测光强度，通过所述参考光强度和所述检测光强度得到待检测气体的浓度。