CN104165857A - 一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，包括光学结构和防爆结构，所述光学结构包括光学腔体，所述光学腔体内部设置有光学通道，所述光学通道为“又”字形光路，两个长边经过圆心。本发明设计“又”字形光路，反射2次，入射探测器角度为零，最大程度的保证了探测器性能，降低了温度变化对中心吸收波长影响以及对探测率的影响；本发明增加了温湿度检测，一方面提高传感器的集成度，另外一个方面温湿度的精确信息，为温湿度补偿提供数据保证。

Description

一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体是涉及一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器。

背景技术

目前红外气体传感器都只是对红外吸收原理的一种简单应用，具有红外吸收原理特征，但是在抗水气干扰、数字输出、温度补偿、空气校准等功能特别是多种气体种类多个环境参量检测方面还有各自的欠缺，还无法适应恶劣环境，无法满足高精度、多参量的应用领域。

CN101825566A采用螺旋线结构增加了光程，但是实际应用效果不是很理想，光线无法按照所设计的那样规律反射进入探测器。CN202092949也是采用多次发射增大光学吸收长度，反射次数到达6次，光强衰减是一个方面，这2个专利都存在一个问题在于光线入射角度不符合探测器设计要求，从而使用效果差，就不能做成实用化产品。CN201628682U属于多种气体同时检测，体积小，但是光程有限，而且仅仅是模拟输出。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，从而提供一种光学腔体整体化设计、高灵敏度、稳定性高、能适应恶劣环境的多参量防爆型红外智能气体传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，包括光学结构和防爆结构，所述光学结构包括光学腔体，所述光学腔体内部设置有光学通道，所述光学通道为“又”字形光路，两个长边经过圆心。

优选地，所述光学通道表面设置有透气孔，光学通道两侧设置有红外气体探测器和红外光源，红外气体探测器和红外光源呈轴线垂直分布，两轴线经过圆心。

优选地，所述光学腔体外侧设置有绝缘套，内部设置有温湿度传感器，顶部设置有防水透气膜，底部设置有功率电阻。

优选地，所述防爆结构包括上部的防爆底座、下部的防爆壳及内置于光学腔体下方的防爆片和填充物，防爆底座和防爆壳通过紧定螺钉固定在一起。

优选地，所述红外光源的管脚焊接在小灯板上，小灯板焊接在模拟电路板，红外光源安装在抛物线反光罩；抛物线反光罩安装在光学腔体的光源安装孔。

优选地，所述探测器安装在光学腔体的探测器安装孔，探测器的管脚焊接在探测器电路板上。

优选地，所述防水透气膜周围设置有绝缘套。

优选地，所述防爆壳外螺纹和防爆底座内螺纹均大于10圈。

优选地，所述光学腔体与防爆底座内壁有一空间，该空间充满填充物。

优选地，所述填充物为环氧树脂。

本发明的有益效果：本发明增加了温湿度检测，一方面提高传感器的集成度，另外一个方面温湿度的精确信息，为温湿度补偿提供数据保证；该气体传感器不仅能很好的防止水气影响，而且还具有温度补偿、湿度补偿、各种数字输出功能，可适应超高温或超低温条件运行，具有空气校准功能，通过更换多通道的探测器，可以实现多种气体同时检测；本发明设计“又”字形光路，反射2次，入射探测器角度为零，最大程度的保证了探测器性能，降低了温度变化对中心吸收波长影响以及对探测率的影响；本发明结构设计科学，性能稳定，能在-20℃-70℃范围内正常工作；空气校准功能让使用更方便、准确；具有数字输出和温度补偿，精度高，使用方便；通过更换不同气体探测器，使针对不同气体种类的传感器开发周期大大减少。

附图说明

图1为本发明一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器***示意图；

图2为本发明一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器横向剖视图；

图3为本发明一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器纵向剖视图；

图4为本发明一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器光路剖视图；

图5为本发明一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器温湿度结构剖视图。

图中标号说明如下：1-电源数据线，2-防爆底座，3-电源板，4-第一排线，5-主电路板，6-第二排线，7-模拟电路板，8-紧定螺丝，9-绝缘套，10-光学腔体，11-第一平面镜，12-抛物线反光罩，13-光源，14-小灯板，15-透气膜，16-防爆片，17-防爆壳，18-探测器，19-探测器电路板，20-第二平面镜，21-加热电阻，22-连接线，23-温湿度传感器电路板，24-温湿度传感器，25-填充物。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-5所示，一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，该传感器包括防爆壳17、防爆片16、防爆底座2、电源数据线1，紧定螺钉8安装在防爆底座2；防爆壳17内部设置光学腔体10和电路板3、主电路板5、模拟电路板7、小灯板14、探测器电路板19、温湿度传感器电路板23；光学腔体10内部设置红外气体探测器18和红外光源13；光学腔体10顶部设置有防水透气膜15，圆周设置绝缘套9，光学腔体10内部设置有温湿度传感器24，光学腔体10底部设置有加热用的功率电阻21；用于光源驱动的控制电路在主电路板5，用于信号采集的模拟电路板7和电源板3依次通过第一排线4和第二排线6连接；加热电阻9焊接在模拟电路板7；温湿度传感器24焊接在温湿度传感器电路板23，温湿度传感器电路板23通过连接线22焊接在模拟电路板7；红外光源13的管脚焊接在小灯板14上，小灯板14焊接在模拟电路板7，红外光源13安装在抛物线反光罩12；抛物线反光罩12安装在光学腔体10的光源安装孔；探测器18安装在光学腔体10的探测器安装孔，探测器18的管脚焊接在探测器电路板19上；从光学腔体10到电路板3、主电路板5、模拟电路板7到防爆底座2内壁的空间全部填充环氧树脂25；光学腔体10内部有精密设计的光学通道，通道上表面设置有透气孔；探测器18和光源13呈轴线垂直分布，两轴线经过圆心；光学腔体10顶部设置有温湿度传感器24，湿度传感器24表面贴有透气膜15；光学腔体10内壁抛光、镀金；在有限的空间内，采用最大的通光孔径，增大了探测器18可接收的有效光强；精密设计的“又”字形光路，有两个长边经过了圆心，增加了光程，大幅度传感器灵敏度。探测器18可以采用多通道类型，能探测多种气体。温湿度传感器24的安置，使得加热去水气有了数据依据，从而使传感器精确高效的工作。

所述传感器的防爆壳17采用不锈钢316材质，壁厚达3毫米；防爆片16材质采用不锈钢316，采用不锈钢粉末烧结工艺，厚度4毫米；防爆底座2材质采用不锈钢316，壁厚3毫米、环氧树脂25厚度大于3毫米；防爆壳17外螺纹和防爆底座2内螺纹均大于10圈，高于国标防爆要求；防爆壳17、防爆片16、防爆底座2和环氧树脂25构成了传感器的防爆结构。

所述光学腔体10整体式加工，很好的保证了光源13和探测器18相对位置精度，光源13和探测器18分别位置于圆柱腔体的直径方向，轴线垂直，所述光学腔体10内部的光学通道呈“又”字形，光路经过第一平面镜11和第二平面镜两次反射，最大程度的增加了光程，从而保证了该传感器的高灵敏度。所述红外气体探测器18和所述红外光源13分别设置于所述光学通道的两端，而且保证光线是沿着探测器18窗口滤光片法线方向，即以0度入射探测器18，保证了最大的探测率，从而实现了高分辨率。

所述光学腔体10外侧设置有绝缘套9，是一种保温材料，一方面是起到腔体和防爆外壳之间的绝缘，另一方面保证腔体一直处于温热状态，使得腔体温度比环境温度略高，防止水气冷凝。

所述光学腔体10上表面设置有防水透气膜15，可以很大程度的隔离水分影响；所述光学腔体10还设置有数字式的温湿度传感器24，精确检测环境温湿度。

所述传感器内部电路板由模拟电路板7、主电路板5和电源板3，还有小灯板14、探测器电路板19和温湿度传感器电路板23组成。小灯板14作用在于给光源13提供电源输入和稳定可靠的安装底座，小灯板14通过环氧树脂25与光学腔体10紧密融合，使得光源13位置稳定。探测器电路板19作用是给探测器18供电和信号传输，并提供可靠的安装底座，探测器电路板19通过环氧树脂25与光学腔体10紧密融合，使得探测器18位置稳定。温湿度传感器24焊接在温湿度传感器电路板23上，将检测到的温湿度物理量转化为数字量，以IIC的通讯方式与主电路板5上的CPU的I/O口连接。加热电阻21焊接在模拟电路板7上，是否启动加热功能由主电路板5上的CPU根据环境温度与光学腔体10温度差来决定。气体经过防爆片16、透气膜15扩散进入光学腔体10，在光学腔体10的光学通道内充分吸收对应特征吸收波长处的红外线，探测器18将探测到的变化传输到模拟电路板7，经过滤波放大由排线连接到主电路板5上CPU的模拟输入口。主电路板5上的CPU对信号进行A/D转换、信号处理、查表判断、信号输出。电源板3提供所有源器件需要的电压，电源数据线焊接在电源板3上，完成传感器供电和信号输出。

主电路板5上的CPU具备A/D和D/A，USART，IIC和数字I/O口，所开发的软件提供零点校准功能、灵敏度校准功能、清洁空气相对零点校准功能、485地址复位功能。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于：包括光学结构和防爆结构，所述光学结构包括光学腔体(10)，所述光学腔体(10)内部设置有光学通道，所述光学通道为“又”字形光路，两个长边经过圆心。

2.如权利要求1所述的一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于，所述光学通道表面设置有透气孔，光学通道两侧设置有红外气体探测器(18)和红外光源(13)，红外气体探测器(18)和红外光源(13)呈轴线垂直分布，两轴线经过圆心。

3.如权利要求1所述的一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于，所述光学腔体(10)外侧设置有绝缘套(9)，内部设置有温湿度传感器(24)，顶部设置有防水透气膜(15)，底部设置有功率电阻(21)。

4.如权利要求1所述的一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于，所述防爆结构包括上部的防爆底座(2)、下部的防爆壳(17)及内置于光学腔体(10)下方的防爆片(16)和填充物(25)，防爆底座(2)和防爆壳(17)通过紧定螺钉(8)固定在一起。

5.如权利要求2所述的一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于，所述红外光源(13)的管脚焊接在小灯板(14)上，小灯板(14)焊接在模拟电路板(7)，红外光源(13)安装在抛物线反光罩(12)；抛物线反光罩(12)安装在光学腔体(10)的光源安装孔。

6.如权利要求2所述的一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于，所述探测器(18)安装在光学腔体(10)的探测器安装孔，探测器(18)的管脚焊接在探测器电路板(19)上。

7.如权利要求3所述的一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于，所述防水透气膜(15)周围设置有绝缘套(9)。

8.如权利要求4所述的一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于，所述防爆壳(17)外螺纹和防爆底座(2)内螺纹均大于10圈。

9.如权利要求1所述的一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于，所述光学腔体(10)与防爆底座(2)内壁有一空间，该空间充满填充物(25)。

10.如权利要求4或9所述的一种高灵敏度多参量防爆型红外气体传感器，其特征在于，所述填充物(25)为环氧树脂。