CN210090301U - 一种呼出气红外检测气室结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种呼出气红外检测气室结构，该结构包括红外光源、气室筒、红外探测器。其中红外光源和探测器都采用的可拆卸模块结构设计，拆卸方便。红外光源和探测器在连接套筒中采用侧向螺钉顶压固定方式，可以360度角度方向调节，并能轴向移动调节，安装、调试效率高。光源和探测器考虑了隔热要求，测试稳定性高。为了较小安装应力，和振动对光信号的影响，支撑结构采取了隔振措施。

Description

一种呼出气红外检测气室结构

技术领域

本实用新型属于红外检测设备领域，具体涉及一种呼出红外检测气室结构，用于测试呼出气中二氧化碳同位素碳-12碳-13浓度。

背景技术

目前呼出气检测是临床诊断幽门杆菌的一种有效检测方法。该方法是通过测量呼出气体中含碳-13的二氧化碳与碳-12的二氧化碳的体积浓度比值来实现的。

呼出气检测方法主要用到的仪器有:质谱分析仪、红外光谱分析仪、激光光谱分析仪等。质谱分析仪，成本高、结构庞大、操作繁复。激光光谱仪的核心部件-激光器成本高，结构复杂，可靠性及便携性差。红外光谱分析仪基于热辐射红外光源工作，成本低、结构简单，可靠性高。

传统的红外光谱分析仪，采用电热丝作为光源，热容量大，需要采用同步电机和旋转切光片，抗震性差、便携式差。本实用新型采用基于特殊薄膜电阻工艺制作的红外光源。表面被特殊处理的薄膜电阻具有黑体辐射特性，且热容量小，可方便通过周期性地改变施加电压进行强度调制。基于薄膜电阻光源的检测仪器重量轻，便携型好。

气室结构是整个仪器设备的核心部分，气室结构内部包含了光源、样品池和探测器等核心部件。因此，气室结构对整个仪器的信号质量，调试安装，都是至关重要的。但是，目前的类似的红外光谱分析仪设计中仍存在：1、光路信号不方便调节，结构笨拙，安装调试效率低。2、温度和振动干扰大、检测精度不高，难以满足临床诊断的需要。因此，需要一种便于高效率安装调试、干扰小、输出信号质量高，检测精度高的气室结构。该实用新型提供了一种包含光源、气室和探测器的气室结构。

实用新型内容

本实用新型所设计的气室结构工作原理如下：对红外光源供电的电压施加方波调制，光源辐射出与调制方波频率相同的红外光。该红外光通过气室后，会因气室中被测气体成分对特征波段的红外吸收而衰减。被测气体对特征波段红外光的吸收关系符合比尔-朗伯定律，被测气体浓度越高，气室长度越长，透射红外光的衰减幅度越大。通过探测器检测特征红外光的衰减幅度，可以得到被测样品(碳-12或者碳-13)的浓度值。

本实用新型的主要部件包括光源、探测器、气室筒。气室筒的两端各装有一个连接套筒分别用来连接光源和探测器。气室筒与光源的连接通过光源侧的连接套筒来实现，气室筒与探测器的连接，通过探测器侧的连接套筒来实现。两个连接套筒放置在支架座上，支架座把整个光学***支撑起来。两个连接套筒与支架之间装有橡胶减震环。

本实用新型的气室筒是采用铝制作的长圆筒，圆筒内壁精度高，并做了镀金处理。这样圆筒内壁具有较高的光洁度，抗腐蚀、不生锈，而且被测气体分子的对气室筒内壁的吸附力弱，不易残留，测量干扰小。

本实用新型采用的红外光源是特殊薄膜电阻工艺制作，体积小。热容量小，工作频率高。所以工作中采用电压调制，而不需要机械斩波轮。为了更有效地利用红外光源，红外光源配置了椭球反射镜。红外光源位于椭球反射镜的一个焦点位置。红外光源发出的红外光经椭球反射镜反射后，将汇聚至一定距离的另外一个焦点位置。理想情况下汇聚的另一个焦点是探测器的位置。红外光源汇聚到探测器位置的焦点并不是理想的圆形，这需要通过旋转光源与探测器的相对角度来得到最佳探测强度。

本实用新型的光源及椭球反射镜作为一个整体件，***到光源座中，然后用铜质螺纹压塞压紧到光源座中。这样光源与光源座可以实现快速地组装和拆卸，更换光源。而采用粘接固定的方式，则存在光源更换困难的问题。光源座采用尼龙材料制作，这是因为尼龙易于加工、强度高，而且导热性不如金属。这样有效隔离了外界温度对光源的影响。螺纹压塞用铜制作，导热性好，热容量大，与光源紧密接触。在尼龙座隔离环境热传递的条件下，可进一步增大光源模块的热容，减小环境温度影响。光源装入光源座后作为一个整体光源模块进行位置调节。光源座安装在连接套筒内，光源座可以在连接套筒内任意角度旋转，从而使探测器得到最佳的焦点强度。光源座在角度方向旋转调整合适后，通过光源座锁紧螺钉固定，防止旋转。锁紧螺钉穿过连接套筒顶紧光源座的圆周，仅需一个螺钉就可快速固定光源座。而采用对端面四个螺钉的固定方式，只能实现四个90度角旋转位置调节，而且安装、固定效率低。另外，光源座也可以沿着套筒轴线移动，从而调整最佳的纵向焦点位置。

本实用新型采用的红外探测器固定安装在探测器座内。把圆柱形探测器***探测器座中，然后用铜质螺纹压塞压紧。这样探测器可以实现快速组装，而且可以方便地拆卸下来。而采用胶粘方式把探测器固定在光源座中，则存在探测器损坏后更换困难的问题。

红外探测器对温度敏感，容易环境温度影响。探测器座采用尼龙制作，具有隔离环境对探测器的温度影响作用。铜质螺钉与探测器外壳固定在一起，具有增大热容，减小探测器壳体温度波动的影响。探测器通过螺纹压塞与探测器座组装后，构成一个探测器模块，方便整***置调节。圆柱形的探测器座***探测器特连接套筒后，可以360度旋转。探测器座在角度方向调试完成后通过锁紧螺钉固定。锁紧螺钉透过连接套筒臂，顶紧探测器座实现固定。探测器座可以保护探测器，不会受到锁紧螺钉的压应力。另外，探测器座可以在连接套筒内沿轴向移动寻找光源最佳的纵向焦点位置。可见，通过这种侧向顶紧方式仅需要一个螺钉即可实现快速调整固定，调试效率高；而采用四个螺钉的在端面固定方式则存在不能任意角度旋转，同时纵向距离调节繁琐、调试效率低的问题。

本实用新型采用两个连接套筒分别把光源座和探测器与气室筒连接起来。光源侧连接套筒装有进气嘴。探测器侧连接套筒装有出气嘴。两个连接套筒内分别装有两个蓝宝石密封片，这样蓝宝石滤光片与气室筒可构成一个密闭气室，密闭气室通过进气嘴和出气嘴进行换气操作。蓝宝石密封片允许透过5微米以下波长的红外光，消除长波的红外光干扰，对二氧化碳测量的红外波段不造成影响。

本实用新型采用铝板支架把两个连接套筒等高支撑起来，这样整个气室成水平状态。铝板支架与气室套筒之间安装有橡胶减振环。橡胶减振环的作用可以减小支架的固定应力对光路结构造成的形变，减小测量中外界振动对测量光强的影响，提高信号的稳定度。

附图说明

图1为本实用新型的装配示意图，示意各部件的位置关系；

图2为图1所示实施例的部件结构示意图。

标号说明如下：

1-红外光源 2-椭球反射镜

3-光源螺纹压塞 4-尼龙光源座

5-(光源侧)连接套筒 6-光源座锁紧螺钉

7-支架座 8-橡胶减震环

9-进气嘴 10-(光源侧)蓝宝石窗口片

11-气室筒 12-(探测器侧)蓝宝石窗口片

13-出气嘴 14-探测器座锁紧螺钉

15-(探测器侧)连接套筒 16-探测器尼龙座

17-探测器螺纹压塞 18-探测器

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1-2所示，由红外光源1、椭球反射镜2、螺纹压塞3和光源座4构成一个红外光源模块。红外光源1由特殊薄膜电阻工艺制作，具有黑体辐射特征。光源1与椭球反射镜2作为一个整体件，***到光源4中，然后由铜3螺纹压塞压紧固定。这样1、2、3、4构成一个整体光源模块，方便在光路中安装调节，而且拆卸、更换光源方便。光源座采用尼龙制作，尼龙传热性比金属弱，可以减小套筒连接套筒5对光源模块的温度影响。铜质螺纹压塞3与光源1、2紧密接触，可以增加光源的热容量，减小光源模块的温度波动。

红外探测器模块由红外探测器18、螺纹压塞17和探测器座16构成。红外探测器***探测器座中，然后用螺纹压塞拧紧固定。这样16、17、18构成一个整体模块，方便在光路中的安装调试，拆卸、更换方便。采用胶粘制作方式的模块，则存在拆卸、更换探测器困难的问题。探测器座采用尼龙材料，导热性比金属差，可以减小金属连接套筒15温度的变化对探测器模块的影响。铜质螺纹压塞17与探测器紧密接触，可以进一步增加探测器热容量，减小环境温度对探测器工作温度的影响。

气室筒11是采用铝制作的内壁光滑的长直圆筒，内壁做镀金处理。这样圆筒内壁具有较高的光洁度，抗腐蚀性强。不生锈，被测气体分子不易吸附于气筒内壁，被测气体不易残留，测量精度高。

红外光源座4，通过光源侧连接套筒5，与气室筒11一端连接。红外探测器座16，通过探测器侧连接套筒15，与气室筒11另外一端连接。理想情况下光源1，处于椭球反射镜2的一个焦点位置。红外探测器18处于椭球反射镜的另外一个焦点位置。在安装调试中，可以沿连接套筒5和15轴，纵向移动光源1和18探测器，改变它们之间的距离，达到最佳的聚焦效果。另外，光源1不是理想的点光源，通过椭球反射镜2聚焦后的焦点也不是理想的圆形。所以在角度方向上旋转光源或者探测器，改变它们之间的相对角度可以获得最佳的探测强度。调试完成后通过光源座锁紧螺钉6，探测器座锁紧螺钉14对光源模块和探测器模块进行锁定。

两个连接套筒10、12内安装有蓝宝石密封片与气室筒11组成一个密闭气室。气室的气体更换通过连接套筒上安装装的进气嘴9和出气嘴13进行。蓝宝石密封片允许透过5微米以下波长的红外光，滤除波长更长的红外光，对二氧化碳测量的红外波段不会造成影响。

由上述红外光源模块、探测器模块、密闭气室所构成光路***，通过支架7水平支撑起来。光路***经过精密调试，对应力和振动比较敏感。支架7与光路***的连接套筒5和15之间装有橡胶减振环8。橡胶减震换可以避免支架对光路***造成应力扭曲，隔离外界振动，提高信号测量的稳定度。

Claims (5)

1.一种呼出气红外检测气室结构，包括红外光源模块，红外探测器模块，气室和减振支架；其特征为：红外光源模块可在连接套筒内沿轴向方向调整和角度方向旋转调整，采用侧壁锁紧螺钉顶住光源模块侧壁的固定结构；红外探测器模块设计为可在连接套筒内沿轴向方向调整，和角度方向旋转调整，采用侧壁锁紧螺钉顶紧探测器模块侧壁的固定结构；支架与圆柱连接套筒之间采取橡胶减振环结构；气室筒内壁在加工后进行镀金处理；气室筒两端采用蓝宝石密封片与气室筒组合为密闭气室。

2.根据权利要求1所述的呼出气红外检测气室结构，其特征在于，所述光源模块由光源座、光源、椭球反射和螺纹压塞组成，采用螺纹压塞对光源进行压紧。

3.根据权利要求2所述的呼出气红外检测气室结构，其特征在于，所述光源座采用导热性差的工程塑料材料制作，螺纹压塞采用导热性好的金属材料。

4.根据权利要求1所述的呼出气红外检测气室结构，其特征在于，所述探测器模块由探测器座、探测器、螺纹压塞组成，采用螺纹压塞把探测器压紧在探测器座中。

5.根据权利要求4所述的呼出气红外检测气室结构，其特征在于，所述探测器座采用导热性差的工程塑料材料制作，螺纹压塞为导热性好的金属材料。

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