一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，包括光學(xué)結(jié)構(gòu)和防爆結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括光學(xué)腔體，所述光學(xué)腔體內(nèi)部設(shè)置有光學(xué)通道，所述光學(xué)通道為“又”字形光路，兩個長邊經(jīng)過圓心。本發(fā)明設(shè)計“又”字形光路，反射2次，入射探測器角度為零，最大程度的保證了探測器性能，降低了溫度變化對中心吸收波長影響以及對探測率的影響；本發(fā)明增加了溫濕度檢測，一方面提高傳感器的集成度，另外一個方面溫濕度的精確信息，為溫濕度補償提供數(shù)據(jù)保證。
【專利說明】一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器，具體是涉及一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前紅外氣體傳感器都只是對紅外吸收原理的一種簡單應(yīng)用，具有紅外吸收原理特征，但是在抗水氣干擾、數(shù)字輸出、溫度補償、空氣校準(zhǔn)等功能特別是多種氣體種類多個環(huán)境參量檢測方面還有各自的欠缺，還無法適應(yīng)惡劣環(huán)境，無法滿足高精度、多參量的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]CN101825566A采用螺旋線結(jié)構(gòu)增加了光程，但是實際應(yīng)用效果不是很理想，光線無法按照所設(shè)計的那樣規(guī)律反射進入探測器。CN202092949也是采用多次發(fā)射增大光學(xué)吸收長度，反射次數(shù)到達6次，光強衰減是一個方面，這2個專利都存在一個問題在于光線入射角度不符合探測器設(shè)計要求，從而使用效果差，就不能做成實用化產(chǎn)品。CN201628682U屬于多種氣體同時檢測，體積小，但是光程有限，而且僅僅是模擬輸出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種光學(xué)腔體整體化設(shè)計、高靈敏度、穩(wěn)定性高、能適應(yīng)惡劣環(huán)境的多參量防爆型紅外智能氣體傳感器。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，包括光學(xué)結(jié)構(gòu)和防爆結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括光學(xué)腔體，所述光學(xué)腔體內(nèi)部設(shè)置有光學(xué)通道，所述光學(xué)通道為“又”字形光路，兩個長邊經(jīng)過圓心。
[0007]優(yōu)選地，所述光學(xué)通道表面設(shè)置有透氣孔，光學(xué)通道兩側(cè)設(shè)置有紅外氣體探測器和紅外光源，紅外氣體探測器和紅外光源呈軸線垂直分布，兩軸線經(jīng)過圓心。
[0008]優(yōu)選地，所述光學(xué)腔體外側(cè)設(shè)置有絕緣套，內(nèi)部設(shè)置有溫濕度傳感器，頂部設(shè)置有防水透氣膜，底部設(shè)置有功率電阻。
[0009]優(yōu)選地，所述防爆結(jié)構(gòu)包括上部的防爆底座、下部的防爆殼及內(nèi)置于光學(xué)腔體下方的防爆片和填充物，防爆底座和防爆殼通過緊定螺釘固定在一起。
[0010]優(yōu)選地，所述紅外光源的管腳焊接在小燈板上，小燈板焊接在模擬電路板，紅外光源安裝在拋物線反光罩；拋物線反光罩安裝在光學(xué)腔體的光源安裝孔。
[0011]優(yōu)選地，所述探測器安裝在光學(xué)腔體的探測器安裝孔，探測器的管腳焊接在探測器電路板上。
[0012]優(yōu)選地，所述防水透氣膜周圍設(shè)置有絕緣套。
[0013]優(yōu)選地，所述防爆殼外螺紋和防爆底座內(nèi)螺紋均大于10圈。
[0014]優(yōu)選地，所述光學(xué)腔體與防爆底座內(nèi)壁有一空間，該空間充滿填充物。
[0015]優(yōu)選地，所述填充物為環(huán)氧樹脂。
[0016]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明增加了溫濕度檢測，一方面提高傳感器的集成度，另外一個方面溫濕度的精確信息，為溫濕度補償提供數(shù)據(jù)保證；該氣體傳感器不僅能很好的防止水氣影響，而且還具有溫度補償、濕度補償、各種數(shù)字輸出功能，可適應(yīng)超高溫或超低溫條件運行，具有空氣校準(zhǔn)功能，通過更換多通道的探測器，可以實現(xiàn)多種氣體同時檢測；本發(fā)明設(shè)計“又”字形光路，反射2次，入射探測器角度為零，最大程度的保證了探測器性能，降低了溫度變化對中心吸收波長影響以及對探測率的影響；本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)，性能穩(wěn)定，能在_20°C _70°C范圍內(nèi)正常工作；空氣校準(zhǔn)功能讓使用更方便、準(zhǔn)確；具有數(shù)字輸出和溫度補償，精度高，使用方便；通過更換不同氣體探測器，使針對不同氣體種類的傳感器開發(fā)周期大大減少。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器爆炸示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器橫向剖視圖；
[0019]圖3為本發(fā)明一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器縱向剖視圖；
[0020]圖4為本發(fā)明一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器光路剖視圖；
[0021]圖5為本發(fā)明一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器溫濕度結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0022]圖中標(biāo)號說明如下:1_電源數(shù)據(jù)線，2-防爆底座，3-電源板，4-第一排線，5-主電路板，6-第二排線，7-模擬電路板，8-緊定螺絲，9-絕緣套，10-光學(xué)腔體，11-第一平面鏡，12-拋物線反光罩，13-光源，14-小燈板，15-透氣膜，16-防爆片，17-防爆殼，18-探測器，19-探測器電路板，20-第二平面鏡，21-加熱電阻，22-連接線，23-溫濕度傳感器電路板，24-溫濕度傳感器，25-填充物。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0024]如圖1-5所示，一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，該傳感器包括防爆殼17、防爆片16、防爆底座2、電源數(shù)據(jù)線1，緊定螺釘8安裝在防爆底座2 ;防爆殼17內(nèi)部設(shè)置光學(xué)腔體10和電路板3、主電路板5、模擬電路板7、小燈板14、探測器電路板19、溫濕度傳感器電路板23 ;光學(xué)腔體10內(nèi)部設(shè)置紅外氣體探測器18和紅外光源13 ;光學(xué)腔體10頂部設(shè)置有防水透氣膜15，圓周設(shè)置絕緣套9，光學(xué)腔體10內(nèi)部設(shè)置有溫濕度傳感器24，光學(xué)腔體10底部設(shè)置有加熱用的功率電阻21 ;用于光源驅(qū)動的控制電路在主電路板5，用于信號采集的模擬電路板7和電源板3依次通過第一排線4和第二排線6連接；加熱電阻9焊接在模擬電路板7 ;溫濕度傳感器24焊接在溫濕度傳感器電路板23，溫濕度傳感器電路板23通過連接線22焊接在模擬電路板7 ;紅外光源13的管腳焊接在小燈板14上，小燈板14焊接在模擬電路板7，紅外光源13安裝在拋物線反光罩12 ;拋物線反光罩12安裝在光學(xué)腔體10的光源安裝孔；探測器18安裝在光學(xué)腔體10的探測器安裝孔，探測器18的管腳焊接在探測器電路板19上；從光學(xué)腔體10到電路板3、主電路板5、模擬電路板7到防爆底座2內(nèi)壁的空間全部填充環(huán)氧樹脂25 ;光學(xué)腔體10內(nèi)部有精密設(shè)計的光學(xué)通道，通道上表面設(shè)置有透氣孔；探測器18和光源13呈軸線垂直分布，兩軸線經(jīng)過圓心；光學(xué)腔體10頂部設(shè)置有溫濕度傳感器24，濕度傳感器24表面貼有透氣膜15 ;光學(xué)腔體10內(nèi)壁拋光、鍍金；在有限的空間內(nèi)，采用最大的通光孔徑，增大了探測器18可接收的有效光強；精密設(shè)計的“又”字形光路，有兩個長邊經(jīng)過了圓心，增加了光程，大幅度傳感器靈敏度。探測器18可以采用多通道類型，能探測多種氣體。溫濕度傳感器24的安置，使得加熱去水氣有了數(shù)據(jù)依據(jù)，從而使傳感器精確高效的工作。
[0025]所述傳感器的防爆殼17采用不銹鋼316材質(zhì)，壁厚達3毫米；防爆片16材質(zhì)采用不銹鋼316，采用不銹鋼粉末燒結(jié)工藝，厚度4毫米；防爆底座2材質(zhì)采用不銹鋼316，壁厚3毫米、環(huán)氧樹脂25厚度大于3毫米；防爆殼17外螺紋和防爆底座2內(nèi)螺紋均大于10圈，高于國標(biāo)防爆要求；防爆殼17、防爆片16、防爆底座2和環(huán)氧樹脂25構(gòu)成了傳感器的防爆結(jié)構(gòu)。
[0026]所述光學(xué)腔體10整體式加工，很好的保證了光源13和探測器18相對位置精度，光源13和探測器18分別位置于圓柱腔體的直徑方向，軸線垂直，所述光學(xué)腔體10內(nèi)部的光學(xué)通道呈“又”字形，光路經(jīng)過第一平面鏡11和第二平面鏡兩次反射，最大程度的增加了光程，從而保證了該傳感器的高靈敏度。所述紅外氣體探測器18和所述紅外光源13分別設(shè)置于所述光學(xué)通道的兩端，而且保證光線是沿著探測器18窗口濾光片法線方向，即以O(shè)度入射探測器18，保證了最大的探測率，從而實現(xiàn)了高分辨率。
[0027]所述光學(xué)腔體10外側(cè)設(shè)置有絕緣套9，是一種保溫材料，一方面是起到腔體和防爆外殼之間的絕緣，另一方面保證腔體一直處于溫?zé)釥顟B(tài)，使得腔體溫度比環(huán)境溫度略高，防止水氣冷凝。
[0028]所述光學(xué)腔體10上表面設(shè)置有防水透氣膜15，可以很大程度的隔離水分影響；所述光學(xué)腔體10還設(shè)置有數(shù)字式的溫濕度傳感器24，精確檢測環(huán)境溫濕度。
[0029]所述傳感器內(nèi)部電路板由模擬電路板7、主電路板5和電源板3，還有小燈板14、探測器電路板19和溫濕度傳感器電路板23組成。小燈板14作用在于給光源13提供電源輸入和穩(wěn)定可靠的安裝底座，小燈板14通過環(huán)氧樹脂25與光學(xué)腔體10緊密融合，使得光源13位置穩(wěn)定。探測器電路板19作用是給探測器18供電和信號傳輸，并提供可靠的安裝底座，探測器電路板19通過環(huán)氧樹脂25與光學(xué)腔體10緊密融合，使得探測器18位置穩(wěn)定。溫濕度傳感器24焊接在溫濕度傳感器電路板23上，將檢測到的溫濕度物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，以IIC的通訊方式與主電路板5上的CPU的I/O 口連接。加熱電阻21焊接在模擬電路板7上，是否啟動加熱功能由主電路板5上的CPU根據(jù)環(huán)境溫度與光學(xué)腔體10溫度差來決定。氣體經(jīng)過防爆片16、透氣膜15擴散進入光學(xué)腔體10，在光學(xué)腔體10的光學(xué)通道內(nèi)充分吸收對應(yīng)特征吸收波長處的紅外線，探測器18將探測到的變化傳輸?shù)侥M電路板7，經(jīng)過濾波放大由排線連接到主電路板5上CPU的模擬輸入口。主電路板5上的CPU對信號進行A/D轉(zhuǎn)換、信號處理、查表判斷、信號輸出。電源板3提供所有源器件需要的電壓，電源數(shù)據(jù)線焊接在電源板3上，完成傳感器供電和信號輸出。
[0030]主電路板5上的CPU具備A/D和D/A，USART, IIC和數(shù)字I/O 口，所開發(fā)的軟件提供零點校準(zhǔn)功能、靈敏度校準(zhǔn)功能、清潔空氣相對零點校準(zhǔn)功能、485地址復(fù)位功能。
[0031]上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于:包括光學(xué)結(jié)構(gòu)和防爆結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括光學(xué)腔體(10)，所述光學(xué)腔體(10)內(nèi)部設(shè)置有光學(xué)通道，所述光學(xué)通道為“又”字形光路，兩個長邊經(jīng)過圓心。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于，所述光學(xué)通道表面設(shè)置有透氣孔，光學(xué)通道兩側(cè)設(shè)置有紅外氣體探測器(18)和紅外光源(13)，紅外氣體探測器(18)和紅外光源(13)呈軸線垂直分布，兩軸線經(jīng)過圓心。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于，所述光學(xué)腔體(10)外側(cè)設(shè)置有絕緣套(9)，內(nèi)部設(shè)置有溫濕度傳感器(24)，頂部設(shè)置有防水透氣膜(15)，底部設(shè)置有功率電阻(21)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于，所述防爆結(jié)構(gòu)包括上部的防爆底座(2)、下部的防爆殼(17)及內(nèi)置于光學(xué)腔體(10)下方的防爆片(16)和填充物(25)，防爆底座(2)和防爆殼(17)通過緊定螺釘(8)固定在一起。
5.如權(quán)利要求2所述的一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于，所述紅外光源(13)的管腳焊接在小燈板(14)上，小燈板(14)焊接在模擬電路板(7)，紅外光源(13)安裝在拋物線反光罩(12);拋物線反光罩(12)安裝在光學(xué)腔體(10)的光源安裝孔。
6.如權(quán)利要求2所述的一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于，所述探測器(18)安裝在光學(xué)腔體(10)的探測器安裝孔，探測器(18)的管腳焊接在探測器電路板(19)上。
7.如權(quán)利要求3所述的一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于，所述防水透氣膜(15)周圍設(shè)置有絕緣套(9)。
8.如權(quán)利要求4所述的一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于，所述防爆殼(17)外螺紋和防爆底座(2)內(nèi)螺紋均大于10圈。
9.如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于，所述光學(xué)腔體(10)與防爆底座(2)內(nèi)壁有一空間，該空間充滿填充物(25)。
10.如權(quán)利要求4或9所述的一種高靈敏度多參量防爆型紅外氣體傳感器，其特征在于，所述填充物(25)為環(huán)氧樹脂。
【文檔編號】G01N21/3504GK104165857SQ201410305588
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】張永懷, 楊幫華, 蘇慶俊, 楊玉潔, 張佳楊, 顧萬標(biāo) 申請人:上海申渭電子科技有限公司