[发明专利]一种小尺寸NDIR型气体传感器的光学结构

说明书

技术领域

本发明涉及NDIR型气体传感器技术领域，尤其是一种小尺寸NDIR 型气体传感器的光学结构。

 

背景技术

气体传感器在室外环境质量、室内空气质量、有毒气体检测等各方面已经广泛应用，目前，主流的气体传感器有半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器和红外吸收气体传感器等几种。其中红外吸收气体传感器有最好的性能参数，包括灵敏度、可靠性、精确度、抗干扰、选择性、校准周期、使用寿命等性能都是最好的。

NDIR型气体传感器的原理为：在红外光范围内，大多数气体都会在一定的波段带内对红外光有吸收作用，正是利用这种吸收作用来检测特定气体浓度，一般由光源、光学结构（气室）、探测器（含滤波片）三部分构成。光源辐射出红外光，经过气室中待测气体的吸收，到达探测器的能量会减小，通过探测器探测其减小程度，由比尔-朗伯特定律来给出气体浓度，比尔-朗伯特定律的计算公式如下：

其中，I₀为光源辐射的光强；I为光通过吸收气体吸收后的光强；c为吸收气体的浓度；L为光通过吸收气体的路径长度；α为气体对红外光的吸收率。由以上原理可知，要使该种气体传感器达到一定性能要求，需要使光路满足一定长度，这将会增加整体的尺寸，因此，尺寸太大是这种气体传感器的一个重要不足，同时其造价也是最昂贵的。另外，虽然它的校准周期是最长的，但这种气体传感器批量生产时差异性很大，严重影响其大规模使用。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种尺寸小、成本低、便于实现批量生产的小尺寸NDIR 型气体传感器的光学结构。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种小尺寸NDIR 型气体传感器的光学结构，包括相对布置的上部本体和下部本体，其上均设置反射凹槽,两相邻反射凹槽之间设置隔板，上部本体的反射凹槽的中心位置处对应下部本体的隔板位置处，下部本体的反射凹槽的中心位置处对应上部本体的隔板位置处，光源、探测器分别布置在上部本体和下部本体的边角处，上部本体和下部本体共同围成由光源到探测器的光学路径。

所述上部本体朝向下部本体的一侧呈凹形，在该凹形内部沿横向自上而下布置平板，平板和隔板垂直交叉布置，反射凹槽位于平板和隔板所围成的区域内，反射凹槽的底面呈半圆状或抛物面状；上部本体的左、右侧侧板内壁上均自上而下设置反射斜板，反射斜板呈八字状布置，探测器与光源呈对角线分别布置在上部本体的边角处，平板、反射斜板共同围成由光源到探测器的光学路径。

所述下部本体朝向上部本体的一侧呈凹形，在该凹形内部沿横向自上而下布置平板，平板和隔板垂直交叉布置，反射凹槽位于平板和隔板所围成的区域内，反射凹槽的底面呈半圆状或抛物面状；下部本体的左、右侧侧板内壁上均自上而下设置反射斜板，反射斜板呈八字状布置，探测器与光源呈对角线分别布置在下部本体的边角处，平板、反射斜板共同围成由光源到探测器的光学路径。

每三个所述平板的端部布置一个反射斜板，上部本体的反射斜板位置处对应下部本体的反射斜板位置处。

所述上部本体的左、右两侧侧板上开设用于空气对流的气孔。

每三个所述平板的端部布置一个反射斜板，下部本体的反射斜板位置处对应上部本体的反射斜板位置处。

所述下部本体的左、右两侧侧板上开设用于空气对流的气孔。

由上述技术方案可知，本发明的气室结构由上部本体和下部本体两部分构成，其上含有很多交叉的反射凹槽和用于来回多次反射的反射斜板，其中反射凹槽除了能增加光路长度，还有聚焦和增加反射角度的作用，从而减小能量损失，提高光线利用率；来回多次反射主要用于提高光路长度来减小尺寸。本发明由于优化结构从而减小了尺寸，用微组装来实现也能使其整体尺寸在1cm×1cm。另外，因为是小尺寸器件，所以可以使用MEMS工艺进行制作，可使此类传感器大大降低成本，同时MEMS工艺可以做到降低产品个体差异性，从而达到批量生产的目的。

 

附图说明

图1为本发明中上部本体的结构示意图；

图2为本发明的侧视截面图；

图3为本发明在1瓦的光源辐射光线下探测器探测的能量分布示意图。

 

具体实施方式