[发明专利]一种高稳定的小型红外气体传感器及制作、实现方法

说明书

本发明公开了传感器技术领域中的一种高稳定的小型红外气体传感器，其包括传感器基座及螺旋型气室，传感器基座上设有红外光源和双通道探测器，红外光源发出的红外光经由螺旋型气室的反射后射入双通道探测器处；该制作工艺包括前期准备、固定两个反光角、形成螺旋型气室、固定红外光源和双通道探测器等过程，其实现过程中，双通道探测器的两个探测通道分别探测被待测气体吸收后的红外光信号和没有被待测气体吸收过的红外光信号，并各自转换为电信号后输出，然后做差分运算得到待测气体的浓度。本发明克服了现有红外传感器小型化制备难度大的问题，能充分实现内部结构的小型化设计，有效提高光能利用率。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体的说，是涉及一种高稳定的小型红外气体传感器及制作、实现方法。

背景技术

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。因气体分子固有的振动、转动频率对特定波长的红外光信号具有吸收作用，且光吸收强度与气体分子浓度呈正相关。因此，通过探测与气体分子相互作用的特定波长的光信号功率变化，即可实现对特定气体浓度的精确检测。红外光学气体传感器具有响应快、测量精度高、抗干扰能力强等特点，且不会出现有害气体中毒、老化等现象，使用寿命长，因此得到了广泛的应用。

根据朗伯比尔定律，气体的有效吸收光程对传感器的灵敏度起着至关重要作用，气体的有效吸收光程越长，传感器的精度越高。基于此，红外气体传感器为了通过增长光程来获得比较高传感精度，导致传感器的体积都很大。近年来，随着现代社会的发展和科技的不断进步，气体传感器逐步向小型化、微型化、便携式方向发展。因此，小型化红外气体传感器已成为未来发展趋势之一。

当前，实现红外气体传感器小型化的方法主要包括折叠腔结构和空芯光纤结构两种。其中，折叠腔结构使光在多个腔镜之间反射以增加光程，但是该结构需要精密调节腔镜的位置，安装调试难度大，生产成本高，难以适合批量化生产。空芯光纤结构采用特种光纤使光在空芯波导内传输与气体相互作用，具有良好的稳定性，但是需要配套的光纤耦合装置、气体注入装置、光探测装置，同样导致传感器体积庞大。因此，实现红外传感器的小型化是当前红外气体传感器领域的研究难点之一。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种高稳定的小型红外气体传感器及制作、实现方法，在保持传感器较长光程的基础上，采用螺旋形气室结构实现红外传感器的小型化，并有效提高光能利用率；且将光源、光路气室、探测器集成化，有效降低传感器结构尺寸与制作工艺难度，适合批量化生产。

本发明技术方案如下所述：

一种高稳定的小型红外气体传感器，包括传感器基座及位于所述传感器基座上侧的气室，其特征在于，所述传感器基座上设有红外光源和双通道探测器，

所述气室为螺旋型气室，所述红外光源位于所述螺旋型气室的通道的外端，所述双通道探测器位于所述螺旋型气室的内圈，所述红外光源发出的红外光经由所述螺旋型气室的反射后射入所述双通道探测器处。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述双通道探测器上设有测量通道和参考通道，所述测量通道用于探测与待测气体吸收光谱相同的红外光信号，所述参考通道用于探测不被待测气体吸收的红外光信号。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述螺旋型气室包括反射壁、气室顶盖及气室底座，所述反射壁的上端固定于所述气室顶盖上，所述反射壁的下端固定于所述气室底座上。

进一步的，所述气室顶盖的下表面、所述气室底座的上表面、反射壁的内外反光面均涂覆有反光层。

进一步的，所述气室顶盖上设有与所述反射壁形状一致的顶盖螺旋槽，所述反射壁的上端固定于所述顶盖螺旋槽内；所述气室底座上设有与所述反射壁形状一致的底座螺旋槽，所述反射壁的下端固定于所述底座螺旋槽内。

更进一步的，所述顶盖螺旋槽上下贯穿所述气室顶盖，待测气体通过所述顶盖螺旋槽进入所述螺旋型气室内。