微型紅外氣體傳感器的製造方法
2023-05-27 22:40:16
微型紅外氣體傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種微型紅外氣體傳感器，包括光學腔體、信號採集電路板以及分別連接在所述信號採集電路板上的紅外光源和探測器，所述光學腔體的腔壁上設置有光源安裝孔和探測器安裝孔，所述紅外光源安裝在所述光源安裝孔內，所述探測器安裝在所述探測器安裝孔內；所述光學腔體腔面、所述光源圍擋反射面、所述反射曲面和所述接收聚焦反射面構成紅外氣體傳感器的光路，保證長光路的情況下，所述光學腔體儘可能小。該微型紅外氣體傳感器具有結構簡單、裝配方便、外形小巧、光路長的優點。
【專利說明】微型紅外氣體傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬於傳感器【技術領域】，具體的說，涉及了一種微型紅外氣體傳感器。
【背景技術】
[0002]紅外氣體傳感器是運用非色散紅外(NDIR)原理對空氣中存在的目標氣體進行探測。紅外氣體傳感器通常有紅外光源、光學腔體、探測器、信號採集和處理電路四部分組成。通常的紅外氣體傳感器採用紅外光源在光學腔體的一端發射紅外光譜，探測器在光學腔體的另外一端接收紅外光譜的光學結構，紅外光譜發出後，被光學腔體的目標氣體吸收並經光學腔體內壁多次反射後匯聚到探測器上，通過對探測器接收的光譜信號進行分析便得到目標氣體的信息。
[0003]常見的紅外光源和探測器多是圓柱狀，紅外光源和探測器需要和光學腔體結合成一個完整的光路，而且紅外光源和探測器的引腳需要焊接在電路板上，這種現狀造成了光學腔體的設計局限於紅外光源、探測器和電路板的焊接方式。為了降低傳感器整體尺寸，需要減少光學腔體的體積，為了增加紅外氣體傳感器的靈敏度和解析度又需要一個較長的光路。光學腔體的設計，對紅外氣體傳感器的性能、穩定性、靈敏度等因素起著至關重要的影響。隨著科技的進步，紅外氣體傳感器向小型化發展，具有設計工藝簡單、裝配方便的小型光學腔體成為紅外氣體傳感器的發展趨勢。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種具有結構簡單、裝配方便、夕卜形小巧、光路長的微型紅外氣體傳感器。
[0005]為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是:一種微型紅外氣體傳感器，包括光學腔體、信號採集電路板以及分別連接在所述信號採集電路板上的紅外光源和探測器，所述光學腔體的腔壁上設置有光源安裝孔和探測器安裝孔，所述紅外光源安裝在所述光源安裝孔內，所述探測器安裝在所述探測器安裝孔內；
所述光學腔體內設置有光源圍擋反射面、反射曲面和接收聚焦反射面，其中，所述光源圍擋反射面分別對應所述紅外光源、所述反射曲面設置以便將所述紅外光源發出的光會聚並射向所述反射曲面或/和經所述光學腔體內壁多次反射後射向所述反射曲面，所述反射曲面對應所述接收聚焦反射面設置以便將射向所述反射曲面的光會聚並射向所述接收聚焦反射面或/和經所述光學腔體內壁多次反射後射向所述接收聚焦反射面，所述接收聚焦反射面對應所述探測器設置以便將射向所述接收聚焦反射面的光會聚並射向所述探測器。
[0006]基於上述,所述光學腔體由底板和蓋合在所述底板上的上殼體構成，其中，所述光源安裝孔和所述探測器安裝孔設置在所述底板上，所述信號採集電路板設置在所述底板的下部。
[0007]基於上述，所述紅外光源是柱狀光源，其垂直焊接在所述信號採集電路板上。
[0008]基於上述，所述光源圍擋反射面和所述接收聚焦反射面位於所述光學腔體的一端，所述反射曲面設置在所述光學腔體的另一端，所述反射曲面與所述光源圍擋反射面、所述接收聚焦反射面相對。
[0009]基於上述，所述反射曲面為橢圓柱面，所述光反射曲面的兩個焦點分別是所述紅外光源的發光端中心和所述接收聚焦反射面中心；
或者所述反射曲面為球面，所述反射曲面的球心在所述紅外光源的發光端中心與所述接收聚焦反射面中點連線的中垂線上；
或者所述反射曲面為圓柱面，所述反射曲面垂直設置在所述底板上，所述反射曲面的中心在所述紅外光源的發光端中心與所述接收聚焦反射面中點連線的中垂線上。
[0010]基於上述，所述光源圍擋反射面是球面，所述紅外光源的發光端中心是所述光源圍擋反射面的球心；
或者所述光源圍擋反射面是拋物柱面，所述紅外光源的發光端中心是所述光源圍擋反射面的焦點；
或者所述光源圍擋反射面為多個平面和/或曲面的組合，多個所述曲面是球面和/或拋物柱面，所述紅外光源的發光端中心是多個所述曲面的球心和/或焦點。
[0011]基於上述，所述光源圍擋反射面由第一平面、第二拋物柱面、第三平面、第四平面、第五平面、第六拋物柱面和第七平面順序連接而成，所述第一平面和所述第七平面之間設有紅外光源輻射缺口，所述第一平面和所述第七平面之間距離等於所述紅外光源輻射缺口的寬，所述第四平面和所述紅外光源輻射缺口相對，所述第二拋物柱面和所述第六拋物柱面為同一拋物柱面相對稱的兩部分。
[0012]基於上述，所述接收聚焦反射面為拋物柱面，所述探測器的光敏接收區中心是所述接收聚焦反射面的焦點；
或者所述接收聚焦反射面為球面，所述探測器的光敏接收區中心是所述接收聚焦反射面的焦點；
或者所述接收聚焦反射面是平面，所述接收聚焦反射面傾斜向下；
或者所述接收聚焦反射面是多個平面和/或曲面的組合，多個所述曲面為球面和/或拋物柱面，所述探測器的光敏接收區中心是多個所述曲面的焦點。
[0013]基於上述，所述光學腔體設有多個氣體擴散窗口，所述氣體擴散窗口設有防水防塵透氣網。
[0014]本發明相對現有技術具有實質性特點和進步，具體的說，所述光學腔體設有所述光源安裝孔和所述探測器安裝孔，所述紅外光源和所述探測器分別與所述信號採集電路板連接，極大的方便了所述紅外光源、所述探測器和所述信號採集電路板的裝配以及所述紅外光源、所述探測器和所述光學腔體的配合。進一步說，所述光源圍擋反射面、所述反射曲面、所述接收聚焦反射面與所述光學腔體內壁構成氣體傳感器的光路，保證長光路的情況下，所述光學腔體儘可能小。其具有結構簡單、裝配方便、外形小巧、光路長的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的俯視結構示意圖。
[0016]圖2是本發明的剖視圖1。
[0017]圖3是本發明的剖視圖2。
[0018]圖4是本發明的拆分圖。
[0019]圖中:1.紅外光源，2.探測器，3.信號採集電路板，4.光源安裝孔，5.探測器安裝孔，6.底板，7.上殼體，71.氣體擴散孔，81.光源圍擋反射面，82.反射曲面，83接收聚焦反射面，84紅外光源輻射缺口。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0021]如圖1和圖2所示，一種微型紅外氣體傳感器，包括光學腔體、信號採集電路板3以及分別連接在所述信號採集電路板上的紅外光源I和探測器2，所述光學腔體的腔壁上設置有光源安裝孔4和探測器安裝孔5，所述紅外光源I安裝在所述光源安裝孔內4，所述探測器2安裝在所述探測器安裝孔5內。所述光學腔體腔壁上設有所述光源安裝孔4和所述探測器安裝孔5，並且所述紅外光源1、所述探測器2的連接在所述信號採集電路板上，極大的方便了所述紅外光源1、所述探測器2和所述信號採集電路板3的裝配以及所述紅外光源1、所述探測器2和所述光學腔體的配合。
[0022]所述光學腔體內設置有光源圍擋反射面81、反射曲面82和接收聚焦反射面83，其中，所述光源圍擋反射面81分別對應所述紅外光源1、所述反射曲面82設置以便將所述紅外光源I發出的光會聚並射向所述反射曲面82和經所述光學腔體內壁多次反射後射向所述反射曲面82，所述反射曲面82對應所述接收聚焦反射面83設置以便將射向所述反射曲面82的光會聚並射向所述接收聚焦反射面83和經所述光學腔體內壁多次反射後射向所述接收聚焦反射面83，所述接收聚焦反射面83對應所述探測器2設置以便將射向所述接收聚焦反射面83的光會聚並射向所述探測器2。
[0023]所述光源圍擋反射面81和所述接收聚焦反射面83位於所述光學腔體的一端，所述反射曲面82設置在所述光學腔體的另一端，所述反射曲面82與所述光源圍擋反射面81、所述接收聚焦反射面83相對。所述紅外光源I輻射出的大部分光線經所述光源圍擋反射面81反射聚集到所述反射曲面82上，再被所述反射曲面82反射到所述接收聚焦反射面83上，最終被所述接收聚焦反射面83反射到所述探測器3的光敏接收區；少部分光線經所述光學腔體的內壁多次反射直接到所述探測器3的光敏接收區或經多次反射最終被所述接收聚焦反射面83反射到所述探測器3的光敏接收區，保證長光路的情況下，所述光學腔體儘可能小。
[0024]所述光學腔體由底板6和蓋合在所述底板6上的上殼體7構成,其中,所述光源安裝孔4和所述探測器安裝孔5設置在所述底板6上，所述信號採集電路板3設置在所述底板6的下部。
[0025]本發明提供了一種具體的實施方式，所述紅外光源I是柱狀光源，其垂直焊接在所述信號採集電路板3上。
[0026]所述反射曲面82為圓柱面，所述反射曲面82垂直設置在所述底板6上，所述反射曲面82的中心在所述紅外光源I的發光端中心與所述接收聚焦反射面83中點連線的中垂線上。
[0027]在其他實施例中所述反射曲面可設置為橢圓柱面，所述光反射曲面的兩個焦點分別是所述紅外光源的發光端中心和所述接收聚焦反射面中心。或者所述反射曲面設置為球面，所述反射曲面的球心在所述紅外光源的發光端中心與所述接收聚焦反射面中點連線的中垂線上。
[0028]所述反射曲面無論是橢圓柱面還是球面，或是圓柱面，其作用是將所述紅外光源輻射出的大部分光線反射匯聚到所述接收聚焦反射面上。
[0029]所述光源圍擋反射面81為多個平面和曲面的組合，多個所述曲面是拋物柱面，所述紅外光源的發光端中心是多個所述曲面的焦點。
[0030]本發明提供了一種具體的結構，所述光源圍擋反射面81由第一平面、第二拋物柱面、第三平面、第四平面、第五平面、第六拋物柱面和第七平面順序連接而成，所述第一平面和所述第七平面之間設有紅外光源輻射缺口 84，所述第一平面和所述第七平面之間距離等於所述紅外光源輻射缺口 84的寬，所述第四平面和所述紅外光源輻射缺口 84相對，所述第二拋物柱面和所述第六拋物柱面為同一拋物柱面相對稱的兩部分。
[0031]在其他實施例中所述光源圍擋反射面可設置為球面，所述紅外光源的發光端中心是所述光源圍擋反射面的球心。或者所述光源圍擋反射面設置為拋物柱面，所述紅外光源的發光端中心是所述光源圍擋反射面的焦點。
[0032]所述光源圍擋反射面無論是球面，拋物柱面，或是多個平面和曲面的組合，其作用是將所述紅外光源I輻射出的光線反射到匯聚到所述紅外光源輻射缺口 84，直接射向所述反射曲面82或經所述光學腔體內壁多次反射後射向所述反射曲面82，並防止所述紅外光源I輻射出的光線直接照射到所述探測器2上。
[0033]所述接收聚焦反射面83是平面,所述接收聚焦反射面83傾斜向下。
[0034]在其他實施例中所述接收聚焦反射面可設置為球面，所述探測器的光敏接收區中心是所述接收聚焦反射面的焦點；或者所述接收聚焦反射面為拋物柱面，所述探測器2的光敏接收區中心是所述接收聚焦反射面的焦點；或者所述接收聚焦反射面是多個平面和曲面的組合，多個所述曲面為拋物柱面，所述探測器2的光敏接收區中心是多個所述曲面的焦點。
[0035]所述接收聚焦反射面無論是球面，拋物柱面，還是平面，或是多個面的組合，其作用是將經所述反射曲面82反射到所述接收聚焦反射面或者經所述光學腔體內壁多次反射後射向接收聚焦反射面的光線聚焦到所述探測器2的光敏接收區。
[0036]所述光學腔體設有多個氣體擴散窗口 71,方便所述光學腔體內外氣體交換。所述氣體擴散窗口 71設有防水防塵透氣網。防止水、灰塵進入所述光學腔體附著在其內壁，影響光線反射效果。
[0037]最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。
【權利要求】
1.一種微型紅外氣體傳感器，包括光學腔體、信號採集電路板以及分別連接在所述信號採集電路板上的紅外光源和探測器，其特徵在於:所述光學腔體的腔壁上設置有光源安裝孔和探測器安裝孔，所述紅外光源安裝在所述光源安裝孔內，所述探測器安裝在所述探測器安裝孔內； 所述光學腔體內設置有光源圍擋反射面、反射曲面和接收聚焦反射面，其中，所述光源圍擋反射面分別對應所述紅外光源、所述反射曲面設置以便將所述紅外光源發出的光會聚並射向所述反射曲面或/和經所述光學腔體內壁多次反射後射向所述反射曲面，所述反射曲面對應所述接收聚焦反射面設置以便將射向所述反射曲面的光會聚並射向所述接收聚焦反射面或/和經所述光學腔體內壁多次反射後射向所述接收聚焦反射面，所述接收聚焦反射面對應所述探測器設置以便將射向所述接收聚焦反射面的光會聚並射向所述探測器。
2.根據權利要求1所述的微型紅外氣體傳感器，其特徵在於:所述光學腔體由底板和蓋合在所述底板上的上殼體構成，其中，所述光源安裝孔和所述探測器安裝孔設置在所述底板上，所述信號採集電路板設置在所述底板的下部。
3.根據權利要求1或2所述的微型紅外氣體傳感器，其特徵在於:所述紅外光源是柱狀光源，其垂直焊接在所述信號採集電路板上。
4.根據權利要求1所述的微型紅外氣體傳感器，其特徵在於:所述光源圍擋反射面和所述接收聚焦反射面位於所述光學腔體的一端，所述反射曲面設置在所述光學腔體的另一端，所述反射曲面與所述光源圍擋反射面、所述接收聚焦反射面相對。
5.根據權利要求4所述的微型紅外氣體傳感器，其特徵在於:所述反射曲面為橢圓柱面，所述光反射曲面的兩個焦點分別是所述紅外光源的發光端中心和所述接收聚焦反射面中心； 或者所述反射曲面為球面，所述反射曲面的球心在所述紅外光源的發光端中心與所述接收聚焦反射面中點連線的中垂線上； 或者所述反射曲面為圓柱面，所述反射曲面垂直設置在所述底板上，所述反射曲面的中心在所述紅外光源的發光端中心與所述接收聚焦反射面中點連線的中垂線上。
6.根據權利要求4所述的微型紅外氣體傳感器，其特徵在於:所述光源圍擋反射面是球面，所述紅外光源的發光端中心是所述光源圍擋反射面的球心； 或者所述光源圍擋反射面是拋物柱面，所述紅外光源的發光端中心是所述光源圍擋反射面的焦點； 或者所述光源圍擋反射面為多個平面和/或曲面的組合，多個所述曲面是球面和/或拋物柱面，所述紅外光源的發光端中心是多個所述曲面的球心和/或焦點。
7.根據權利要求6所述的微型紅外氣體傳感器，其特徵在於:所述光源圍擋反射面由第一平面、第二拋物柱面、第三平面、第四平面、第五平面、第六拋物柱面和第七平面順序連接而成，所述第一平面和所述第七平面之間設有紅外光源輻射缺口，所述第一平面和所述第七平面之間距離等於所述紅外光源輻射缺口的寬，所述第四平面與所述紅外光源輻射缺口相對，所述第二拋物柱面和所述第六拋物柱面為同一拋物柱面相對稱的兩部分。
8.根據權利要求4所述的微型紅外氣體傳感器，其特徵在於:所述接收聚焦反射面為拋物柱面，所述探測器的光敏接收區中心是所述接收聚焦反射面的焦點； 或者所述接收聚焦反射面為球面，所述探測器的光敏接收區中心是所述接收聚焦反射面的焦點； 或者所述接收聚焦反射面是平面，所述接收聚焦反射面傾斜向下； 或者所述接收聚焦反射面是多個平面和/或曲面的組合，多個所述曲面為拋物柱面，所述探測器的光敏接收區中心是多個所述曲面的焦點。
9.根據權利要求1所述的微型紅外氣體傳感器，其特徵在於:所述光學腔體設有多個氣體擴散窗口，所述氣體擴散窗口設有防水防塵透氣網。
【文檔編號】G01N21/3504GK104280358SQ201410450908
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】王書潛, 侯宗合, 楊清永, 王書升, 鄭國鋒 申請人:河南漢威電子股份有限公司