一种气体浓度红外传感器的制作方法

1.本发明属于气体检测技术领域，具体提供了一种气体浓度红外传感器。


背景技术：

2.ndir气体传感器基于非色散红外吸收原理，当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗伯-比尔(lambert－beer)吸收定律，由于分子之间的振动，气体分子在红外波段具有不同的、特定的原子吸收波长，因此能够通过测量特定波长下光学能量的吸收来探测气体浓度。
3.发明人在先专利申请cn202320487495.x中，在基座处设置安装槽，在安装槽中设置多个反射件，反射件处于安装槽的内侧壁处且远离顶部的端盖结构，红外光线发射器发射的红外光在多个反射件之间依次反射，然后红外光线进入红外探测器；在红外光沿着光路传递时，其穿过安装槽内的气体，通过测量红外光的损耗，来获得安装槽中的气体浓度。上述技术方案中，红外光线的传递光路基本平行于电路板以及基座处的端盖，即端盖不参与形成红外光的反射，使得端盖处的进气孔不需要考虑避让光路，便于增加进气孔的数量以及尺寸。
4.发明人认为，上述方案有利于减少红外传感器在垂直电路板方向(即基座轴向)的长度，但是不利于减少红外传感器沿周向的外径尺寸，反射件本身在安装槽的内壁处需要占据一定的体积，布置的反射件数量较小时会造成光路长度不足；布置的反射件数量较多时，需要的安装槽容积变大，使得基座以及红外传感器的周向尺寸过大。即该方案不便于实现气体浓度红外传感器沿垂直电路板方向的轴向尺寸以及周向尺寸的平衡。
5.另外，上述技术方案中，虽然在红外传感器的端盖处设置有进气孔，该进气孔用于连通安装槽和外部环境，但是该进气孔的尺寸及数量设计存在问题；具体的，当进气孔的尺寸较小时进气慢，但是进气孔能够避免杂物及灰尘进入安装槽中，但是进气慢的特点使得红外传感器的反应较慢不能快速实现测量；当进气孔的尺寸较大时，虽然进气快并能够快速测量，但是对于内部电气元件的保护性较差。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种气体浓度红外传感器，以至少解决上述技术问题之一。
7.为了解决现有技术中的上述问题，本发明的一个或多个实施例提供一种气体浓度红外传感器，包括筒体和电路板，筒体的两端开口，电路板设于筒体中，电路板将筒体沿轴向分隔成第一空间和第二空间，第一空间中设有红外光发射组件，第二空间中设有红外探测组件；第一空间中设有第一反射组件，第一反射组件包括多个设于筒体内壁的第一反射件；第二空间中设有第二反射组件，第二反射组件包括多个设于筒体内壁的第二反射件，电路板的边缘具有缺口，缺口连通第一空间和第二空间，缺口位置设有第三反射组件，第三反射组件包括多个第三反射件；多个第一反射件能够接收红外光发射组件发射的红外光，并将红外光在第一空间中依次反射后传递至第三反射件，第三反射组件能够将红外光传递至
第二反射组件，多个第二反射件能够依次反射红外光，并将红外光传递至红外探测组件。
8.进一步的，筒体的两端分别套设有端帽，端帽包括套设在筒体外部的圆筒以及圆筒端部的端盖，端盖处具有进气孔；圆筒能够沿筒体的轴向往复运动至压缩状态和扩张状态；当处于压缩状态时，端盖与电路板的距离为d1；当处于扩张状态时，端盖与电路板的距离为d2，d1《d2。
9.进一步的，两个圆筒之间安装有弹性复位件，弹性复位件能够在圆筒朝向电路板运动以到达压缩状态时积蓄弹性势能，并在圆筒朝向远离电路板运动与到达扩张状态时释放弹性势能。
10.进一步的，弹性复位件包括弹簧，当圆筒处于扩张状态时，弹簧不具有弹力；当圆筒处于压缩状态时，弹簧受积蓄弹性势能。
11.进一步的，筒体包括刚性部和分别设于刚性部两端的弹性部，弹性部远离刚性部的一端具有端盖，端盖处具有进气孔，刚性部中设有第一反射组件、第二反射组件和电路板。
12.进一步的，第一反射组件的第一反射件分为凹面镜和平面镜，第二反射组件包括凹面镜和平面镜，第三反射件为平面镜。
13.进一步的，第一反射组件包括沿光路依次设置且反射面与电路板垂直的至少一个第一凹面镜和多个第一平面镜，处于光路最末端的一个第一平面镜用于将平行于电路板的红外光线传递至第三反射组件。
14.进一步的，第三反射组件包括处于第一空间的第二平面镜和处于第二空间的第三平面镜，第二平面镜和第三平面镜分别朝向电路板且与电路板的夹角均为45度，第二平面镜能够接收第一反射组件反射的平行于电路板的红外线，并将红外线沿垂直电路板的方向朝第三平面镜传递，第三平面镜能够接收垂直电路板方向的红外光，并将红外光沿水平方向传递至第二反射组件。
15.进一步的，第二反射组件包括沿光路依次设置且反射面与电路板垂直的多个第四平面镜以及至少一个第二凹面镜，第二凹面镜将红外光反射至红外探测组件。
16.进一步的，第一反射件、第二反射件和第三反射件由筒体的内壁面朝向筒体内腔的凸起与凹面形成，凸起与凹面处涂覆有反光涂层以形成反光面。
17.以上一个或多个技术方案的有益效果：
18.本方案中在将反射件设置于筒体内壁面的情况下，使得红外光线在筒体内部的反射基本平行于电路板；相对于红外光线在电路板与端盖之间反射的方式来说，能够极大的减少红外传感器沿垂直电路板方向的尺寸；在采用反射件设于筒体内壁面的情况下，为了避免在筒体处设置过多反射件造成筒体周向尺寸多大，将第一反射组件和第二反射组件分层布置，采用第三反射组件形成完整的光路；相对于采用单层的反射组件来说，在没有大幅度增加红外传感器沿垂直电路板方向尺寸的情况下，有效地降低了红外传感器的周向尺寸；即实现了红外传感器沿垂直电路板方向和沿周向尺寸的平衡；有利于实现红外传感器的小型化设计。
19.本方案中，当端盖由靠近电路板的方向朝远离电路板之间的方向运动时，端盖、圆筒、筒体和电路板之间围合形成的气室的尺寸会变大，气压变小，进而内外气压差的情况下，外界空气迅速进入气室中，使得红外传感器能够快速测量气体的浓度，进而进气速度不
再依赖于进气孔的尺寸及数量设置。
20.本方案中设置弹性复位件，该弹性复位件在圆筒运动到压缩状态时积蓄弹性势能，并能够在圆筒到达扩张状态时释放弹性势能；这种设置方式便于减少圆筒及端盖沿筒体轴向往复移动的难度。
21.本方案中筒体包括刚性部和弹性部，弹性部具有端盖，即筒体处弹性部、刚性部、端盖及电路板围合成气室，通过按压弹性部能够改变气室的体积，进而便于利用气室容积从小到大过程中气压发生变化的特性，外界气体气压差的作用下进入气室，便于实现气体浓度的快速测量。
22.本方案中，第一反射件、第二发射件和第三反射件均由筒体的内壁面朝向筒体内腔的凸起与凹面形成，这种设置方式省略了第一反射件、第二反射件和第三反射件的安装过程，避免了各反射件安装位置存在误差造成的测量精度下降问题，便于实现红外传感器小型化设计。
附图说明
23.下面参照附图来描述本技术的部分实施例，附图中：
24.图1是本发明实施例中第一空间处设置第一反射组件等结构的示意图；
25.图2是本发明实施例中第二空间处设置第二反射组件等结构的示意图；
26.图3是本发明实施例中筒体两端设置端帽的结构示意图。
27.图4是本发明实施例中筒体两端具有弹性部的结构示意图。
28.附图标记列表：1、筒体；2、二级平面镜；3、电路板；4、三级平面镜；5.缺口；6、一级平面镜；7、红外光发射组件；8、一级凹面镜；9、四级平面镜；10、五级平面镜；11、二级凹面镜；12、红外探测组件；13、六级平面镜；14、圆筒；1401、进气孔；101、弹簧；102、刚性部；103、弹性部。
具体实施方式
29.本领域技术人员应当理解的是，下文所描述的实施例仅仅是本技术的优选实施例，该优选实施例仅仅是用于解释本技术的技术原理，并非用于限制本技术的保护范围。
30.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“顶部”“底部”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.此外，还需要说明的是，在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.如图1-图4所示，一种气体浓度红外传感器，包括筒体1和电路板3，筒体1的两端开口，电路板3设于筒体1中，电路板3将筒体1沿轴向分隔成第一空间和第二空间，第一空间中
设有红外光发射组件7，第二空间中设有红外探测组件12；第一空间中设有第一反射组件，第一反射组件包括多个设于筒体1内壁的第一反射件；第二空间中设有第二反射组件，第二反射组件包括多个设于筒体1内壁的第二反射件，电路板3的边缘具有缺口5，缺口5连通第一空间和第二空间，缺口5位置设有第三反射组件，第三反射组件包括多个第三反射件；
33.多个第一反射件能够接收红外光发射组件7发射的红外光，并将红外光在第一空间中依次反射后传递至第三反射件，第三反射组件能够将红外光传递至第二反射组件，多个第二反射件能够依次反射红外光，并将红外光传递至红外探测组件12。
34.本实施例中，筒体1的两端分别套设有端帽，端帽包括套设在筒体1外部的圆筒14以及圆筒14端部的端盖，端盖处具有进气孔1401；圆筒14能够沿筒体1的轴向往复运动至压缩状态和扩张状态；当处于压缩状态时，端盖与电路板3的距离为d1；当处于扩张状态时，端盖与电路板3的距离为d2，d1《d2。
35.具体的，端帽及筒体1以及电路板3在第一空间和第二空间处分别围合成一个气室。
36.本实施例中，两个圆筒14之间安装有弹性复位件，弹性复位件能够在圆筒14朝向电路板3运动以到达压缩状态时积蓄弹性势能，并在圆筒14朝向远离电路板3运动与到达扩张状态时释放弹性势能。
37.本实施例中，弹性复位件包括弹簧101，当圆筒14处于扩张状态时，弹簧101不具有弹力；当圆筒14处于压缩状态时，弹簧101受积蓄弹性势能。
38.本实施例中，筒体1包括刚性部102和分别设于刚性部102两端的弹性部103，弹性部103远离刚性部102的一端具有端盖，端盖处具有进气孔1401，刚性部102中设有第一反射组件、第二反射组件和电路板3。
39.具体的，端盖及筒体1以及电路板3在第一空间和第二空间处分别围合成一个气室。
40.本实施例中，第一反射组件的第一反射件分为凹面镜和平面镜，第二反射组件包括凹面镜和平面镜，第三反射件为平面镜。
41.本实施例中，第一反射组件包括沿光路依次设置且反射面与电路板3垂直的至少一个第一凹面镜和多个第一平面镜，处于光路最末端的一个第一平面镜用于将平行于电路板3的红外光线传递至第三反射组件。
42.作为一种具体的结构形式，如图1所示，第一反射组件包括一个第一凹面镜(即为图示的一级凹面镜8)，第一反射组件还包括两个第一平面镜(即为图示的一级平面镜66和二级平面镜2)；红外光发射组件7发射的红外光能够射向一级凹面镜8，然后一级凹面镜8将发散光汇聚后射向一级平面镜66，一级平面镜66将红外光线射向二级平面镜2，二级平面镜2将光线射向第三反射组件。
43.本实施例中，第三反射组件包括处于第一空间的第二平面镜和处于第二空间的第三平面镜，第二平面镜和第三平面镜分别朝向电路板3且与电路板3的夹角均为45度，第二平面镜能够接收第一反射组件反射的平行于电路板3的红外线，并将红外线沿垂直电路板3的方向朝第三平面镜传递，第三平面镜能够接收垂直电路板3方向的红外光，并将红外光沿水平方向传递至第二反射组件。
44.具体的，此处的第二平面镜即为图示的三级平面镜4，第三平面镜即为图示的四级
平面镜9。三级平面镜4和四级平面镜9相对设置，且三级平面镜4和四级平面镜9朝向电路板3方向的投影落入电路板3中缺口5的外轮廓内。三级平面镜4能够接收二级平面镜2的红外光线并将光线反射至四级平面镜9，四级平面镜9将红外光线反射至第三反射组件。
45.本实施例中，第二反射组件包括沿光路依次设置且反射面与电路板3垂直的多个第四平面镜以及至少一个第二凹面镜，第二凹面镜将红外光反射至红外探测组件12。
46.作为一种具体的结构形式，第四平面镜的数量为两个，即为五级平面镜10和六级平面镜13，第二凹面镜的数量为一个，即为二级凹面镜11。
47.此时五级平面镜10接收四级平面镜9传递的红外光线，然后将该红外光线反射至六级平面镜13，六级平面镜13将红外光线反射至二级凹面镜11，二级凹面镜11将红外光线汇聚后传递至红外探测组件12，红外探测组件12接收经过多次反射的红外光线。
48.本实施例中，第一反射件、第二反射件和第三反射件由筒体1的内壁面朝向筒体1内腔的凸起与凹面形成，凸起与凹面处涂覆有反光涂层以形成反光面。
49.工作原理：
50.当使用本装置时，通过按压端盖来缩小气室的体积，放松按压端盖之后，气室变大且气室内气压变小，外界气体在大气压的作用下快速进入气室；重合多次按压以及放松端盖的过程后，气室内气体与外界环境中气体的组分基本相同。
51.启动红外光发射组件7，红外光穿过气室中的气体，红外光经过多次反射后进入红外探测组件12，红外探测组件12通过检测红外光线的损耗来获得气体浓度数值。
52.至此，已经结合前文的优选实施例描述了本技术的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本技术的保护范围并不仅限于上述优选实施例。在不偏离本技术技术原理的前提下，本领域技术人员可以对上述优选实施例中的技术方案进行拆分和组合，也可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，凡在本技术的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种气体浓度红外传感器，其特征在于，包括筒体，其两端开口；电路板，其设于筒体中，所述电路板将筒体沿轴向分隔成第一空间和第二空间，所述第一空间中设有红外光发射组件，第二空间中设有红外探测组件；所述第一空间中设有第一反射组件，所述第一反射组件包括多个设于所述筒体内壁的第一反射件；所述第二空间中设有第二反射组件，所述第二反射组件包括多个设于所述筒体内壁的第二反射件，所述电路板的边缘具有缺口，所述缺口连通第一空间和第二空间，所述缺口位置设有第三反射组件，所述第三反射组件包括多个第三反射件；所述多个第一反射件能够接收所述红外光发射组件发射的红外光，并将红外光在第一空间中依次反射后传递至第三反射件，所述第三反射组件能够将红外光传递至第二反射组件，多个所述第二反射件能够依次反射所述红外光，并将红外光传递至红外探测组件。2.根据权利要求1所述的气体浓度红外传感器，其特征在于，所述筒体的两端分别套设有端帽，所述端帽包括套设在筒体外部的圆筒以及圆筒端部的端盖，所述端盖处具有进气孔；所述圆筒能够沿筒体的轴向往复运动至压缩状态和扩张状态；当处于压缩状态时，所述端盖与电路板的距离为d1；当处于扩张状态时，所述端盖与电路板的距离为d2，d1<d2。3.根据权利要求2所述的气体浓度红外传感器，其特征在于，两个圆筒之间安装有弹性复位件，所述弹性复位件能够在所述圆筒朝向电路板运动以到达压缩状态时积蓄弹性势能，并在所述圆筒朝向远离所述电路板运动与到达扩张状态时释放弹性势能。4.根据权利要求3所述的气体浓度红外传感器，其特征在于，所述弹性复位件包括弹簧，当所述圆筒处于所述扩张状态时，所述弹簧不具有弹力；当所述圆筒处于压缩状态时，所述弹簧受积蓄弹性势能。5.根据权利要求1所述的气体浓度红外传感器，其特征在于，所述筒体包括刚性部和分别设于刚性部两端的弹性部，所述弹性部远离所述刚性部的一端具有端盖，所述端盖处具有进气孔，所述刚性部中设有所述第一反射组件、第二反射组件和电路板。6.根据权利要求1所述的气体浓度红外传感器，其特征在于，所述第一反射组件的第一反射件分为凹面镜和平面镜，所述第二反射组件包括凹面镜和平面镜，所述第三反射件为平面镜。7.根据权利要求1或6所述的气体浓度红外传感器，其特征在于，所述第一反射组件包括沿光路依次设置且反射面与电路板垂直的至少一个第一凹面镜和多个第一平面镜，处于光路最末端的一个第一平面镜用于将平行于电路板的红外光线传递至第三反射组件。8.根据权利要求1或6所述的气体浓度红外传感器，其特征在于，所述第三反射组件包括处于第一空间的第二平面镜和处于第二空间的第三平面镜，所述第二平面镜和第三平面镜分别朝向所述电路板且与电路板的夹角均为45度，所述第二平面镜能够接收第一反射组件反射的平行于电路板的红外线，并将红外线沿垂直电路板的方向朝第三平面镜传递，所述第三平面镜能够接收垂直电路板方向的红外光，并将红外光沿水平方向传递至第二反射组件。9.根据权利要求1或6所述的气体浓度红外传感器，其特征在于，所述第二反射组件包括沿光路依次设置且反射面与电路板垂直的多个第四平面镜以及至少一个第二凹面镜，第
二凹面镜将红外光反射至红外探测组件。10.根据权利要求1所述的气体浓度红外传感器，其特征在于，所述第一反射件、第二反射件和第三反射件由筒体的内壁面朝向所述筒体内腔的凸起与凹面形成，所述凸起与凹面处涂覆有反光涂层以形成反光面。

技术总结
本发明属于气体检测技术领域，具体提供了一种气体浓度红外传感器，包括筒体和电路板，电路板设于筒体中，电路板将筒体分隔成第一空间和第二空间，第一空间中设有红外光发射组件，第二空间中设有红外探测组件；第一空间中设有第一反射组件，第二空间中设有第二反射组件，电路板的边缘具有缺口，缺口连通第一空间和第二空间，缺口位置设有第三反射组件；所述红外光能够在第一反射组件、第三反射组件和第二反射组件之间依次反射并传递至红外探测组件。本发明能够在筒体中形成双层的反射光路，在保证光路长度的情况下，使得红外传感器的外径及厚度均小于设定值，实现红外传感器的小型化设计。化设计。化设计。


技术研发人员：李彬 张治强 孙绍坤 宁鹏 杜彦学 关威
受保护的技术使用者：青岛澳瑞德电子有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/11