一種基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外光譜是目前氣體檢測(cè)的一種常用方法。傳統(tǒng)的通過(guò)紅外光譜吸收方式進(jìn)行氣體檢測(cè)的探測(cè)器都是采用熱釋電紅外傳感器，熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*lmm的探測(cè)元件。熱釋電傳感器的主要缺點(diǎn)是對(duì)紅外波長(zhǎng)敏感區(qū)太寬，幾乎所有紅外區(qū)的光譜對(duì)熱釋電傳感器都有影響。因此為了提高熱釋電傳感器的抗干擾性能，傳統(tǒng)的方式在光路和電路上都需要做大量抗干擾處理工作，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和電路降低了設(shè)備的可靠性，也限制了紅外吸收探測(cè)的精度。目前紅外光譜的探測(cè)器一般是采用熱釋電傳感器。這種傳感器具有受溫度濕度影響大，感應(yīng)光譜范圍太寬等影響，因此檢測(cè)靈敏度比較低，為了解決這一問(wèn)題，提出了一種新的紅外探測(cè)方法，采用微氣流的檢測(cè)方法，很好的避免了上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有氣體檢測(cè)存在的上述不足，提供一種新的基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器，采用微氣流檢測(cè)，避免受溫度濕度影響，將紅外檢測(cè)技術(shù)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器，包括第一控溫室、微晶玻璃氣室、毛細(xì)玻璃管、第二控溫室、盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管、精密流量探測(cè)器、信號(hào)處理單元和單向閥，微晶玻璃氣室設(shè)置于第一控溫室上，盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管設(shè)置于第二控溫室上，微晶玻璃氣室的一端通過(guò)毛細(xì)玻璃管與盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管的一端連接，盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管的另一端與精密流量探測(cè)器的輸入端連接，精密流量探測(cè)器的輸出端與信號(hào)處理單元連接，同時(shí)還通過(guò)單向閥與微晶玻璃氣室的另一端連接;第一控溫室用于控制整個(gè)微晶玻璃氣室初始溫度為T(mén)a，第二控溫室用于控制整個(gè)盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管初始溫度為T(mén)b，且Ta>Tb。
[0005]按上述方案，所述第一控溫室和第二控溫室均采用TEC制冷片。
[0006]按上述方案，所述微晶玻璃氣室為微晶玻璃的探測(cè)氣室，探測(cè)氣室的相對(duì)的兩面鍍有反射膜(通過(guò)反射膜，使得紅外光線(xiàn)在微晶玻璃氣室中反復(fù)反射增加光程，確保入射光線(xiàn)全部被吸收)。
[0007]按上述方案，所述精密流量傳感器采用瑞士 Sensir 1n公司推出的第三代MEMS流量傳感器。
[0008]本發(fā)明的工作原理:微晶玻璃氣室、毛細(xì)玻璃管、盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管為聯(lián)通一體的整體，并充滿(mǎn)了 100%的待測(cè)氣體;精密流量探測(cè)器用于對(duì)氣體的微流量數(shù)字化測(cè)量，精確測(cè)得盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管中的流量，信號(hào)處理單元用于將精密流量探測(cè)器測(cè)得的流量信號(hào)換算成濃度信號(hào)。初始狀態(tài)時(shí)第一控溫室控制微晶玻璃氣室溫度為T(mén)a，第二控溫室控制盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管溫度為T(mén)b，Ta>Tb。因?yàn)闇夭畹年P(guān)系微晶玻璃氣室中的氣室就會(huì)發(fā)生流動(dòng)，通過(guò)精密流量探測(cè)器檢測(cè)到的流量為初始流量La，當(dāng)紅外光照射到微晶玻璃氣室上時(shí)，因?yàn)槲⒕РＡ馐抑泻斜粶y(cè)標(biāo)準(zhǔn)氣體，則紅外光中與被測(cè)氣體響應(yīng)的波段就被氣體吸收，氣體吸收了紅外光之后能量增加溫度上升，微晶玻璃氣室中氣體的溫度在以前Ta的基礎(chǔ)上上升一個(gè)溫度A T，因?yàn)闇囟鹊纳仙蜁?huì)引起流量的變化，因此流量也會(huì)上升△ L，其中流量的變化就會(huì)反應(yīng)氣室中濃度的含量，濃度的含量已知由此可以推斷出微晶玻璃氣室入射光強(qiáng)的含量。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
1、用微氣流檢測(cè)，避免受溫度濕度影響，很好的解決了目前紅外檢測(cè)中探測(cè)器的精度問(wèn)題，將紅外檢測(cè)技術(shù)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，避免了傳統(tǒng)的熱釋電探測(cè)器所帶來(lái)的抗干擾差的問(wèn)題，提高了紅外探測(cè)器的檢測(cè)精度，采用這種探測(cè)器檢測(cè)精度可以達(dá)到0.1ppm的精度；
2、MEMS精密流量傳感器的流量傳感器芯片集成度高，體積只有一粒綠豆大小，這種傳感器可以探測(cè)介質(zhì)流量，精確度低至InL/min，同時(shí)具備非常高的反復(fù)精確度，其動(dòng)作時(shí)間在毫秒范圍內(nèi)，在測(cè)量過(guò)程中MEMS精密流量傳感器與介質(zhì)不需要發(fā)生接觸，可以隔著毛細(xì)玻璃管壁對(duì)其內(nèi)介質(zhì)流量進(jìn)行測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明微晶玻璃氣室的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1-第一控溫室，2-微晶玻璃氣室，3-毛細(xì)玻璃管，4-第二控溫室，5-盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管，6-精密流量探測(cè)器，7-信號(hào)處理單元，8-單向閥，21 -反射膜。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明所述的基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器，包括第一控溫室1、微晶玻璃氣室2、毛細(xì)玻璃管3、第二控溫室4、盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5、精密流量探測(cè)器6、信號(hào)處理單元7和單向閥8，微晶玻璃氣室2設(shè)置于第一控溫室I上，盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5設(shè)置于第二控溫室4上，微晶玻璃氣室2的一端通過(guò)毛細(xì)玻璃管3與盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5的一端連接，盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5的另一端與精密流量探測(cè)器6的輸入端連接，精密流量探測(cè)器6的輸出端與信號(hào)處理單元7連接，同時(shí)還通過(guò)單向閥8與微晶玻璃氣室2的另一端連接。單向閥8的主要作用是確保盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5的氣體不會(huì)回流到微晶玻璃氣室2，氣體只從微晶玻璃氣室2經(jīng)毛細(xì)玻璃管3流入盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5;第一控溫室I用于控制整個(gè)微晶玻璃氣室2初始溫度為T(mén)a，第二控溫室4用于控制整個(gè)盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5初始溫度為T(mén)b，且Ta>Tb。
[0013]第一控溫室I和第二控溫室4均采用TEC制冷片。
[0014]如圖2所示，微晶玻璃氣室2為微晶玻璃的探測(cè)氣室，探測(cè)氣室的相對(duì)的兩面鍍有反射膜21，通過(guò)反射膜21使得紅外光線(xiàn)在微晶玻璃氣室2中反復(fù)反射增加光程，確保入射光線(xiàn)全部被吸收。
[0015]精密流量傳感器采用瑞士 Sensir1n公司推出的第三代MEMS流量傳感器，芯片集成度高，體積只有一粒綠豆大小，這種傳感器可以探測(cè)介質(zhì)流量，精確度低至納升、分鐘，同時(shí)具備非常高的反復(fù)精確度，其動(dòng)作時(shí)間在毫秒范圍內(nèi)，在測(cè)量過(guò)程中MEMS精密流量傳感器與介質(zhì)不需要發(fā)生接觸，可以隔著毛細(xì)玻璃管壁對(duì)其內(nèi)介質(zhì)流量進(jìn)行測(cè)量。
[0016]工作時(shí)，微晶玻璃氣室2、毛細(xì)玻璃管3、盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5為聯(lián)通一體的整體，并充滿(mǎn)了 100%的待測(cè)氣體;MEMS精密流量探測(cè)器6用于對(duì)氣體的微流量數(shù)字化測(cè)量，精確測(cè)得盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5中的流量，信號(hào)處理單元7用于將MEMS精密流量探測(cè)器6測(cè)得的流量信號(hào)換算成濃度信號(hào)。初始狀態(tài)時(shí)第一控溫室I控制微晶玻璃氣室2溫度為T(mén)a，第二控溫室4控制盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管5溫度為T(mén)b，Ta>Tb。因?yàn)闇夭畹年P(guān)系微晶玻璃氣室2中的氣室就會(huì)發(fā)生流動(dòng)，通過(guò)MEMS精密流量探測(cè)器6檢測(cè)到的流量為初始流量La，當(dāng)紅外光照射到微晶玻璃氣室2上時(shí)，因?yàn)槲⒕РＡ馐?中含有被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)氣體，則紅外光中與被測(cè)氣體響應(yīng)的波段就被氣體吸收，氣體吸收了紅外光之后能量增加溫度上升，微晶玻璃氣室2中氣體的溫度在以前Ta的基礎(chǔ)上上升一個(gè)溫度A T，因?yàn)闇囟鹊纳仙蜁?huì)引起流量的變化，因此流量也會(huì)上升△ L，其中流量的變化就會(huì)反應(yīng)氣室中濃度的含量，濃度的含量已知由此可以推斷出微晶玻璃氣室2入射光強(qiáng)的含量。
[0017]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，依本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器，其特征在于:包括第一控溫室、微晶玻璃氣室、毛細(xì)玻璃管、第二控溫室、盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管、精密流量探測(cè)器、信號(hào)處理單元和單向閥，微晶玻璃氣室設(shè)置于第一控溫室上，盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管設(shè)置于第二控溫室上，微晶玻璃氣室的一端通過(guò)毛細(xì)玻璃管與盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管的一端連接，盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管的另一端與精密流量探測(cè)器的輸入端連接，精密流量探測(cè)器的輸出端與信號(hào)處理單元連接，同時(shí)還通過(guò)單向閥與微晶玻璃氣室的另一端連接;第一控溫室用于控制整個(gè)微晶玻璃氣室初始溫度Ta，第二控溫室用于控制整個(gè)盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管初始溫度為T(mén)b，且Ta>Tb。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器，其特征在于:所述第一控溫室和第二控溫室均采用TEC制冷片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器，其特征在于:所述微晶玻璃氣室為微晶玻璃的探測(cè)氣室，探測(cè)氣室的相對(duì)的兩面鍍有反射膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器，其特征在于:所述精密流量傳感器采用瑞士 Sensir 1n公司推出的第三代MEMS流量傳感器。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于微氣流的紅外氣體探測(cè)器，包括第一控溫室、微晶玻璃氣室、毛細(xì)玻璃管、第二控溫室、盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管、精密流量探測(cè)器、信號(hào)處理單元和單向閥，微晶玻璃氣室設(shè)置于第一控溫室上，盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管設(shè)置于第二控溫室上，微晶玻璃氣室的一端通過(guò)毛細(xì)玻璃管與盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管的一端連接，盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管的另一端與精密流量探測(cè)器的輸入端連接，精密流量探測(cè)器的輸出端與信號(hào)處理單元連接，同時(shí)還通過(guò)單向閥與微晶玻璃氣室的另一端連接；第一控溫室用于控制整個(gè)微晶玻璃氣室初始溫度為T(mén)a，第二控溫室用于控制整個(gè)盤(pán)旋毛細(xì)玻璃管初始溫度為T(mén)b，且Ta＞Tb。本發(fā)明采用微氣流檢測(cè)，避免受溫度濕度影響，將紅外檢測(cè)技術(shù)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
【IPC分類(lèi)】G01N21/3504
【公開(kāi)號(hào)】CN105588815
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610130182
【發(fā)明人】劉曉波, 史會(huì)軒, 覃兆宇, 劉曉麗
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2016年3月8日