光谱式气体传感器

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种光谱式气体传感器。

背景技术

二氧化硫、NO、CS等气体是造成大气污染的重要污染物，其主要来源于三个方面，含硫化石燃料的燃烧，含硫矿石的冶炼，化工厂等企业生产过程中排放的废气。二氧化硫具有刺激性气味，且极低浓度下就会对人体健康产生不利的影响，因此，需要一种可以准确、快速的识别出二氧化硫的光谱式气体传感器。

相关技术中的二氧化硫，NO等污染气体传感器以荧光方法，DOAS光谱方法为代表。但是前者结构复杂，成本高，后者灵敏度低。同时，相关技术中的光学方法结构复杂，无法实现小型化，无法满足对环境的大面积检测的需求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种光谱式气体传感器，该光谱式气体传感器具有体积小、灵敏度高和成本低的优点。

根据本发明实施例的光谱式气体传感器包括壳体、光源、透镜、狭缝和光电探测器，所述壳体内形成相连通的耦合通道和气体吸收池，所述壳体设有连通所述气体吸收池和外界的通气孔，所述气体吸收池内具有光栅和至少一个反射面；所述光源、所述透镜和所述狭缝依次安装于所述耦合通道内，所述光源用于将光通过所述透镜和所述狭缝投射至所述气体吸收池；所述光电探测器与所述壳体相连并用于接收并测量经过所述反射面和所述光栅的光谱。

根据本发明实施例的光谱式气体传感器，通过设置反射面以改变气体吸收池内光的传播方向，在气体吸收长度一定的情况下，壳体的体积更小，满足对环境的大面积、多点、网格式检测需求。而且，光源通过透镜直接耦合到狭缝，避免了光纤的耦合，光利用率高，灵敏度高且成本低。

在一些实施例中，光在所述气体吸收池内的传播轨迹为蛇形。

在一些实施例中，所述反射面包括第一反射面、第二反射面、第三反射面和第四反射面，所述第一反射面与所述耦合通道和所述第二反射面相对，所述第三反射面与所述第二反射面和所述光栅相对，所述第四反射面与所述光栅和所述光电探测器相对。

在一些实施例中，所述第一反射面、所述第二反射面、所述第三反射面和所述第四反射面中的每一者为内凹的弧面，四个所述弧面的轴向一致。

在一些实施例中，所述光谱式气体传感器还包括紫外反射膜，所述紫外反射膜粘接于所述气体吸收池的内壁面，所述反射面成型于所述紫外反射膜。

在一些实施例中，所述气体吸收池的内壁面设有紫外反射涂层，所述反射面成型于所述紫外反射涂层。

在一些实施例中，所述壳体上设有供所述光电探测器出入所述气体吸收池的开口，所述光电探测器安装于所述气体吸收池内并封闭所述开口。

在一些实施例中，所述光栅为反射式平面光栅。

在一些实施例中，所述光源为氙灯光源。

在一些实施例中，所述透镜为双凸透镜。

附图说明

图1是根据本发明实施例的光谱式气体传感器的立体图。

图2是根据本发明实施例的光谱式气体传感器的正视图。

附图标记：

壳体1，耦合通道11，气体吸收池12，通气孔13，

光源2，透镜3，狭缝4，光栅5，光电探测器6，第一反射面7，第二反射面8，第三反射面9，第四反射面10。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1和图2描述根据本发明实施例的光谱式气体传感器。

根据本发明实施例的光谱式气体传感器包括壳体1、光源2、透镜3、狭缝4和光电探测器6。壳体1内形成相连通的耦合通道11和气体吸收池12，壳体1设有连通气体吸收池12和外界的通气孔13，气体吸收池12内具有光栅5和至少一个反射面。其中，外界环境的空气由通气孔13进入气体吸收池12。

光源2、透镜3和狭缝4依次安装于耦合通道11内，光源2用于将光通过透镜3和狭缝4投射至气体吸收池12。光电探测器6与壳体1相连并用于接收并测量经过反射面和光栅5的光谱。

其中，狭缝4设置于耦合通道11和气体吸收池12的连接处，光源2通过透镜3将光耦合到狭缝4，光通过狭缝4入射到气体吸收池12内后经反射面反射和光栅5分光后射向光电探测器6，光电探测器6实现对光谱的测量，光从狭缝4到光电探测器6传播的光程为对气体的吸收长度。

根据本发明实施例的光谱式气体传感器，通过设置反射面以改变气体吸收池12内光的传播方向，在气体吸收长度一定的情况下，壳体1的体积更小，满足对环境的大面积、多点、网格式检测需求。而且，光源2通过透镜3直接耦合到狭缝4，避免了光纤的耦合，光利用率高，灵敏度高且成本低。

在一些实施例中，光在气体吸收池12内的传播轨迹为蛇形。

具体地，光在气体吸收池12内经过反射面反射以改变其传播角度，以使其光呈蛇形轨迹传播。由此，光通过多次往复弯折，使得气体吸收池12的长度不会过长，壳体1的结构更加紧凑，体积更小。

在一些实施例中，如图1和图2所示，反射面包括第一反射面7、第二反射面8、第三反射面9和第四反射面10，第一反射面7与耦合通道11和第二反射面8相对，第三反射面9与第二反射面8和光栅5相对，第四反射面10与光栅5和光电探测器6相对。

具体地，光通过狭缝4入射到第一反射面7，随后反射到第二反射面8，再由第二反射面8反射到第三反射面9，然后由第三反射面9反射到光栅5，光栅5对光实现分光，分光后的光传播到第四反射面10上，第四反射面10最后反射到光电探测器6，实现对光谱的测量。

在一些实施例中，第一反射面7、第二反射面8、第三反射面9和第四反射面10中的每一者为内凹的弧面，四个弧面的轴向一致。

光通过狭缝4入射到第一反射面7，并反射到第二反射面8时，会再反射至第一反射面7，第一反射面7与第二反射面8之间进行多次反射后，再由第二反射面8反射到第三反射面9。由此，气体吸收池12内的光的光程更长，气体的吸收长度也更长。

在一些实施例中，光谱式气体传感器还包括紫外反射膜，紫外反射膜粘接于气体吸收池12的内壁面，反射面成型于紫外反射膜。或者，还可以在气体吸收池12的内壁面设有紫外反射涂层，反射面成型于紫外反射涂层。

由此，气体吸收池12的内壁面各部分的形状与相应反射面的形状相匹配，光谱式气体传感器的结构简单，加工成本低。

在一些实施例中，壳体1上设有供光电探测器6出入气体吸收池12的开口，光电探测器6安装于气体吸收池12内并封闭开口。

如图1和图2所示，开口设置于壳体1的左下角位置，开口朝左。

在一些实施例中，光栅5为反射式平面光栅。气体吸收池12内设有安装槽，反射式平面光栅嵌入至安装槽内。由此，反射式平面光栅与气体吸收池12的内壁面贴合接触，安装方便。

在一些实施例中，光源2为氙灯光源，透镜3为双凸透镜。

具体地，氙灯光源发出的光通过双凸透镜直接耦合到狭缝4，避免了光纤的耦合，提高了光利用率，灵敏度高，可以实现ppb级别(10的-9次方数量级)的测试。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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发明的限制。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。