一种具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器论文和设计

全文摘要

一种具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，属于气体含量检测技术领域。包括热释电红外探测器（6），其特征在于：在热释电红外探测器（6）上方设置有干扰气室（12），在干扰气体套筒（4）的筒壁上开设有进气孔（2）和出气口（3），进气孔（2）和出气口（3）与干扰气室（12）连通；在热释电红外探测器（6）的底部还设置有用于对热释电红外探测器（6）的温度进行检测的温度传感器（8）。在本具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器中，通过干扰气体套筒在热释电红外传感器的上方形成干扰气室，在检测气体时弥补了传统红外热敏感探测器在检测具有相近吸收波段气体时产生一定误差方面的不足。

主设计要求

1.一种具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，包括热释电红外探测器（6），其特征在于：在热释电红外探测器（6）的外部套设有干扰气体套筒（4），在干扰气体套筒（4）内设置有干扰气室（12），热释电红外探测器（6）的测量窗口正对干扰气室（12），在干扰气体套筒（4）的筒壁上开设有进气孔（2）和出气口（3），进气孔（2）和出气口（3）与干扰气室（12）连通，干扰气体通过进气孔（2）和出气口（3）进、出干扰气室（12）；在热释电红外探测器（6）的底部还设置有用于对热释电红外探测器（6）的温度进行检测的温度传感器（8）。

设计方案

2.根据权利要求1所述的具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，其特征在于：在所述热释电红外探测器（6）的底部依次设置有上线路板（9）和下线路板（10），在下线路板（10）的外周圈设置有多颗紧固螺钉（11），紧固螺钉（11）向上依次穿过下线路板（10）和上线路板（9）之后旋入干扰气体套筒（4）的侧壁中，所述的温度传感器（8）与下线路板（10）连接。

3.根据权利要求2所述的具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，其特征在于：所述的上线路板（9）为圆环状，上线路板（9）与温度传感器（8）等厚，温度传感器（8）置于上线路板（9）中间的圆环内并紧贴热释电红外探测器（6）底部。

4.根据权利要求2所述的具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，其特征在于：所述的热释电红外探测器（6）的引脚（7）向下依次穿过上线路板（9）和下线路板（10）引出。

5.根据权利要求1所述的具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，其特征在于：所述的热释电红外探测器（6）、上线路板（9）和下线路板（10）均为圆形，且上线路板（9）和下线路板（10）的直径与干扰气体套筒（4）的直径相等。

6.根据权利要求1所述的具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，其特征在于：所述的干扰气体套筒（4）内部设置有轴向贯穿的内腔，该内腔与上红外窗口片（1）和下红外窗口片（5）间隔形成所述干扰气室（12），热释电红外探测器（6）位于下红外窗口片（5）的下方，且热释电红外探测器（6）的测量窗口紧贴下红外窗口片（5）。

7.根据权利要求6所述的具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，其特征在于：在所述干扰气体套筒（4）内设有台阶孔两个，分别用于安装上红外窗口片（1）和下红外窗口片（5），上、下红外窗片与干扰气体套筒（4）之间形成两个环形凹槽，在该环形凹槽内充填环氧树脂密封；热释电红外探测器（6）自干扰气体套筒（4）底部的内侧开设形成容纳腔装入。

设计说明书

技术领域

一种具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，属于气体含量检测技术领域。

背景技术

随着科技的发展，利用红外传感技术检测环境中的气体含量已经非常普遍，红外传感器已经被广泛应用于生活、工业、农业、军事、机器人等多个领域中，因此红外探测器作为红外传感器的核心就显得尤为重要。

红外探测器主要有两大类型：（1）红外光子探测器：利用材料和电子间的相互作用，吸收被测物体表面发出的红外辐射，使电子产生的电能分布变化，输出红外探测信号。其特点是选择性好、响应速度快；探测灵敏度高。但是，其限制条件也非常明显，大多光子探测器只能在低温工作，因此红外光子探测器需要配备液氮存储装置来确保其使用时的低温环境，这使得光子探测器红外系统变得庞大、笨重、昂贵，而且使用不便，是广泛推广应用产生障碍。（2）热敏感探测器：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射。可常温动作下操作，不存在波长依存性，造价便宜等优点。但由于热敏感探测器的检测气体主要依赖红外滤光片，而吸收波长范围较近的气体吸收区域大多存在着交叉重叠的现象，交叠区一般存在于吸收范围的边缘区，想要通过滤光片排除干扰，对滤光片的波长范围要求比较精细，现有技术往往达不到需求，因此在测量时存在一定的误差；同时以上两种探测器均不具备检测探测器自身温度的功能，在使用时不方便做温度补偿。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：根据传统探测器的不足，本实用新型通过提供一种添加干扰气体套筒在热释电红外探测器的上方形成干扰气室的结构，解决在检测气体时弥补传统红外热敏感探测器在检测具有相近吸收波段气体时产生误差方面的不足，同时添加的温度传感器，为温度补偿提供条件。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，包括热释电红外探测器，其特征在于：在热释电红外探测器的外部套设有干扰气体套筒，在干扰气体套筒内设置有干扰气室，热释电红外探测器的测量窗口正对干扰气室，在干扰气体套筒的筒壁上开设有进气孔和出气口，进气孔和出气口与干扰气室连通，干扰气体通过进气孔和出气口进、出干扰气室；在热释电红外探测器的底部还设置有用于对热释电红外探测器的温度进行检测的温度传感器。

优选的，在所述热释电红外探测器的底部依次设置有上线路板和下线路板，在下线路板的外周圈设置有多颗紧固螺钉，紧固螺钉向上依次穿过下线路板和上线路板之后旋入干扰气体套筒的侧壁中，所述的温度传感器与下线路板连接。

优选的，所述的上线路板为圆环状，上线路板与温度传感器等厚，温度传感器置于上线路板中间的圆环内并紧贴热释电红外探测器底部。

优选的，所述的热释电红外探测器的引脚向下依次穿过上线路板和下线路板引出。

优选的，所述的热释电红外探测器、上线路板和下线路板（均为圆形，且上线路板和下线路板的直径与干扰气体套筒的直径相等。

优选的，所述的干扰气体套筒内部设置有轴向贯穿的内腔，该内腔与上红外窗口片和下红外窗口片间隔形成所述干扰气室，热释电红外探测器位于下红外窗口片的下方，且热释电红外探测器的测量窗口紧贴下红外窗口片。

优选的，在所述干扰气体套筒内设有台阶孔两个，分别用于安装上红外窗口片和下红外窗口片，上、下红外窗片与干扰气体套筒之间形成两个环形凹槽，在该环形凹槽内充填环氧树脂密封；热释电红外探测器自干扰气体套筒底部的内侧开设形成容纳腔装入。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

在本具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器中，通过干扰气体套筒在热释电红外传感器的上方形成干扰气室，在进行测量时，红外光束先通过测量气体后经过干扰气室，干扰气室内的干扰气体吸收交叠波段的光，然后光束通过热释电红外传感器上方的滤光片，使热释电红外探测器内的光敏元件接收到的光强转化成一定的电压信号，此时得到的电压信号强度是已经排除干扰气体的强度，通过以上措施，使热释电红外探测器的灵敏度及抗干扰能力得到大幅度的提升；同时该探测器具有传统探测器所没有的检测温度的硬件。

本实用新型适用于各类具有干扰气体检测的红外传感器，抗干扰气室在检测气体时弥补了传统红外热敏感探测器在检测具有相近吸收波段气体时产生较误差方面的不足；相较于红外光子探测器，该探测器整体结构简单，无需安装特殊的制冷结构，体积小成本低，适用于大多数的气体检测场所，便于推广使用。

同时温度传感器的设计使探测器在检测时可直接测量热释电红外探测器的温度及周围环境的温度，为温度补偿提供条件。

附图说明

图1为具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器爆炸图。

图2为具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器正向剖视图。

其中：1、上红外窗口片 2、进气孔 3、出气孔 4、干扰气体套筒 5、下红外窗口片 6、热释电红外探测器 7、引脚 8、温度传感器 9、上线路板 10、下线路板 11、紧固螺钉 12、干扰气室。

具体实施方式

图1~2是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~2对本实用新型做进一步说明。

如图1~2所示，一种具有温度补偿的抗交叉气体干扰的热敏感探测器，包括热释电红外探测器6，热释电红外探测器6由市售常见的热释电红外探测器产品实现。在热释电红外探测器6的上方罩设有的干扰气体套筒4。

干扰气体套筒4为圆筒状，其内部设置有轴向贯穿的内腔，在内腔顶部的内侧开设有环形凹槽，上红外窗口片1置于该环形凹槽内；自内腔底部的内侧开设形成用于放置热释电红外探测器6的容纳腔，热释电红外探测器6自干扰气体套筒4的底部装入干扰气体套筒4中。在容纳腔的顶部密封设置有下红外窗口片5，上红外窗口片1和下红外窗口片5在真空操作台上用环氧树脂胶装密封，形成干扰气室12。

在干扰气体套筒4的侧部自上而下设置分别设置有进气孔2和出气孔3，进气孔2和出气孔3同时穿过干扰气体套筒4的筒壁与干扰气室12连通，在测量过程中，在干扰气室12内预先充入一定浓度的干扰气体。

在热释电红外探测器6的底部依次设置有上线路板9和下线路板10，上线路板9和下线路板10上的电路相互连接。市售常见的热释电红外传感器外壳一般为圆形，上线路板9和下线路板10同样设计为圆形，且直径与热释电红外传感器6的之间相同。热释电红外探测器6的引脚7向下依次穿过上线路板9和下线路板10后引出。

在下线路板10的外周圈设置有多颗紧固螺钉11，紧固螺钉11向上依次穿过下线路板10和上线路板9之后旋入干扰气体套筒4的侧壁中，将上线路板9和下线路板10固定在热释电红外探测器6的底部，同时将热释电红外探测器6固定在干扰气体套筒4底部的容纳腔内，并使热释电红外探测器6顶面的检测窗口紧贴下红外窗口片5。

上线路板9为圆环状，在其中部的开孔处设置有温度传感器8，温度传感器8紧贴热释电红外探测器6设置，用于检测热释电红外探测器6的温度。上线路板9的厚度与温度传感器8的厚度相同，温度传感器8的供电端与热释电红外探测器6的供电引脚相连，与热释电红外探测器6共用引脚实现供电，温度传感器8的信号输出端接入下线路板10中，并通过其他的引脚7输出。

具体工作过程及工作原理如下：

在进行测量时，光线先通过测量气体后通过干扰气室12，干扰气室12内的干扰气体吸收交叉重叠波段的光，然后光束通过热释电红外探测器6上方的滤光片，使热释电红外探测器6内的光敏元件接收到的光强转化成一定的电压信号，此时得到的电压信号强度是已经排除干扰气体的强度，本探测器通过以上措施，使热释电红外探测器6的灵敏度及抗干扰能力得到大幅度的提升；同时该探测器具有传统探测器所没有的检测温度的硬件。

本实用新型适用于各类具有干扰气体检测的红外传感器，抗干扰气室在检测气体时弥补了传统红外热敏感探测器在检测具有相近吸收波段气体时产生较误差方面的不足；相较于红外光子探测器，该探测器整体结构简单，无需安装特殊的制冷结构，体积小成本低，适用于大多数的气体检测场所，便于推广使用。同时温度传感器8的设计使探测器在检测时可直接测量热释电红外传感器的温度，为温度补偿提供条件。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

设计图

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