(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221016784 4.X (22)申请日 2022.02.23 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 易飞　汪崇治　夏凡　刘欢　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 专利代理师 夏倩 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种NDIR多组分气体 探测模组 (57)摘要 本发明公开了一种NDIR多组分气体探测模 组， 采用具有多个探测单元基于光学天线的热探 测器， 各探测单元采用不同尺寸的光学天线结 构， 具有不同波段的窄带吸收体功能， 可同时实 现对多种气体的探测； 特定波长的光被气体选择 性吸收后到达了光学天线窄带吸收体， 窄带吸收 体对光吸收后产热， 从而被下方的热探测器探测 到后转换为电压信号， 根据该信号得到对应的气 体浓度。 基于光学天线的热探测器采用了天线阵 列化的结构， 能够极大地缩小探测器的整体体 积、 提高检测精度； 且不同波长通道之间对应的 是不同的天线 阵列， 成本相差较小， 能够很好地 节省成本； 阵列化的结构可以同时实现多组分气 体的实时测量， 适 合于多组分的气体实时分析。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 114486796 A 2022.05.13 CN 114486796 A 1.一种NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 包括： 光源、 气室、 基于光学天线的热探 测器及信号处 理单元； 所述气室 设置在所述 光源出射 光方向上； 所述热探测器用于接收从气室出射的光束， 包括多个阵列式分布的探测单元， 其中， 各 探测单元中光学天线的吸 收波段不同； 所述信号处理单元与所述热探测器连接， 用于对其输出信号进行处理， 得到待探测的 气体种类及浓度。 2.如权利要求1所述的NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 所述气室包括第一通 孔、 光学通道及第二通孔； 其中， 所述光学通道包括第一圆弧反射槽、 第二圆弧反射槽及第 三圆弧反射槽； 所述光源的出射 光经第一 通孔进入光学通道进行多次反射后， 经第二 通孔出射。 3.如权利要求2所述的NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 所述探测单元包括从上 至下的光学天线、 热探测器及衬底层。 4.如权利要求2所述的NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 所述气室还包括至少一 个与所述 光学通道连接的导气通道。 5.如权利要求2所述的NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 所述热探测器为热电堆 探测器、 热释电探测器或微测 辐射热计。 6.如权利要求2所述的NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 所述气室的制作材料为 黄铜或树脂； 所述气室的内壁镀有聚四氟乙烯、 硫酸钡或氧化镁中的任一种， 所述气室的内 表面抛光。 7.如权利要求1所述的NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 所述基于光学天线的热 探测器还 包括至少一个参 考单元， 所述参考单元包括从上至下的热探测器及衬底层。 8.如权利要求1或7所述的NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 所述各探测单元之 间具有隔热槽 。 9.如权利 要求1所述的NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 所述光源为MEMS红外光 源。 10.如权利要求1所述的NDIR多组分气体探测模组， 其特征在于， 所述光学天线为圆盘 型或十字型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114486796 A 2一种NDIR多组分气体探测模组 技术领域 [0001]本发明属于气体探测领域， 更 具体地， 涉及一种NDIR多组分气体探测模组。 背景技术 [0002]非色散红外(Non ‑dispersive  infrared， NDIR)技术利用红外光进行检测， 具有实 时监测、 检测范围广、 维护成本低以及使用寿命长等优点， 因而得到了广泛的应用。 传统的 NDIR探测系统主要由宽谱光源、 气室、 滤光片、 探测 器以及信号处理电路组成。 原理主要是 利用滤光片将气体 吸收的特定波长光滤出， 然后热探测器产生对应的响应。 根据比尔朗博 定律该响应与气体浓度成比例关系， 通过一定的算法处 理则可得出气体浓度。 [0003]传统的多气体探测器采用的方式为在探测器前方TO管帽处放置不同波段的窄带 滤光片来滤出特定波长的光。 而滤光片由于其原理为光学薄膜干涉效应， 因而存在着一定 的限制， 例如具有角度敏感性， 需要工作在特定的入射角。 如果入射角度改变， 会产生谐振 波长漂移、 滤波通道展宽、 透过率下降等问题， 从而影响检测精度； 且分离式的设计会增大 模块整体体积， 不利于集成化； 此外， 由于窄带滤光片的设计原理限制， 不同的滤光片之间 价格相差较大， 造成生产成本的增 加。 发明内容 [0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求， 本发明提供了一种NDIR多组分气体探测模 组， 由此解决现有的多气体探测器检测精度易受影响、 体积 较大不利于集成化、 成本较高的 技术问题。 [0005]为实现上述目的， 按照本 发明的一个方面， 提供了一种ND IR多组分气体探测模组， 其特征在于， 包括： 光源、 气室、 基于光学天线的热探测器及信号处 理单元； [0006]所述气室 设置在所述 光源出射 光方向上； [0007]所述热探测器用于接收从气室出射的光束， 包括多个阵列 式分布的探测单元， 其 中， 各探测单 元中光学天线的吸 收波段不同； [0008]所述信号处理单元与所述热探测器连接， 用于对其输出信号进行处理， 得到待探 测的气体种类及浓度。 [0009]优选地， 所述气室包括第一通孔、 光学通道及第二通孔； 其中， 所述光学通道包括 第一圆弧反射槽、 第二圆弧反射槽及第三圆弧反射槽； [0010]所述光源的出射 光经第一 通孔进入光学通道进行多次反射后， 经第二 通孔出射。 [0011]优选地， 所述探测单 元包括从上至下的光学天线、 热探测器及衬底层。 [0012]优选地， 所述气室还 包括至少一个与所述 光学通道连接的导气通道。 [0013]优选地， 所述热探测器为热电堆探测器、 热释电探测器或微测 辐射热计。 [0014]优选地， 所述气室的制作材料为黄铜或树脂； 所述气室的内壁镀有聚四氟乙烯、 硫 酸钡或氧化镁， 所述气室的内表面抛光。 [0015]优选地， 所述基于光学天线的热探测器还包括至少一个参考单元， 所述参考单元说　明　书 1/6 页 3 CN 114486796 A 3