[实用新型]一种用于NDIR红外气体分析的红外灯丝光源

说明书

技术领域

本实用新型涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种用于NDIR红外气体分析的红外灯丝光源。

背景技术

随着人们生活水平的提高和对日益严峻的环保问题的重视，当今社会对工业废气的、各种有毒有害气体、汽车尾气、和大气污染的监控以及对食品加工和人居环境、室内空气质量的检测都提出了更加严格的要求，这为气体传感器带来了巨大的市场需求。同时，随着信息技术和物联网科技的发展，作为感官和信号输入的核心元件，气体传感器是必不可少的。

气体传感器按照检测原理的不同，主要分为催化燃烧式、电化学式、金属氧化物半导体式、红外式等等。其中红外式气体传感器以其高精度、高量程、长期稳定性优异、不会中毒、超长寿命等优点，是当今气体检测技术的研究热点和未来气体传感器的发展方向，已经越来越多的应用于石油化工、家用电器、医疗器械、工业生产、电力电气等行业。

红外式气体传感器是基于非色散红外吸收光谱(NDIR)检测原理的气体传感器，当一束连续波长的红外光通过某种气体时，如果气体分子的某个基团的振动频率或者转动频率与红外光的频率一致，气体分子就会吸收能量而从基态能级跃迁至能量更高的能级，处于该频率的红外光便会被吸收从而形成吸收峰。由于不同分子中原子结合的化学键不同，不同化学键跃迁需要的能量也不相同，因而不同的气体的红外吸收峰也不相同，根据气体的红外吸收峰便可以判断是哪种气体。当气体浓度不同时，被气体吸收的红外能量也不相同，根据红外能量被吸收的大小可以判断气体的浓度。具体工作原理如图1所示：红外光源发射出广谱的红外光，通过一定长度的气室被待测气体充分吸收后，经过一个与气体红外吸收光谱波段一致的窄带滤光片，然后由红外探测器将经过气体吸收和窄带滤光片滤波后的红外光吸收并把红外信号转换为电信号，根据红外信号强度的不同来判断气体浓度的大小。

红外光源作为红外(NDIR)气体传感器的核心部件，其性能严重影响着气体传感器探测的准确性和灵敏度，特别是光谱辐射特性极大地限制了可探测气体的种类。红外(NDIR)气体传感器作为气体分析领域最为可靠和精确的一种方式，红外光源的性能起着决定性的作用。

通常，红外气体分析一般采用热辐射光源又称为白炽光源，是用电将材料加热后发射出红外辐射。常见的种类有灯丝光源和MEMS光源，其中灯丝光源用钨丝、铁铬铝丝、镍铬丝或镍锘丝作为灯丝材料。结构简单、使用方便、价格低廉是用量最大应用最为广泛的红外光源。但是，灯丝光源采用玻璃封装，由于玻璃的红外光谱特性，红外光谱透过在5μm波长处被截止，导致5μm以上波长的红外光无法透过，通常用红外方式检测的气体种类和波长：甲烷CH4红外吸收波长3.4μm、二氧化碳CO2红外吸收波长4.26μm、一氧化碳CO红外吸收波长4.64μm、氮氧化物气体NOX红外吸收波长5.3μm、水蒸气H2O红外吸收波长5.75μm、二氧化硫SO2红外吸收波长7.3μm、乙醇C2H5OH红外吸收波长9.44μm、六氟化硫SF6红外吸收波长10.6μm。由于玻璃的红外光谱透过波长小于大多数气体的红外光谱吸收波长，从而极大地限制了灯丝光源在气体分析领域的使用。

而另一种热辐射光源MEMS红外光源，采用MEMS工艺制作，光谱范围通常为1μm-20μm，虽然光谱覆盖范围宽，但由于价格昂贵是灯丝光源价格的60倍以上，只能应用在个别高端产品中无法大规模推广。

灯丝光源采用真空玻璃封装，防止灯丝光源在工作时金属灯丝高温氧化和蒸发导致的寿命减少等问题。但是玻璃的红外透过光谱波长截止于5μm，从而使灯丝光源无法应用于红外吸收波长高于5μm的气体分析。MEMS光源虽然光谱覆盖范围广1μm-20μm，但由于价格高昂只能应用在个别高端产品上。因此，想要满足各类气体探测，能够在高中低端大多数气体分析仪器上使用，且价格低廉的红外光源，现有的红外光源是不能满足的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于NDIR红外气体分析的红外灯丝光源，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于NDIR红外气体分析的红外灯丝光源，包括TO底座和TO盖帽，TO盖帽设置在TO底座上，TO底座上设置有两个引脚，还包括灯丝和红外滤光片，所述灯丝的两端固定设置在两个引脚上，所述红外滤光片设置在TO盖帽上。

作为本实用新型进一步的方案是：所述灯丝通过点焊或储能焊的方式焊接在引脚上。

作为本实用新型再进一步的方案是：所述灯丝采用钨丝、铁铬铝丝、镍铬丝或镍锘丝材料制成。