本发明专利技术提供一种基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池，气体吸收池的侧壁上设有通气孔，第一外壳、第二外壳设置在气体吸收池内同侧，第三外壳设置在气体吸收池内相对另一侧，两侧之间为待测气体空间，第一外壳、第二外壳内分别设有红外光源、红外探测器，红外光源、红外探测器的防水接头穿过气体吸收池延伸出来，作为供电和信号获取接口；第三外壳内设有球面反射镜，第一外壳、第二外壳、第三外壳内的相对面上均镶嵌有蓝宝石衬底，任一蓝宝石衬底外侧通过化学工艺涂布有铜钪氧红外透明导电膜，任一铜钪氧红外透明导电膜的两侧分别镀有正电极、负电极，本发明专利技术的有益效果是能够用于强灰尘多、大湿度等环境下的气体精确测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于红外气体检测
，尤其是涉及一种基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池。
技术介绍
在现有的红外气体检测系统中，气体吸收池形式多样，其主要作用是将红外光源发出的光沿设定的路径传输，并入射到探测器上。其中采用开放式结构的气体吸收池可显著提高传感器的响应速度，从而具有优越的实时性。气体吸收池一般采用光学镜片提高对红外光的聚光效率，镜片型号、参数等依赖于光源和探测器的物理尺寸和发光参数。然而，开放式气体吸收池中的红外光源、探测器及光学镜片均直接与外界环境接触，环境中的水汽和灰尘会粘附在这些器件上，影响红外光的传播，进而影响整个仪器的性能。当水汽较大(如温室大棚)或灰尘较多(如煤矿)时，光学器件尤其是光学窗口将失去作用，严重时将导致仪器失灵。人们在设计红外气体检测仪时，考虑到防尘、防湿的问题，通常采用具有防尘、防湿作用的材料覆盖在气室表面，但这样会导致气体的扩散速度减慢，从而延长仪器的响应时间。更为重要的是，当该类材料使用一段时间后会因粉尘的吸附导致孔径堵塞，不利于气体交换，使得人们需要经常用强风清除孔径间吸附的粉尘或更换材料。与上述方案不同，本专利技术基于研制的具有透红外光、导电的薄膜材料，提出了一种新型防尘、防湿气室的设计方案，依靠透明导电膜的作用和附属的电学驱动模块，该气室可对光源、探测器、光学反射镜形成很好的防护作用，又不影响红外光的透射和气体的扩散，同时保证了仪器的响应速度、可靠性和寿命。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池，解决了传统红外气体检测仪器防尘、防湿方法及结果欠佳的技术难题，从而为灰尘多、湿度大等恶劣环境下的气体精确测量提供了解决方案。本专利技术的技术方案是：本专利技术的一种基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池，气体吸收池的侧壁上设有通气孔，第一外壳、第二外壳设置在气体吸收池内同侧，第三外壳设置在气体吸收池内相对另一侧，两侧之间为待测气体空间，第一外壳、第二外壳内分别设有红外光源、红外探测器，红外光源、红外探测器的防水接头穿过气体吸收池延伸出来，作为供电和信号获取接口；第三外壳内设有球面反射镜，第一外壳、第二外壳、第三外壳内的相对面上均镶嵌有蓝宝石衬底，任一蓝宝石衬底外侧通过化学工艺涂布有铜钪氧红外透明导电膜，任一铜钪氧红外透明导电膜的两侧分别镀有正电极、负电极，正负电极分别通过导线与设置在气体吸收池池壁上的导线接口相连接，连接点绝缘胶封，正电极、负电极通电时，铜钪氧红外透明导电膜加热，起到防湿的作用，正电极悬空，负电极接地时，可导走铜钪氧红外透明导电膜表面的静电，起到除尘的作用。优选的，红外透明导电膜上蒸镀的电极材料为金，且电极与导电膜的连接触点处要绝缘胶封。优选的，所述红外光源为热光源，型号为IRL715、IR55；红外探测器为热释电探测器，所述球面反射镜的反射面材料为铝或金。优选的，安装红外光源、红外探测器和球面反射镜时，球面反射镜的主轴应平行于气体吸收池的上、下、前、后壁；红外光源和红外探测器位于球面反射镜的主截面上且关于球面反射镜的主轴左右对称，且光源所在主截面与球面顶点所在主截面的距离应予以优化以提高聚光效率。本专利技术的另一方面，还包括所述基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池检测气体的方法，其包括以下步骤：S1：红外光信号产生过程：在调制信号作用下，红外光源发射初始红外光信号，并透过第一壳体上的蓝宝石衬底、铜钪氧红外透明导电膜后传输至待测气体空间；S2：红外光信号与待测气体分子作用阶段1：受待测气体分子吸收作用，初始红外光信号中与待测气体分子吸收峰相吻合的光将被吸收，产生一次吸收的红外光信号；S3：红外光信号反射过程：S2中描述的被一次吸收的红外光信号经由第二壳体上的铜钪氧红外透明导电膜、蓝宝石衬底的透射后入射到球面反射镜上；球面反射镜对一次吸收的红外光信号进行反射，再经由第二壳体上蓝宝石衬底和铜钪氧红外透明导电膜透射后传输至待测气体空间；S4：红外光信号与待测气体分子作用阶段2：受待测气体分子吸收作用，一次红外光信号中与待测气体分子吸收峰相吻合的光将被吸收，产生二次吸收的红外光信号；S5：光电信号转换阶段：S4中描述的二次吸收的红外光信号经由第三壳体上的铜钪氧红外透明导电膜和蓝宝石衬底的透射后，入射到红外探测器上，后者的两个敏感窗口分别接收与其响应波长相吻合的红外光信号，并将其转换为信号输出。本专利技术的另一方面，还包括铜钪氧红外透明导电膜的涂布方法，包括以下步骤：(1)首先制备高纯铜钪氧靶材，具体步骤是：以分析纯的Cu(NO3)2和Sc(NO3)3为原材料、无水乙醇为溶剂、三乙醇胺作为增溶剂；分别称取0.02mol的Cu(NO3)2和Sc(NO3)3，将其溶于30ml的无水乙醇中，加入3ml的三乙醇胺作为增溶剂，常温下磁力搅拌5h后形成均匀的溶胶，将所得的溶胶放入干燥箱内在200℃下烘干48h得到凝胶；将凝胶用玛瑙研钵研制成纳米级的粉末颗粒，将粉末放入退火炉中在1200℃的空气中退火10h。将退火后的粉末用压片机在20Mpa的压强下，压制成直径为52mm厚度为8mm的固态靶材，再在1100℃的退火炉中退火5h，最后得到纯相的CuScO2靶材；(2)制备CuScO2薄膜，具体步骤是：采用制备的CuScO2靶材，利用磁控溅射法在清洗干净的蓝宝石衬底上沉积CuScO2薄膜；沉积条件为：采用直流磁控溅射法，溅射功率为150W，基底真空度为1.0×10-5Pa，通入的Ar气流量为20sccm，衬底温度为300℃，靶基距为7.5cm，沉积时间为30min；(3)将沉积好的薄膜在N2中进行退火处理，退火温度为900℃，退退火时间为5h。本专利技术具有的优点和积极效果是：1、借助于制备在蓝宝石衬底上的红外透明导电膜正常透射红外光，并将红外光源、球面反射镜和红外探测器分别进行密封，从而将三者与外界环境相隔离来初步抑制水汽、粉尘对它们的影响。2、通过各红外透明导电膜的正负电极接入电压，给导电膜加热，蒸发掉其表面的水汽；对红外透明导电膜接地导走其表面的静电，使得灰尘难以吸附在导电膜上，从而进一步抑制水汽、粉尘对气体吸收池的影响。3、本专利技术解决了传统红外气体检测仪器的开放式气室防尘、防湿方法以及效果欠佳的技术难题，为强粉尘、高湿度的恶劣环境中气体精确测量提供了解决方案。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为第一外壳的立体结构图；图3为本专利技术的左视图；图4为第二外壳的立体结构图；图5为第三外壳的立体结构图；图6为本专利技术的右视图；图7为本专利技术的前视图；图8为本专利技术的后视图；图9为铜钪氧红外透明导电膜的制备过程示意图；图10a-10b为铜钪氧红外透明导电膜的SEM图；图11a-11b为铜钪氧红外透明导电膜的透过率测试图；图12为铜钪氧红外透明导电膜的电导率测试图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细说明。参见图1，该装置由第一外壳1、红外光源2、第一防水接头3、第一蓝宝石衬底4、第一铜钪氧红外透明导电膜5、第二铜钪氧红外透明导电膜6、第二蓝宝石衬底7、第二防水接头8、红外探测器9、第二外壳10、第一导线接口11、第一导线12、第二导线13、第一正电极14、第一负电极15、第二正电极16、第二负电极17、第四导线18、第五导线19、第二导线接口2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池，其特征在于：气体吸收池的侧壁上设有通气孔，第一外壳、第二外壳设置在气体吸收池内同侧，第三外壳设置在气体吸收池内相对另一侧，两侧之间为待测气体空间，第一外壳、第二外壳内分别设有红外光源、红外探测器，红外光源、红外探测器的防水接头穿过气体吸收池延伸出来，作为供电和信号获取接口；第三外壳内设有球面反射镜，第一外壳、第二外壳、第三外壳内的相对面上均镶嵌有蓝宝石衬底，任一蓝宝石衬底外侧通过化学工艺涂布有铜钪氧红外透明导电膜，任一铜钪氧红外透明导电膜的两侧分别镀有正电极、负电极，正负电极分别通过导线与设置在气体吸收池池壁上的导线接口相连接，连接点绝缘胶封，正电极、负电极通电时，铜钪氧红外透明导电膜加热，起到防湿的作用，正电极悬空，负电极接地时，可导走铜钪氧红外透明导电膜表面的静电，起到除尘的作用。
【技术特征摘要】
1.一种基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池，其特征在于：气体吸收池的侧壁上设有通气孔，第一外壳、第二外壳设置在气体吸收池内同侧，第三外壳设置在气体吸收池内相对另一侧，两侧之间为待测气体空间，第一外壳、第二外壳内分别设有红外光源、红外探测器，红外光源、红外探测器的防水接头穿过气体吸收池延伸出来，作为供电和信号获取接口；第三外壳内设有球面反射镜，第一外壳、第二外壳、第三外壳内的相对面上均镶嵌有蓝宝石衬底，任一蓝宝石衬底外侧通过化学工艺涂布有铜钪氧红外透明导电膜，任一铜钪氧红外透明导电膜的两侧分别镀有正电极、负电极，正负电极分别通过导线与设置在气体吸收池池壁上的导线接口相连接，连接点绝缘胶封，正电极、负电极通电时，铜钪氧红外透明导电膜加热，起到防湿的作用，正电极悬空，负电极接地时，可导走铜钪氧红外透明导电膜表面的静电，起到除尘的作用。2.根据权利要求1所述的一种基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池，其特征在于：所述红外透明导电膜上蒸镀的电极材料为金，且电极与导电膜的连接触点处绝缘胶封。3.根据权利要求1所述的一种基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池，其特征在于：所述红外光源为热光源，型号为IRL715、IR55；红外探测器为热释电探测器，所述球面反射镜的反射面材料为铝或金。4.根据权利要求1所述的一种基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池，其特征在于：安装红外光源、红外探测器和球面反射镜时，球面反射镜的主轴应平行于气体吸收池的上、下、前、后壁；红外光源和红外探测器位于球面反射镜的主截面上且关于球面反射镜的主轴左右对称，且光源所在主截面与球面顶点所在主截面的距离应予以优化以提高聚光效率。5.一种如权利要求1所述的基于铜钪氧红外透明导电膜的气体吸收池检测气体的方法，其包括以下步骤：S1：红外光信号产生过程：在调制信号作用下，红外光源发射初始红外光信号，并透过第一壳体上的蓝宝石衬底、铜钪氧红外透明导电膜后传输至待测气体空间；S2：红外光信号与待测气体分子作用阶段1：受待测气体分子吸收作用，初始红外光信号中与待...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑传涛，王一丁，揣雅惠，郑玲娇，王嘉宁，董明，牛新涛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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