红外传感器，尤其是CO2传感器制造技术

本发明专利技术给出了一种ＩＲ传感器（１），尤其是ＣＯ↓［２］传感器，该传感器带有滤波器装置（６），在该滤波器装置后设置有检测器装置（７），该传感器还带有分析装置（８），该分析装置与检测器装置（７）相连接，其中，滤波器装置（６）具有第一滤波器（９）和第二滤波器（１０），这些滤波器被设计为带通滤波器，并各具有一个通带。其中，第一滤波器（９）允许一个预定的红外频带通过，而第二滤波器（１０）则不允许，并且，该检测器装置具有两个检测器（１４，１５），它们各与一个滤波器（９，１０）相对应。希望对这种红外传感器的使用进行简化。因此建议，将一个滤波器（１０）的通带设置于另一个滤波器（９）的通带内，而分析装置（８）形成所述检测器（１４，１５）的信号（Ｓ１，Ｓ２）的差，并基于一个检测器（１４）的信号（Ｓ１）对所述差进行标准化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种红外传感器，尤其是CO2传感器，该传感器带有滤波器装置，在该滤波器装置后面设置有检测器装置，该传感器还带有与该检测器装置相连的分析装置，其中，该滤波器装置具有第一滤波器和第二滤波器，它们被设计成带通滤波器并分别具有一个通带，它们中的第一滤波器可以允许预定红外频带通过，而第二滤波器则不允许，并且，该检测器装置具有两个检测器，它们各对应于一个滤波器。
技术介绍
下面将结合用于吸收红外线的气体的红外传感器对本专利技术进行说明。然而，本专利技术也可以用于其它用途，如后面要解释的那样。例如由US 5 081 998公开了设计成气体传感器的这种传感器。其中设置了一种红外辐射源，该红外辐射源通过滤波器装置共计作用于四个检测器。所述滤波器装置具有导通特性不同的两个滤波器。第一滤波器有对应于被CO2吸收的红外辐射的通带。因此，该滤波器也被简记为“CO2滤波器”。设置于该滤波器后面的检测器被称为CO2检测器。另一滤波器具有与用于确定参考量的通带不同的通带。在该参考滤波器后面设置的检测器被称为参考检测器。红外源和两个滤波器之间设置有第三滤波器，该滤波器被称为“自然密度滤波器”，而第一和第二滤波器则分别被遮住一半。与此相应的是，两个CO2检测器中的一个和参考检测器中的一个仅仅接收到既通过了“自然密度滤波器”也通过了CO2滤波器或参考滤波器而到达的红外辐射。在分析装置中得出两个CO2检测器的输出信号之差和两个参考检测器的差。然后将所述两个差相除。例如在确定患者呼吸中的CO2时需要这种CO2传感器，以便可以在麻醉过程中更好地对患者进行监视。在US 6 369 716 B1中描述了气体传感器、尤其是CO2传感器的另一个应用领域。其中，CO2传感器用于测定室内CO2含量(二氧化碳含量)，以便可以借助于测量值控制室内空气。室内CO2浓度应当在800ppm和1200ppm之间，因为在更高的浓度下可能产生疲劳感。在建筑领域的自然浓度通常在约400ppm。可以借助于CO2传感器确定必须送入多少新鲜空气，以便达到所期望的CO2浓度。同样的考虑也适用于不能超过预定阈值的其它气体，例如CO(一氧化碳)或类似物。如上所述，下面将结合对CO2的测量来对本专利技术进行说明。但是，本专利技术也可以应用其它气体。一种测量空气中的CO2的方法基于气相的传感器(Gasphasen-basiertenSensor)，其中应用非色散红外光谱(NDIR)。在这种方法下，根据CO2对红外辐射的吸收而确定CO2的含量，也就是说，红外辐射在确定的窄轮廓波长范围内的份额是可以用于确定CO2浓度的参数。这种传感器的缺点在于，它有相对较大的功率消耗。US 5 081 998所公开的装置需要一个辐射源，这点造成无论如何在更长期使用的情况下不适用于电池驱动的应用。此外，这种红外辐射源通常需要一定的加热时间，因此在没有一定的准备的条件下不总是能在希望时进行测量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是对红外传感器的应用进行简化。这一技术问题通过上述类型的气体传感器这样地得以解决，即，将一个滤波器的通带设置于另一个滤波器的通带内，并且由分析装置形成所述检测器信号之差并将其基于所述检测器的信号进行标准化。可以利用这种设计实现对显著更多的红外辐射进行分析。这样，红外辐射并未被分成两个分开的范围，其中每个检测器仅仅采集一个范围。相反，现在一个检测器采集具有预定光谱范围的红外辐射，该光谱范围也包括例如待确定的气体、在此是CO2的吸收光谱。另一检测器采集来自不再包括待确定气体的吸收光谱的部分范围的红外光谱。因此，显著地提高了该传感器的灵敏度，也就是说，为了给传感器提供红外辐射，仅提出了较低的要求。由于得出了检测器的输出信号之间的差，因而消除了例如背景噪声等的干扰信号。所述差基于检测器输出信号的标准化使得红外辐射的强度波动得到平衡。也可以使用多于两个的相应地带有更多个滤波器的传感器，其中，各个通带范围相应地重叠。利用这种传感器，也可以获得例如关于温度、室内运动、室内人数等的其它信息。由于实质上可以检测多个辐射，因而可以减少功率损耗，使得可以通过一块电池提供必要的功率。这又为在局部安装和使用时提供了较大的自由。该传感器可以无线地传输其信号。优选的是，第一滤波器的通带大于第二滤波器的通带。与此相应的是，第一滤波器在第二滤波器允许通过的光谱范围之外还包括红外辐射在其中被吸收的光谱范围。优选的是，两个滤波器具有一个共同的临界波长。这简化了分析。这样，可以毫无困难地形成检测器输出信号之间的差，而无需另外的计算步骤。所述临界波长是指限定或界定了通带的波长。以“起始波长”和“终止波长”表示它们。在此，优选的是，两个滤波器具有相同的起始波长。该“起始波长”是这样一个波长，滤波器从该波长起允许辐射通过。该“相同的”起始波长不必在数学意义上相同。通常的公差，例如5％，完全是可以允许的。虽然这种公差对测量结果造成了影响，但是这种影响是可以接受的。优选的是，两个滤波器由彼此相串接的滤波元件形成，其中一个滤波元件对于两个滤波器是相同的，并限定了一个临界波长。这样，所述两个滤波元件就在辐射方向上一个接一个地设置，也就是说，设置在用于红外辐射的源和检测器之间。现在，可以这样设计滤波器装置，使得所述“起始波长”由所述的对于两个滤波器是相同的那个滤波元件限定，而界定了通带的“终止波长”由另外两个滤波元件限定。这是一种可以以相对较高的精度确定所述两个滤波器的通带的简单措施。有利的是，第一滤波器具有比所述第二滤波器的通带大0.3至0.7μm的通带。仅希望以第一滤波器基本上仅覆盖较窄的红外光谱的波长范围或光谱范围，也就是红外辐射在其中被CO2吸收的范围。所述范围对此是足够的。由于其它气体的吸收而对测量结果造成负面影响并导致测量结果错误的风险被保持为小。在此，优选的是，第一滤波器具有3.6至4.5μm范围的通带，而第二滤波器具有3.6至4.0μm范围的通带。一般地来说，共同的光谱范围约为第一滤波器允许通过的光谱范围的一半大小。该光谱范围显然也可以根据待检测的气体或其它参数而移动。然而，已经表明，该波长范围对于CO2是有利的。在一个特别优选的设计中，传感器利用来自环境的自然红外辐射。这样就不要求必须单独供电的且具有特定功率输入的辐射源了。红外辐射通常是普遍存在的，即便是在没有太阳光照射的时候也存在。每个物体基本上具有一定的热辐射。由于现在可以省去红外辐射源，因而“测量范围”也得以扩展，也就是说，可以对室内的更大范围进行相应气体含量的监视。这方便了对“个人室内空气”或“室内空气质量”的监视和调节。不必首先将室内空气供给到传感器，并在该处引导到红外辐射源和带有前置滤波器的检测器之间。如果将该传感器设置在室内的一个可以所谓“概观(ueberblicken)”待监视空气体积的位置，则就已经足够。在此情形下，气体传感器可以说是以简单的方式采集被平均的气体浓度。这样，传感器就确定一个平均值，这个值尤其对于个人室内空气意味着实质上更好的测量结果。显然也可以用该传感器来改善采用灯或其它照明设备来工作的传感器技术。如果使用自然或环境红外辐射，那么就可以降低照明设备的能量。这带来更长的维修间隔和更长的寿命。优选的是，分析装置根据第一检测器的信号将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外传感器，尤其是ＣＯ↓［２］传感器，该传感器带有滤波器装置，在该滤波器装置后面设置有检测器装置，该传感器还带有与该检测器装置相连的分析装置，其中，该滤波器装置具有第一滤波器和第二滤波器，它们被设计成带通滤波器并分别具有一个通带，其中，第一滤波器可以使预定红外频带通过，而第二滤波器则不允许，并且，该检测器装置具有两个检测器，其中每个对应于一个滤波器，其特征在于，一个滤波器（１０）的通带（Ｆ２）设置于另一个滤波器（９）的通带（Ｆ１）内，而分析装置（８）则形成所述检测器（１４，１５）的信号（Ｓ１，Ｓ２）之差，并在一个检测器（１４）的信号（Ｓ１）的基础上对所述信号（Ｓ１，Ｓ２）之差进行标准化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹斯M詹森，莫哈迈德Y本斯利梅纳，
申请(专利权)人：丹佛斯公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]