【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体检测，具体涉及一种微型光学气体传感器。
技术介绍
1、氧气消耗量测量是准确评估人体心肺功能的一个重要指标，而人体呼吸的氧气经过血液循环运输到肺部参与人体新陈代谢，产生的二氧化碳通过呼吸运动排出到体外,作为人体代谢产物的呼吸二氧化碳,其浓度已经被认为与体温、呼吸、脉搏、血压、动脉血氧饱和度等同样的基本生命体征,在麻醉监测、重症监护以及肺功能评估等领域中广泛应用，因此在医学上对于呼吸氧气和二氧化碳的检测具有重要意义。
2、临床上对于测量呼吸气体（如氧气、二氧化碳）的传感器的基本要求一是要求体积小、重量轻，这样受试者在呼吸道上测量时不会感到不适；二是要求响应时间快速，即受试者在以一定的呼吸节律吸入或呼出气体时候，传感器对气体满足很短的时间分辨率是必须的，这样可以对受试者的逐次呼吸进行连续分析。目前市面上适合临床呼吸监测应用的氧气传感器和二氧化碳传感器多是采用两种不同原理的传感器分别检测，如氧气传感器多采用顺磁原理、电化学原理、固体电解质原理、可调谐激光原理；适合检测呼吸二氧化碳气体的传感器多采用非分光红外原理，而传感器的肺功能测试系统安装配置方式一般有两种，一种是在受试者口鼻处的流量传感器后面依次串联设置微型混合腔室、二氧化碳传感器、氧气传感器以及抽气泵，通过抽气泵按比例抽取呼出气到微型混合腔室后，呼出气依次经过二氧化碳传感器和氧气传感器来先后检测，这种方式适用于对测试响应速度要求不高的气体分析装置；另一种是采用能实现快速分析的氧气传感器和二氧化碳传感器，直接分析受试者口鼻处吸入和呼出每一瞬间的气体成分，
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提出一种同时检测氧气和二氧化碳的体积小、测试精度高且响应快速的气体传感器。
2、为实现上述目的，本专利技术提出的一种微型光学气体传感器，用于测量呼吸气中的氧气和二氧化碳，所述微型光学气体传感器包括：
3、壳体，设置有进气单元和出气单元；
4、微型气腔室，设于所述壳体内，以供待测呼吸气流动；所述微型气腔室设有第一光输入端、第二光输入端、第一光输出端、第二光输出端、进气口以及出气口，且所述进气口和出气口分别与所述壳体的进气单元和出气单元连通；
5、氧气检测单元，设于所述壳体，包括第一光源和第一探测器，所述第一光源为半导体激光光源，用于发射第一光束至所述气室的第一光输入端，所述第一探测器用于接收自所述气室的第一光输出端射出的光束并生成第一探测信号；
6、二氧化碳检测单元，设于所述壳体，包括第二光源和第二探测器，所述第二光源为非分光红外光源或半导体激光光源，用于发射第二光束至所述气室的第二光输入端，所述第二探测器用于接收自所述气室的第二光输出端射出的光束并生成第二探测信号；以及，
7、控制处理单元，与所述第一光源、所述第二光源、所述第一探测器、所述第二探测器电连接，用于控制所述第一光源发射所述第一光束并接收处理自所述第一探测器传输的第一探测信号得到氧气浓度、以及控制所述第二光源发射所述第二光束并接收处理自所述第二探测器传输的第二探测信号得到二氧化碳浓度。
8、进一步的，所述微型气腔室体积为0.5ml~3ml。
9、进一步的，所述第二光源为非分光红外光源；所述第一光输入端和第一光输出端位于所述微型气腔室在其长度方向上的两端，以使所述第一光源发出的第一光束经所述第一光输入端进入所述微型气腔室后，经所述第一输出端被所述第一探测器接收；
10、所述第二光输入端和第二输出端位于所述微型气腔室在其宽度方向的相对位置上，以使所述第二光源发出的第二光束经所述第二输入端进入所述微型气腔室后，经所述第二输出端被所述第二探测器接收。
11、进一步的，所述微型气腔室包括设置在其长度方向上两端的第一凹面反射镜和第二凹面反射镜；所述第一光输入端设置在第一凹面反射镜上，所述第一光输出端设置在第二凹面反射镜上，使自所述第一光输入端射入的第一光束通过所述第一凹面反射镜和所述第二凹面反射镜多次反射后经所述第一光输出端射出。
12、进一步的，所述微型气腔室还包括分别设置在所述第一凹面反射镜和第二凹面反射镜上的两个限制插件，以削减所述微型气腔室内的冗余体积；所述的两个限制插件之间有间隙以供所述二氧化碳检测单元的检测光路通过。
13、进一步的，所述的进气单元和出气单元沿所述微型气腔室的长度方向间隔设置，且分设于所述微型气腔室在其宽度方向上的两侧，以使待测呼吸气通过所述进气单元进入所述微型气腔室后，沿着所述微型气腔室的内壁曲面的切线方向流动并最终从所述出气单元流出。
14、进一步的，所述第二光源为半导体激光光源；所述第一光输入端和所述第二光输入端位于所述微型气腔室在其长度方向上的第一端，所述第一光输出端和所述第二光输出端位于所述微型气腔室在其长度方向上的第二端；或者，所述第二光源为半导体激光光源，所述第一光输入端和所述第二光输出端位于所述微型气腔室在其长度方向上的第一端，所述第二光输入端和所述第一光输出端位于所述微型气腔室在其长度方向上的第二端。
15、进一步的，所述的微型气腔室的内腔直径为2~6mm。
16、进一步的，所述微型光学气体传感器还包括设置在所述微型气腔室长度方向上两端的第一半透半反镜和第二半透半反镜，以使所述第一光源发射光透过所述第一半透半反镜后经第一光输入端进入所述微型气腔室，经第一输出端射出透过第二半透半反镜后被第一探测器接收，形成氧气检测单元的检测光路；
17、以及使所述第二光源发射光经过所述第一半透半反镜反射后经第二光输入端进入所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微型光学气体传感器，用于测量呼吸气中的氧气和二氧化碳，其特征在于，所述微型光学气体传感器包括：
2.如权利要求1所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述微型气腔室体积为0.5ml~3ml。
3.如权利要求1或2所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述第二光源为非分光红外光源；所述第一光输入端和第一光输出端位于所述微型气腔室在其长度方向上的两端，以使所述第一光源发出的第一光束经所述第一光输入端进入所述微型气腔室后，经所述第一输出端被所述第一探测器接收；
4.如权利要求3所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述微型气腔室包括设置在其长度方向上两端的第一凹面反射镜和第二凹面反射镜；所述第一光输入端设置在第一凹面反射镜上，所述第一光输出端设置在第二凹面反射镜上，使自所述第一光输入端射入的第一光束通过所述第一凹面反射镜和所述第二凹面反射镜多次反射后经所述第一光输出端射出。
5.如权利要求4所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述微型气腔室还包括分别设置在所述第一凹面反射镜和第二凹面反射镜上的两个限制插件，以削减
6.如权利要求1-5任一所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述微型气腔室的进气口和出气口沿所述微型气腔室的长度方向间隔设置，且分设于所述微型气腔室在其宽度方向上的两侧，以使待测呼吸气通过所述进气单元进入所述微型气腔室后，沿着所述微型气腔室的内壁曲面的切线方向流动并最终从所述出气单元流出。
7.如权利要求1所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述第二光源为半导体激光光源；所述第一光输入端和所述第二光输入端位于所述微型气腔室在其长度方向上的第一端，所述第一光输出端和所述第二光输出端位于所述微型气腔室在其长度方向上的第二端；或者，
8.如权利要求7所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述的微型气腔室的内腔直径为2~6mm。
9.如权利要求7或8所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，还包括设置在所述微型气腔室长度方向上两端的第一半透半反镜和第二半透半反镜，以使所述第一光源发射光透过所述第一半透半反镜后经第一光输入端进入所述微型气腔室，经第一输出端射出透过第二半透半反镜后被第一探测器接收，形成氧气检测单元的检测光路；
10.如权利要求9所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述第一光源和第二光源处分别设置一准直透镜；所述第一探测器和第二探测器处分别设置一聚焦透镜。
11.如权利要求7或8所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，还包括位于所述微型气腔室两端的第一封装结构和第二封装结构，所述第一封装结构包括所述第一光源和所述第一探测器中之一、以及所述第二光源和所述第二探测器中之一，所述第二封装结构包括所述第一光源和所述第一探测器中另一、以及所述第二光源和所述第二探测器中另一。
12.如权利要求11所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述第一光输入端、所述第二光输入端和所述第一封装结构位于所述气室的第一端，所述第一封装结构包括所述第一光源和所述第二光源；
13.如权利要求12所述的气体传感器，其特征在于，所述第一封装结构还包括第一管座、第一管帽、第一载板、第一NTC元件、第一TEC元件、第二载板、第二NTC元件、第二TEC元件、第一挡板、第一透镜和第二透镜，所述第一管帽盖设于所述第一管座上，所述第一管座上并排设有所述第一载板和所述第二载板，所述第一挡板设于所述第一载板和所述第二载板之间，所述第一光源设于所述第一载板上，所述第二光源设于所述第二载板上，所述第一、第二NTC元件分别设于所述第一载板和第二载板上，所述第一、第二TEC元件分别与所述第一载板和第二载板连接，所述第一管帽对应所述第一光源开设有第一通孔、以及对应所述第二光源开设有第二通孔，所述第一透镜设于所述第一通孔，所述第二透镜设于所述第二通孔；
14.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，所述第一光输入端、所述第二光输出端和所述第一封装结构位于所述气室的第一端，所述第一封装结构包括所述第一光源和所述第二探测器；
15.如权利要求14所述的气体传感器，其特征在于，所述第一封装结构还包括第三管座、第三管帽、第三载板、第三NTC元件、第三TEC元件、第三垫块、第三挡板、第五透镜和第六透镜，所述第三管帽盖设于所述第三管座上，所述第三NTC元件设于所述第三载板上，所述第三TEC元件与所述第三载板连接，所述第三管座上并排设有所述第三载板和所述第三垫块，所述第三挡...
【技术特征摘要】
1.一种微型光学气体传感器，用于测量呼吸气中的氧气和二氧化碳，其特征在于，所述微型光学气体传感器包括：
2.如权利要求1所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述微型气腔室体积为0.5ml~3ml。
3.如权利要求1或2所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述第二光源为非分光红外光源；所述第一光输入端和第一光输出端位于所述微型气腔室在其长度方向上的两端，以使所述第一光源发出的第一光束经所述第一光输入端进入所述微型气腔室后，经所述第一输出端被所述第一探测器接收；
4.如权利要求3所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述微型气腔室包括设置在其长度方向上两端的第一凹面反射镜和第二凹面反射镜；所述第一光输入端设置在第一凹面反射镜上，所述第一光输出端设置在第二凹面反射镜上，使自所述第一光输入端射入的第一光束通过所述第一凹面反射镜和所述第二凹面反射镜多次反射后经所述第一光输出端射出。
5.如权利要求4所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述微型气腔室还包括分别设置在所述第一凹面反射镜和第二凹面反射镜上的两个限制插件，以削减所述微型气腔室内的冗余体积；所述的两个限制插件之间有间隙以供所述二氧化碳检测单元的检测光路通过。
6.如权利要求1-5任一所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述微型气腔室的进气口和出气口沿所述微型气腔室的长度方向间隔设置，且分设于所述微型气腔室在其宽度方向上的两侧，以使待测呼吸气通过所述进气单元进入所述微型气腔室后，沿着所述微型气腔室的内壁曲面的切线方向流动并最终从所述出气单元流出。
7.如权利要求1所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述第二光源为半导体激光光源；所述第一光输入端和所述第二光输入端位于所述微型气腔室在其长度方向上的第一端，所述第一光输出端和所述第二光输出端位于所述微型气腔室在其长度方向上的第二端；或者，
8.如权利要求7所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，所述的微型气腔室的内腔直径为2~6mm。
9.如权利要求7或8所述的一种微型光学气体传感器，其特征在于，还包括设置在所述微型气腔室长度方向上两端的第一半透半反镜和第二半透半反镜，以使所述第一光源发射光透过所述第一半透半反镜后经第一光输入端进入所述微型气腔室，经第一输出端射出透过第二半透半反镜后被第一探测器接收，形成氧气检测单元的检测光路；
10.如权利要求9所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊友辉，阮飞，吴华钦，吴朝辉，梁荣安，马学李，刘申，罗海峰，
申请(专利权)人：四方光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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