(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 202210342975.7 (22)申请日 2022.04.02 (71)申请人 山东大学 地址 250013 山东省青岛市 即墨区滨 海路 72号 (72)发明人 陶继方　郑坤宇　徐茂森　 (74)专利代理 机构 青岛华慧泽专利代理事务所 (普通合伙) 37247 专利代理师 刘娜 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/17(2006.01) (54)发明名称 一种基于光路优化的高集成光声气体传感 器 (57)摘要 本发明公开了一种基于光路优化的高集成 光声气体传感器， 包括基板、 与基板形成密封气 室的壳体以及设置于气室内的辐射源， 所述气室 内的基板 上垂直设置有插接板， 所述辐射源设置 于所述插接板上； 所述气室内远离辐射源的壳体 内侧壁上设置吸光结构， 所述气室的壳体内侧壁 上设有数个弧面反射结构， 所述弧面反射结构分 布于气室的壳体内侧壁的上下各个位置， 所述辐 射源发出的光经过数个弧面反射结构反射后到 达吸光结构； 所述气室侧面开设气孔， 所述气孔 上覆盖防水透气膜； 所述气室内位于基板上设置 有传声器、 ASIC芯片以及控制元件。 本发明所公 开的光声气体传感器实现了微型化和集成化目 的， 同时也能提高检测精度、 检测灵敏度和检测 极限。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114674748 A 2022.06.28 CN 114674748 A 1.一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在于， 包括基板、 与基板形成密 封气室的壳体以及设置于气室内的辐 射源， 所述气室内的基板上垂直设置有插接板， 所述 辐射源设置于所述插接板上； 所述气室内远离辐 射源的壳体内侧 壁上设置 吸光结构， 所述 气室的壳体内侧壁上设有 数个弧面反射结构， 所述弧面反射结构分布于气室的壳体内侧壁 的上下各个位置， 所述辐 射源发出 的光经过数个弧面反射结构反射后到达 吸光结构； 所述 气室侧面开设气孔， 所述气孔上覆盖防水透气膜； 所述气室内位于基板上设置有传声器、 ASIC芯片以及控制元件。 2.根据权利要求1所述的一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在于， 所 述辐射源为M EMS光源， 采用QFN形式封装， 且位于 MEMS光源外侧设置有聚光镜 。 3.根据权利要求1所述的一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在于， 所 述辐射源为激光芯片。 4.根据权利要求2或3所述的一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在 于， 所述辐射源外侧安装有透光的绝热外壳。 5.根据权利要求1所述的一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在于， 所 述传声器外侧安装有遮光外壳。 6.根据权利要求1所述的一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在于， 所 述传声器和 辐射源采用裸芯片形式封装。 7.根据权利要求1所述的一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在于， 所 述基板和插接 板为PCB板 。 8.根据权利要求1所述的一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在于， 所 述气室的壳体为金属材质或塑料 材质且内壁镀膜。 9.根据权利要求1所述的一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在于， 所 述防水透气膜为具有筛 选分子功能的分子 筛膜。 10.根据权利要求1所述的一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 其特征在于， 所述气孔和吸光结构位于气室壳体的同一内侧壁上。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114674748 A 2一种基于光路优化的高 集成光声气体传感器 技术领域 [0001]本发明涉及光声测量领域， 特别涉及一种基于光路优化的高集成光声气体传感 器。 背景技术 [0002]随着社会的不断发展， 人们在生产生活中接触到 的气体种类愈发繁杂， 气体浓度 检测对生产生活有着日益重要的影响。 传统气体检测方法包括电化学法、 电气法、 光学法 等。 其中， 基于光学法的气体传感器具有灵敏度高、 选择性 好等众多优点。 [0003]光声效应指的是气体吸收调制光后产生声压的现象， 其基本理论为由光到热再到 声， 产生光声信号的过程。 一种气 体会对某一特定波长的光具有很强的吸收峰， 不同种类气 体会对不同波长的光具有强吸收峰。 气体 吸收调制光后发生跃迁， 跃迁到激发态的分子以 某些形式将这部分能量释放， 释放的能量转化为热能。 基于光声效应的气体浓度传感器常 包括辐射源、 气室、 密闭光声池、 传 声器四个结构 。 在密闭的光声池内， 气 体吸收调制光源所 产生的光信号会产生相同频率的热信号， 根据理想气体状态方程， 相应会产生相同频率的 压力信号， 即光声信号。 光声信号会随气 体浓度增加而增加， 因而 可根据光声信号的大小检 测气体的浓度。 [0004]传统光声气体传感器尺寸往往较大， 以使光具有足够长 的光程被气体分子吸收， 以保证其检测精度、 灵敏度、 检测极限等指标。 同时， 密闭光声池体积往往较大且封装要求 较高， 使得光声传感器难以微型化。 此外， 在传统光声气 体传感器中辐射源及传声器通常需 要经过独立封装后再二次封装到传感器中， 这也导致其集 成化程度不高、 使用复杂、 成本较 高。 发明内容 [0005]为解决上述技术问题， 本发明提供了一种基于光路优化的高集成光声气体传感 器， 以实现微型化、 集成化的光声气体传感器， 并且兼顾到检测精度、 检测灵敏度和检测极 限等指标。 [0006]为达到上述目的， 本发明的技 术方案如下： [0007]一种基于光路优化的高集成光声气体传感器， 包括基板、 与基板形成密封气室的 壳体以及设置于气室内的辐 射源， 所述气室内的基板上垂直设置有插接板， 所述辐 射源设 置于所述插接板上； 所述气室内远离辐 射源的壳体内侧 壁上设置吸光结构， 所述气室的壳 体内侧壁上设有 数个弧面反射结构， 所述弧面反射结构分布于气室的壳体内侧壁的上下各 个位置， 所述辐 射源发出 的光经过数个弧面反射结构反射后到达吸光结构； 所述气室侧 面 开设气孔， 所述气孔上覆盖防水透气膜； 所述气室内位于基板上设置有传 声器、 ASIC 芯片以 及控制元件。 [0008]在其中一个技术方案中， 所述辐 射源为MEMS光源， 采用QFN形式封装， 且位于MEMS 光源外侧设置有聚光镜， 用于聚光， 以获得近准 直出射的光， 以满足光路设计的需要。说　明　书 1/5 页 3 CN 114674748 A 3