TW201200858A - A photoelectric gas sensor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Description

201200858 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種光電式氣體感測裴置及其製造方法 ，尤指一種應用於感測氣體的感測裴置及其掣造方法 【先前技術】 ' 為了防止生活中的各種有毒、可燃性、爆炸性或 息性的氣體洩漏，而危害人體甚至造成環境上的傷宝 界已對於能㈣測各種不同氣體分子的感測裝置投二研办 ’並著重於高敏度、低成本、性佳、反應快速、^ 定性與再現性等效能。而目前常見之氣體感測裝置的=型、 主要有電化學式、固態電解式、半導體式金光風式等、I 其中，電化學式氣體感測裝置是將待測氣：容解 化學槽之液態電解質中，而發生氧化還原反應並產生電、& 或電壓的變化，藉此制氣體。固態電解式氣 = 是以固體離子導體作為電解質，再加上陰、陽極㈣^置 =產=利J濃淡電池原理’亦即兩電極之氣體濃度不ΐ 蚀ί 若其中之—電極的氣體壤度為已知，則可 使用 >圼斯特方程式求得另一電極之氣體漢度。半導 要是利用金屬氧化物作為感測材料，：由金 屬乳化物表面吸附氣體之含量多寡所產 監測周圍的氣體濃度變化。 電p父化’來 而光學式氣體感測裝置大部分是採用 感:光:t閱體第：斤示’其為習知光學式氣體感測裝i 該先學式乳體感測裝置包含一腔體13、 罝 一光譜據波片3a及-光學感測器4a，該腔體以且有a斜 流孔山，待測氣體由對流孔lla進入與料，並心 4/19 201200858 所糾具麵定波聽圍之_光， =内進行反射與傳遞’某-特定波長之紅外光= W慮波;i 3a而被光學感· 4a所接收。光 裝置的原理是_特定波絲圍之紅 ^感々 :後:產生之光強度變化量，來感測待測氣體的:類::

:器=均氣==的紅外光進人光學感 止盥所接收_訊號較弱，並且習知 先子式氣體感測裝置的製造較為複雜。 緣士’本發明人有感上述缺失之可改善，乃特 學理之獅，終於提出—種設計合理且有效改善 上3^缺失之本發明。 【發明内容】 及2 ’在於提供—種光電絲體感測裝置 方法’本發明可使氣體感職置生產製造更為容 L選擇比提高、訊號增強、降低雜訊以及接收端㈣均 勻地接收發射源組件所發出之能量。 署制、1 1述之目的，本發明提供—種光電式氣體感測裝 方法，其步驟包括：提供—半腔體模具；以該半腔 具成料半腔體’且該科腔體各具有兩半對流孔以 及一半橢球狀的喊面；於該兩半賴的内表面各成形一 射層，將°亥兩半腔體接合成一腔體，該腔體内表面形成 狀，該兩半腔體的半對流孔相互接合形成兩對流孔； ^仏發射源組件，將該發射源組件設置於該腔體内表面 、'、”纟處，以及提供一接收端組件，將該接收端組件設置 於該腔體内表面的另一焦點處。 本發明另提供-種光電式氣體感測裝置’包括：-腔 5/19 201200858 體’其由兩相同結構之半腔體接合而成，該腔體具有兩對 流孔，該腔體内部形成—容置空間，該容置空間與該兩對 流孔相連通’該腔體内表面_球狀；—反射層，里設置 於該腔體内表面；-微她件，其設置於該兩半腔體的至 少其中之…該微調組件使該兩半腔體形成間隔地設置； 以及-發射源組件與-接收端、组件，其分別設置於該擴球 狀腔體内表面的左右兩焦點，該發射源組件發出之能量經 該反射層反射到雜收端組件，並於該接收端上形成 一聚隹而。 本發明具有下述有益的效果： ⑴本^發射源組件發出之能量經反射層反射到接 收端、、且件’藉以使光電式氣體感測裝置的選擇比 提高且訊號增強。 (2)本，明為相同結構之兩半腔體組合而成。藉此，設 指具時僅需一模之結構，使成形更為容易 ，進而 f光電式氣體感職造較為容易且降低生產 成本。 )㈣彳政雖件可有效地控彻半腔體間的間 】,而令接收端組件可均句地接收發射源組件所 發出之能量。 閱以;進—步瞭解本發明之特徵及技術内容，請參 附圖式僅與附圖，但是此等說明與所 任何的限制兄明本發明，而麵本發_權利範圍作 【實施方式】 /閱第-圖並且搭配第三圖至第十圖，第二圖為光 6/19 201200858 =式氣體❹m輯造方法的步驟流賴，其步驟包括如 提供-半腔體模具，並以該半腔體模具成形兩半腔體 (如弟二圖和第四圖），且該兩半腔體】各具 11、至少—半擴散孔12、至少—接榫13、至少 以及-+糖球狀的内表面；其中，半擴散孔12、接棒^以 f接合槽14較佳的數量為兩個，但並不以此為限。再者， +腔體1之成形方式可為射出成形賴鑄成形。 喊面各絲—反簡2。當半腔體 反射:2=體成=:1的，塗佈形成 體7方式為灌鑄成形時，將半腔 j内表面和了拋光處觀形敍射層2 内表面進賴錢取形成反崎2。 W枝體1 將该兩半腔體1接合成一 -表面以及反射層皆形成橢球狀，：體：的= 如第七圖）。或者+擴散孔12形成相互錯開之類型（ 内表=:組件4,將該發射源組件4設置於腔體3 内表將該接收端組件5設置於腔们 圖二=6，其具有一第-微調組件61(如第四 腔體二調組件61可移動地裝設於該兩半 第微見，且件調整該兩半腔體工的間距，使該發 7/19 201200858 射源組件4發出之能量經反射層2反㈣接收端組件5後 ，於接收端組件5上形成一聚焦面52，且該聚焦面52可成 形為橢圓形或啞鈴形。 提供一電路板組件7，其具有一第一電路板71 '一第 二電路板72以及一第三電路板73。 將發射源組件4電性連接於該第一電路板71。連接該 第一電路板71與該兩半腔體1的一端緣。 將接收&組件5電性連接於第二電路板π，且於該第 二電路板72成形一放大電路721(如第六圖）。連接該第二 電路板72與該兩半腔體1的另一端緣。 將第三電路板73設置於兩半腔體丨的下方，將第一電 路板71與第二電路板72分別連接於第三電路板73的兩側 〇 微調組件6進一步具有一第二微調組件⑽(如第六圖和 第九圖），第二微調組件62設置於第一電路板71與半腔體 1 一端緣以及第二電路板72與半腔體丨另一端緣，以該第 二微調組件62使兩半腔體丨產生相對的位移，藉以調整兩 半腔體1的間距，進而使聚焦面52成形為橢圓形心亞龄形 〇 提供一殼體9以及一顯示器91(如第十圖），將該顯示 器91設置於兩半腔體丨的上方且固定於殼體9上，顯示器 91電性連接第三電路板73。 ° 凊參閱第二圖至第十圖，其為使用上述方法所製造的 光電式氣體感測裝置’其中，如第三圖和第四圖所示，兩 半腔體1各具有兩接榫13與兩接合槽14，接榫13凸設於 兩半腔體1的相互接合處，而對應於接榫13處凹設形成接 8/19 201200858 合槽14，—兩半腔體！以接棒13和接合槽14相互組接形成 腔體3 ’藉此，設計模具時僅需一模之結構，使成形和脫膜 更為容易並且組裝方便，使生產成本降低 。此外，上述以 半腔體1具有兩個接榫13與兩個接合槽14為例，但並不 以此為限，半腔體i亦可具有—個接榫13與一個接合槽14 ，或疋多個接榫13與多個接合槽μ。 再者’腔體3内部形成一容置空間33(如第八圖所示） 該谷置空間33分別與對流孔31和擴散孔32相連通。藉 此’待測氣體可經對流孔31或擴散孔32流入容置空間幻 内此外’對流孔31與擴散孔32的數量並不受限於上述 的數量’其亦可為其他數量。 當僅需使㈣流孔31 B夺，可將擴散孔32封閉，藉此 ’待測氣體以對流的方式在腔體3内流動；而當週遭環境 適合使用擴散孔32時，可將對流孔31封閉。藉此，待 氣體以擴散的方式在腔體3内流動。因此，光電式氣體感 測裝置可視使用纽況對流或擴散之氣職動方式。 此外’擴散孔32可形成相互錯開之類型(如第七圖所示 藉哪止氣流於腔體3内過度擾動，並且 熱源進入腔體3内。 雜政 再者’亦可將腔體3設計為僅具有對流孔31， 具有擴餘32 ’使得僅f要其巾—魏體流財式的 者更為方便。 請參閱第八圖，發射源組件4具有—紅外線發射 ’接收端組件5具有-非色散式光學感測器51，該； 式光學感卿51内具有至少兩組❹m定波長 二 測元件511，每—偵測科511包含—感測晶片（圖^) 9/19 201200858 目=應於該感測晶片的—光譜濾光片（圖略"其中 相、、目/且則70件511作為參考對照之用；其餘至少一組 *兀511可接收紅外線發射器41所發出之紅外光411 认止可用來偵測在特定波長範圍内被待測氣體吸收的紅 厂u強度艾化！。當該些偵測元件511為兩組時可偵 二種，則氣體’右該些偵測元件為三組時可偵測兩 三則氣體*3玄些偵測元件511為四組時可偵測三種待 測氣體。 碟妓“閱第四圖’該第—微調組件61可為螺絲611，且 1可私動地螺设於其中—個半腔體1，螺絲、611的一 兩半腔體1的相互接合處。因此，可藉由螺絲611 後轉來微㈣開兩半腔體i’藉以調整兩半腔體1間的間 卜線發射益41發出之紅外光411經反射層2反射 光學感測器51後，於非色散式光學感測器51 、隹^八1…面52，且聚焦面52可成形為橢圓形或錢形， 測元件511可均勻的接收紅外光411。再者， ι、σ ά丨層2成形為非理想化橢球面（®略），進而達到 二：^均勻接收紅外光411的效果。此外，本 ^嫩面52形狀以橢圓形或。亞鈴形為例 為限。 612 第·’該第—微输件61亦可為墊片 ==2=1兩半腔體1間’並藉由選擇塾請 的尽度來使*焦© 52成形為橢_或鱗形 偵測元件511可均勻的接收紅外光411。 進7母 請參閱第六圖，發射源組件4與接 接罐連接於第一電路板71與第二電路板72牛上:= 10/19 201200858 第一電路板71與第二電路板72各形成至少一調整孔7ιι 、722與一插接端712、723，且調整孔711、722可為長形 ’第三々電路板73對應於插接端712、723形成有兩插接孔 731，第一電路板71與第二電路板72分別以插接端712、 723插設於第三電路板73的插接孔731内。其中，放大電 路721形成於第二電路板72，因此，在訊號的傳輪上可達 到有效地降低雜訊。

请麥閱第六圖和第九圖，該第二微調組件62可為螺絲 621 ’螺絲621穿過第一電路板71與第二電路板72的調整 孔71卜722 ’並且螺絲621可於長形的調整孔71卜π]内 作，幅的上下移動(如第九圖），其後’再鎖固於半腔體]上 。藉此，可微幅調整兩半腔體丨間的間距，使聚声面52成 形為橢圓形或鱗形’進而令每—偵測元件5U、可均句的 接收紅外光41卜再者，第二微調組件62不僅可以搭配第 一微調組件61使用（圖略），第二微調組件62亦可單獨使用 此外於κ際使用時，調整孔621外形並不限^於長带 ，調整孔621外形亦可為其他形狀。 / 本發明具有簡便的裝配組立方式，請參閱第六圖，此 方式首先―_方式將第—板71與第二電路板72 =固：兩半腔體1的兩端，藉以固定兩她的相 = 方式將第一電路板71與第二電路板72 ；~ "反73上，其後，於插接處再以焊接的方式 電路板71與第二電路板72焊固於第三電路板乃上 驶取後’於，接處進行膠合。以上述簡便的方式即可完成 裝配組立，藉以進一步降低生產成本。 睛參閱第八圖和第九圖，腔體3與電路板組件7之間 11/19 201200858 放各式元件 形成一置物空間74,置物空間74可供設置或擺 與零件。 另’光電式4體感測裝置可藉由電路板組件7傳 示訊號給使用者，或是與空調系統相結合，藉此，應用^ 各種需要偵測氣體的環境。 ' 請參閱第十圖，該電源組件8電性連接電路板組件7 、’若需攜㈣，電源組件可使用電池81提供光電式氣 測裝置所需之電能，若僅置放於定點，則可使用電源插頭 82插設於供電之插㈣，藉啸供光電式氣體感測裝 需之電能。此外’該殼體9上設置-顯示器91，顯示器91

電性連接電路板組件7，藉以提供光電式氣體感職 偵測到的氣體濃度。 T 〔本發明之特點〕 ⑴本發縣發射源組件4與接㈣組件5分別設置於 橢球狀腔體3内表面的兩焦點，並於腔體3内表面 k D又反射層2 ’使發射源組件4發出之能量經反射 層2反射到接收端組件5。藉此，可使光電式氣 (2) 體感測裝置的選擇比提高且訊號增強。 本發明的腔體3為相同結構之兩半腔社组合而成 j此’設龍具時僅f—模之結構，使成形更為 谷易’進而料電式氣體感測裝置製造較為容易且 降低生產成本。 (3)本發明的腔體3具有對流孔31與擴散孔^。藉此 二，狀况選擇對流或擴散之氣體 符合使用者的需求。 ⑷本發明的擴散孔32可形成錯開之類^，藉以防止 12/19 201200858 氣流於腔體3内過度擾動，並且避免腔體3内有外 部之雜散熱源進入。 (5) 本發明的微調組件6可有效地控制兩半腔體丨間的 間距，錯以使聚焦面52可成形為搞圓形或β亞铃形 ’進而令非色散式光學感測器51可均勻的接收紅 外光411。 (6) 本發明的放大電路721形成於第二電路板72，因 鲁 此，在訊號的傳輪上可有效地降低雜訊。 (7) 本發明的電源組件8具有電池81與電源插頭82。 藉此，可隨身攜帶光電式氣體感測裝置，或者將光 電式氣體感測裝置設置於定點。

At惟以上所揭露者，僅為本發明較佳實施例而已，自不 把从此限定本發明之權利範圍，因此依本發明申請範圍所 做之岣等變化或修飾，仍屬本發明所涵蓋之範圍。 【圖式簡單說明】 • f一圖為習知光學式氣體感測裝置的示意圖。 第二圖為本發明的步驟流程圖。 第二圖為本發明半腔體的立體示意圖。 f四圖為本發明第一微調組件為螺絲的立體分解圖。 弟五圖為本發明第一微調組件為墊片的立體分解圖。 第六圖為本發明第二微調組件為螺絲的立體分解圖。 第七圖為本發明腔體内待測氣體流動的示意圖。 第八圖為本發明兩半腔體間為密合的平面示意圖。 第九圖為本發明兩半腔體間有間距的平面示意圖。 第十圖為本發明的立體示意圖。 【主要元件符號說明】 13/19 201200858 〔習知技術〕 la腔體 11a對流孔 2a紅外光源 3a光譜滤波片 4a光學感測器 〔本發明〕 1半腔體 11半對流孔 12半擴散孔 13接榫 14接合槽 2反射層 3腔體 31對流孔 32擴散孔 33容置空間 4發射源組件 41紅外線發射器 411紅外光 5接收端組件 51非色散式光學感測器 511偵測元件 52聚焦面 6微調組件 201200858 61第一微調組件 611螺絲 612墊片 62第二微調組件 621螺絲 7電路板組件 71第一電路板 711調整孔 712插接端 72第二電路板 721放大電路 722調整孔 723插接端 73第三電路板 731插接孔 74置物空間 8電源組件 81電池 82電源插頭 9殼體 91顯示器 15/19

Claims (1)

1. 201200858 七、申請專利範圍： 1、一種光電式氣體感測裝置製造方法，其步驟包括： 提供一半腔體模具； · 以該半腔體模具成形兩半腔體，且該兩半腔體各具 兩半對流孔以及一半橢球狀的内表面； 於該兩半腔體的内表面各成形一反射層； 將該兩半腔體接合成-腔體，該腔體内表面形成擴球 狀，該兩半腔體的半對流孔相互接合形成兩對流孔； 提供-發射源組件，將該發射源組件設置㈣腔 表面的焦點處；以及 提供-接收端組件，將該接收端組件設置於該腔 表面的另一焦點處。 贺、Α 2 方^如申=專利範圍第1項所述之光電式氣體感測裂置 =方法’其中該兩半腔體之成形方式為射出成形 成形。 % ㈣3方η專利範圍第2項所述之光電式氣體感測裝置 a方法’其中該兩半腔體之成形方式為射出成 該兩半腔體的内表面塗佈形成該反射層。 製迭範圍第2項所述之光電式氣體感測扪 半腔體之成形方式為灌鑄成形時1 以兩+月工體内表面進行拋光處理以形成該反射層，或者并 該兩半腔體内表面進行驗處理以形成該反射層。 5、如申請專·㈣w所述之光電式氣^ 衣造方法，其中該兩半腔體各形成有至少-擴散孔\、 製造6方法如申Γφ專利範圍第1項所述之光電式氣體感測裝遭 I 其中該兩半腔體各形成有至少-接榫以及至少 16/19 201200858 一接合槽。 7、如申請專利範圍第1項所述之光電式氣體感測裝置 製造方法，其步驟進一步包括： 提供一微調組件，將該微調組件可移動地裝設於該兩 半腔體的至少其中之一；以及 以該微s周組件調整該兩半腔體的間距，使該發射源組 件發出之能量經該反射層反射到該接收端組件後，於該接 收端組件上形成一聚焦面。

   8、如申請專利範圍第7項所述之光電式氣體感測裝置 製造方法，其中以該微調組件調整該兩半腔體的間距，使 該聚焦面成形為橢圓形或啞鈴形。 ,9、如申請專利範圍第1項所述之光電式氣體感測裝置 製造方法，其步驟進一步包括： 提供一第一電路板，將該發射源組件電性連接於該第 一電路板； 連接該第一電路板與該兩半腔體的一端緣； 一提供一第二電路板，將該接收端組件電性連接於該第 電路板，且於邊第二電路板成形一放大電路； ，接該第二電路板與該兩半腔體的另一端緣；以及 體的第三電路板，將該第三電路板設置於該兩半腔 第三電路板電路板與該第二電路板分別連接於該 如申明專利範圍第9項所述之来雷4 Α* ΗΑ 置製造方半甘丄 貝所之光電式氣體感測裝 气览'，、中§亥第一電路板與該兩半腔體— 该第二雷敗4c & 玄而緣以及 路板與该兩半腔體另一端 件，以該捭·& ^我5又—微調組 U凋組件使該兩半腔體產生相對 17/19 201200858 η、如申請專利範圍第9項所述之光電式氣體感測裝置 ^方法’其步驟進—步包括：提供1示器，將該顯示 盗設置於該兩半腔體的i方’1該顯示n電性$接該第三 u、一種光電式氣體感測裝置，包括： 一腔體，其由兩相同、结構之半腔體接合而成，該腔體 /、有兩對流孔，該腔體内部形成一容置空間，該容置空間 與該兩對流孔相連通，該腔體内表面為橢球狀； 二B 一反射層’其設置於該腔體内表面； 一微調組件，其設置於該兩半腔體的至少其中之一， 該微調組件使該兩半腔體形成間隔地設置；以及 發射源組件與一接收端組件，其分別設置於該橢球 狀腔體内表面的左右兩焦點，該發射源組件發出之能量經 ~反射層反射到該接收端組件，並於該接收端組件上形成 一聚焦面。

   1 甘3、如中請專利範圍第12項所述之光電式氣體感測裝 八中該聚焦面為橢圓形或啞鈴形。 14、如申請專利範圍 置，其中該兩半腔體各具 擴散孔相連通。 第12項所述之光電式氣體感測裝 有一擴散孔’該容置空間與該兩 置淮明專利乾圍第12項所述之光電式氣體感測裝 腔體的兩：以组件，該電路板組件設置於該 件與該接收端崎電路板組件電性連接該發射源組 ，及一顯示器，其設置於該腔體的上 仕電性連接該電路板組件；其中，該電路板組 八 一電路板、—第二電路板以及一第三電路板， 18/19 201200858 該腔體兩側分別連接於該第一電路板與該第二電路板，該 第三電路板設置於該腔體下方，該第一電路板具有一調整 孔，該微調組件穿過該調整孔且將該第一電路板固定於該 腔體，該微調組件於該調整孔内移動使該兩半腔體形成間 隔地設置。

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