高灵敏度的气体温度检测装置
阅读说明：本技术 高灵敏度的气体温度检测装置 (High-sensitivity gas temperature detection device ) 是由 李国强 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本申请涉及高灵敏度的气体温度检测装置,具体而言,涉及温度检测领域。本申请提供的高灵敏度的气体温度检测装置,装置包括：壳体、光源、探测器、光子材料层、膨胀部和支撑部；当需要对待测气体温度进行检测的时候,将待测气体通过该第二腔体的进气口进入该第二腔体内部,由于该膨胀部和支撑部均设置在该第一腔体靠近该第二腔体的一侧,则在温度的作用下,该膨胀部发生膨胀,并将该膨胀部顶部的光子材料层顶起,使得该光子材料层发生倾斜,进而使得光源产生的光信号通过该光子材料层后传播到该探测器上的光信号的光谱发生改变,根据该探测器检测的光信号的光谱的变化情况与待测气体温度的对应关系,得到待测气体温度。(The application relates to a gas temperature detection device of high sensitivity, particularly, relates to the temperature detection field. The application provides a gas temperature detection device of high sensitivity, the device includes: the device comprises a shell, a light source, a detector, a photon material layer, an expansion part and a supporting part; when the gas temperature to be measured needs to be detected, the gas to be measured enters the second cavity through the gas inlet of the second cavity, because the expansion part and the supporting part are arranged on one side of the first cavity close to the second cavity, under the action of temperature, the expansion part expands, and jacks up the photon material layer at the top of the expansion part, so that the photon material layer inclines, further, the spectrum of the optical signal generated by the light source is transmitted to the detector through the photon material layer, and the corresponding relation between the change condition of the spectrum of the optical signal detected by the detector and the gas temperature to be measured is obtained.)
技术领域
本申请涉及温度检测领域，具体而言，涉及一种高灵敏度的气体温度检测装置。
背景技术
温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
热电阻的温度传感器的检测原理是利用金属随着温度变化，其电阻值也发生变化，通过测量电阻，并通过电阻与温度的关系完成对温度的测量，热电偶温度传感器由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。
由于热电阻温度传感器和热电偶温度传感器均需要通过将温度传感器内部的金属进行加热，金属在加热的过程中吸收一定的热量，使得该热电阻温度传感器和热电偶温度传感器对温度的测量存在较大误差。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种高灵敏度的气体温度检测装置，以解决现有技术中热电阻温度传感器和热电偶温度传感器均需要通过将温度传感器内部的金属进行加热，金属在加热的过程中吸收一定的热量，使得该热电阻温度传感器和热电偶温度传感器对温度的测量存在较大误差的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种高灵敏度的气体温度检测装置，装置包括：壳体、光源、探测器、光子材料层、膨胀部和支撑部；壳体内部分隔为第一腔体和第二腔体，第一腔体内部设置有光源、探测器、光子材料层、膨胀部和支撑部，光源设置在壳体的侧壁远离第二腔体的顶端，探测器设置在壳体的侧壁上与光源设置位置相对的位置，膨胀部和支撑部分别设置在第一腔体靠近第二腔体的两端，且膨胀部内部填充有热膨胀材料，支撑部靠近第二腔体的一侧设置有隔热层，支撑部的材料为弹性材料，光子材料层设置在光源和膨胀部与第二腔室之间，且光子材料层为高反射率的两种光子材料周期设置而成，第二腔体靠近壳体侧壁的位置分别设置有进气口和出气口。
可选地，该支撑部的外壁上设置有光致冷薄膜。
可选地，该光子材料层的材料为二氧化硅和聚甲基戊烯。
可选地，该膨胀部的形状为正梯台形。
可选地，该装置还包括吸热传递部，吸热传递部设置在膨胀部靠近第二腔体的一侧。
可选地，该装置还包括热量传播部，热量传播部为多个管状结构。
可选地，该装置还包括第一金属部和第二金属部，第一金属部和第二金属部分别设置在光子材料层远离第二腔体一侧的两端。
可选地，该第一金属部和第二金属部的材料为贵金属材料。
本发明的有益效果是：
本申请提供的高灵敏度的气体温度检测装置，装置包括：壳体、光源、探测器、光子材料层、膨胀部和支撑部；壳体内部分隔为第一腔体和第二腔体，第一腔体内部设置有光源、探测器、光子材料层、膨胀部和支撑部，光源设置在壳体的侧壁远离第二腔体的顶端，探测器设置在壳体的侧壁上与光源设置位置相对的位置，膨胀部和支撑部分别设置在第一腔体靠近第二腔体的两端，且膨胀部内部填充有热膨胀材料，支撑部靠近第二腔体的一侧设置有隔热层，支撑部的材料为弹性材料，光子材料层设置在光源和膨胀部与第二腔室之间，且光子材料层为高反射率的两种光子材料周期设置而成，第二腔体靠近壳体侧壁的位置分别设置有进气口和出气口，由于经过不同介质时在界面的地方会反射，反射率的大小会与介质间折射率大小有关，光子材料层为高反射率的两种光子材料周期设置而成，使得光源产生的光信号经过不同折射率的光子材料层时，光信号经过多层光子材料发生多次反射，各层反射的光信号由于相位角的改变而发生建设性干涉，相互结合在一起，使得探测器检测到强烈的反射光信号，当需要对待测气体温度进行检测的时候，将待测气体通过该第二腔体的进气口进入该第二腔体内部，由于该膨胀部和支撑部均设置在该第一腔体靠近该第二腔体的一侧，则在温度的作用下，该膨胀部发生膨胀，并将该膨胀部顶部的光子材料层顶起，由于该支撑部的材料为弹性材料，则该光子材料层底部设置膨胀部的一侧高度上升，另一端高度下降，使得该光子材料层发生倾斜，使得该光源的入射光信号与光子材料层的夹角发生改变，进而使得光源产生的光信号通过该光子材料层后反射到该探测器上的光信号的光谱发生改变，通过该探测器检测光信号的光谱的变化情况，根据该探测器检测的光信号的光谱的变化情况与待测气体温度的对应关系，得到待测气体温度。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种高灵敏度的温度检测装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的另一种高灵敏度的温度检测装置的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的另一种高灵敏度的温度检测装置的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的另一种高灵敏度的温度检测装置的结构示意图。
图标：10-壳体；11-第一腔体；12-第二腔体；13-进气口；14-出气口；20-光源；30-探测器；40-光子材料层；50-膨胀部；51-吸热传递部；52-热量传播部；60-支撑部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一实施例提供的一种高灵敏度的温度检测装置的结构示意图；如图1所示，本申请提供一种高灵敏度的气体温度检测装置，装置包括：壳体10、光源20、探测器30、光子材料层40、膨胀部50和支撑部60；壳体10内部分隔为第一腔体11和第二腔体12，第一腔体11内部设置有光源20、探测器30、光子材料层40、膨胀部50和支撑部60，光源20设置在壳体10的侧壁远离第二腔体12的顶端，探测器30设置在壳体10的侧壁上与光源20设置位置相对的位置，膨胀部50和支撑部60分别设置在第一腔体11靠近第二腔体12的两端，且膨胀部50内部填充有热膨胀材料，支撑部60靠近第二腔体12的一侧设置有隔热层，支撑部60的材料为弹性材料，光子材料层40设置在光源20和膨胀部50与第二腔室12之间，且光子材料层40为高反射率的两种光子材料周期设置而成，第二腔体12靠近壳体10侧壁的位置分别设置有进气口13和出气口14。
本申请的壳体10、光源20、探测器30、光子材料层40、膨胀部50和支撑部60均设置在壳体10的内部，光子材料层40设置在光源20和膨胀部50与第二腔室12之间，且光源20产生的光经过光子材料层40反射到达探测器30，即将该光子材料层40设置在光源20所在的位置连线构成一个平面，该光子材料层40设置在该光源20和膨胀部50的连线与该第二腔室12之间，该壳体10的形状根据实际需要进行设置，在此不做具体限定，为了方便加工，一般的，将该壳体10的形状设置为长方体结构，且该壳体10为空腔结构，该空腔结构的壳体10内部设置有该光源20、探测器30和光子材料层40，该光源20用于产生光信号，该探测器30用于检测光信号，该光子材料层40用于对光信号进行反射、透射和折射，该光子材料层40为高反射率的两种光子材料周期设置而成，一般的，该光子材料层40的材料为两种光子材料周期设置而成，使得该二氧化硅材料层和二氧化硅材料层可以对光信号进行较为强烈的反射，该光子材料层40的具体层数和每层的材料根据实际需要而定，在此不做具体限定，为了方便说明，在此以该光子材料层40的层数为三层进行说明，该光源20的照射方向为该光子材料层40上，并且通过该光源20产生的光信号，照射在该光子材料层40的第一层上，并通过该光子材料层40的第一层进行反射，反射到该探测器30上，剩余的光信号穿过该第一层的光子材料层40到达该第二层的光子材料层40，该第二层的光子材料层40将光信号的一部分反射到该第一层的光子材料层40上，反射的这一部分光一部分透过该第一层，另一部分在第一层和第二层之间多层折射，并且还有一部分光透过该第二层到达第三层，这部分光分别透射的部分和反射的部分，反射的部分光反射到第二层，与第二层的光进行混合，在第二层和第三层的之间多层折射，进入到第二层的光信号在第二层和第一层之间多层折射，并之后分别在第一层和第二层之间，第二层和第三层之间形成干涉光，由于经过不同介质时在界面的地方会反射，反射率的大小会与介质间折射率大小有关，光子材料层40为高反射率的两种光子材料周期设置而成，使得光源20产生的光信号经过不同折射率的光子材料层40时，光信号经过多层光子材料发生多次反射，各层反射的光信号由于相位角的改变而发生建设性干涉，相互结合在一起，使得探测器30检测到强烈的反射光信号，并且光信号在该光子材料层40内部进行透射，形成多重干涉，使得反射到该探测器30上的光信号较为强烈；该膨胀部50内部填充有热膨胀材料，该热膨胀材料的种类根据实际需要而定，在此不做具体限定，支撑部60靠近第二腔体12的一侧设置有隔热层，支撑部60的材料为弹性材料，该第二腔体12靠近壳体10侧壁的位置分别设置有进气口13和出气口14，该进气口13和出气口14的尺寸根据实际需要而定，在此不做具体限定，当需要对待测气体温度进行检测的时候，将待测气体通过该第二腔体12的进气口13进入该第二腔体12内部，由于该膨胀部50和支撑部60均设置在该第一腔体11靠近该第二腔体12的一侧，则在温度的作用下，该膨胀部50发生膨胀，并将该膨胀部50顶部的光子材料层40顶起，由于该支撑部60的材料为弹性材料，则该光子材料层40底部设置膨胀部50的一侧高度上升，另一端高度下降，使得该光子材料层40发生倾斜，使得该光源20的入射光信号与光子材料层40的夹角发生改变，进而使得光源20产生的光信号通过该光子材料层40后反射到该探测器30上的光信号的光谱发生改变，通过该探测器30检测光信号的光谱的变化情况，根据该探测器30检测的光信号的光谱的变化情况与待测气体温度的对应关系，得到待测气体温度，需要说明的是，该探测器30检测的光信号的光谱的变化情况与待测气体温度的对应关系，根据实验测量得到，在此不做具体限定，一般的，该膨胀部50为顶部开口的结构，方便该膨胀部50在受热膨胀后，将该光子材料层40顶起。
本申请具体的有益效果为：1、本装置通过温度的改变，改变了光子材料层40的倾斜度，设置合适参数下形成的布拉格反射腔首先其具备强的光干涉功能，使得测量更加灵敏，其次布拉格反射腔受到倾斜程度的影响很大，所以本装置非常准确；2、当受到温度的改变后，除了改变了光子材料层40的倾斜度，光子材料层40最下层材料的折射率也会受到温度的影响而改变，折射率的改变大程度上的影响其光谱的变化，所以双重改变使得本装置具备高灵敏高精确度的特性。
可选地，该支撑部60的外壁上设置有光致冷薄膜。
光源20产生的光信号通过该光子材料层40，传递到该支撑部60上，该支撑部60外部设置的光致冷薄膜，在光的作用下温度降低，使得该支撑部60的气压降低，该支撑部60发生收缩，进一步使得光子材料部倾斜，进而使得本申请对气体温度的检测更灵敏。
可选地，该光子材料层40的材料为二氧化硅和聚甲基戊烯。
该光子材料层40的材料为二氧化硅和聚甲基戊烯，由于该光子材料层40为多层结构，则该光子材料层40可以为一层二氧化硅，一层聚甲基戊烯。
图2为本发明一实施例提供的另一种高灵敏度的温度检测装置的结构示意图；如图2所示，可选地，该膨胀部50的形状为正梯台形。
正梯台形的膨胀部50底部受热面积更大，且四周体积的缩小使得其向上膨胀产生的形变更大，进而使得本申请的装置灵敏度更好。
图3为本发明一实施例提供的另一种高灵敏度的温度检测装置的结构示意图；如图3所示，可选地，该装置还包括吸热传递部51，吸热传递部51为热的良导体，具体材料在此不作限制，吸热传递部51设置在膨胀部50靠近第二腔体12的一侧。
该吸热传递部51设置在膨胀部50靠近第二腔体12的一侧，用于将该第二腔体12的壁上的温度更多的传递到该膨胀部50内部，极大的增大了导热效率，使得本申请的装置对气体温度的检测更加准确。
图4为本发明一实施例提供的另一种高灵敏度的温度检测装置的结构示意图；如图4所示，可选地，该装置还包括热量传播部52，热量传播部52的材料为热的良导体，热量传递部52为多个管状结构，多个管状结构设置垂直与第一腔体11的壁，设置在膨胀部50内部。
多个管状结构设置垂直与第一腔体11的壁，设置在膨胀部50内部，将该第二腔体12的壁上的热量传递至上部的膨胀部50内部，以此使得测量在膨胀部50的热量传递均匀，如此使得系统更加灵敏。
可选地，该装置还包括第一金属部和第二金属部，第一金属部和第二金属部分别设置在光子材料层40远离第二腔体12一侧的两端。该第一金属部和第二金属部的材料为贵金属材料。
第一金属部和第二金属部分别设置在光子材料层40靠近光源20的一侧的两端，该第一金属部和第二金属部，第一金属部和第二金属部为金属光栅结构。这样一来，光源20发出的光在金属光栅上产生表面电磁波，这些表面电磁波耦合进入光子晶体材料40，并且沿着光子晶体材料40传播，在另一端通过金属光栅的辐射，光进入探测器30。应用金属光栅结构能够使得更多的光传递到探测器30。由于光源20发出的光耦合进入金属光栅时，严重地依赖于金属光栅的朝向，所以本方案能够实现更高灵敏的温度探测。
该第一金属部和第二金属部的材料可以为贵金属中的一种，也可以为贵金属中的多种组合形成的混合贵金属材料，若该第一金属部和第二金属部的材料为贵金属中的多种组合形成的混合贵金属材料，则贵金属的种类和各个贵金属的比例，根据实际需要而定，在此不做具体限定。
本申请提供的高灵敏度的气体温度检测装置，装置包括：壳体10、光源20、探测器30、光子材料层40、膨胀部50和支撑部60；壳体10内部分隔为第一腔体11和第二腔体12，第一腔体11内部设置有光源20、探测器30、光子材料层40、膨胀部50和支撑部60，光源20设置在壳体10的侧壁远离第二腔体12的顶端，探测器30设置在壳体10的侧壁上与光源20设置位置相对的位置，膨胀部50和支撑部60分别设置在第一腔体11靠近第二腔体12的两端，且膨胀部50内部填充有热膨胀材料，支撑部60靠近第二腔体12的一侧设置有隔热层，支撑部60的材料为弹性材料，光子材料层40设置在光源20和膨胀部50与第二腔室12之间，且光子材料层40为高反射率的两种光子材料周期设置而成，第二腔体12靠近壳体10侧壁的位置分别设置有进气口13和出气口14，由于经过不同介质时在界面的地方会反射，反射率的大小会与介质间折射率大小有关，光子材料层40为高反射率的两种光子材料周期设置而成，使得光源20产生的光信号经过不同折射率的光子材料层40时，光信号经过多层光子材料发生多次反射，各层反射的光信号由于相位角的改变而发生建设性干涉，相互结合在一起，使得探测器30检测到强烈的反射光信号，当需要对待测气体温度进行检测的时候，将待测气体通过该第二腔体12的进气口13进入该第二腔体12内部，由于该膨胀部50和支撑部60均设置在该第一腔体11靠近该第二腔体12的一侧，则在温度的作用下，该膨胀部50发生膨胀，并将该膨胀部50顶部的光子材料层40顶起，由于该支撑部60的材料为弹性材料，则该光子材料层40底部设置膨胀部50的一侧高度上升，另一端高度下降，使得该光子材料层40发生倾斜，使得该光源20的入射光信号与光子材料层40的夹角发生改变，进而使得光源20产生的光信号通过该光子材料层40后反射到该探测器30上的光信号的光谱发生改变，通过该探测器30检测光信号的光谱的变化情况，根据该探测器30检测的光信号的光谱的变化情况与待测气体温度的对应关系，得到待测气体温度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。