一種氣體光譜吸收型傳感裝置製造方法
2023-07-28 16:44:46
一種氣體光譜吸收型傳感裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種氣體光譜吸收型傳感裝置,其不同之處在於：其包括外殼、DFB雷射器、準直透鏡、反射鏡組、探測器、鎖相放大器、雷射器驅動和溫度控制單元、微處理器、液晶顯示單元，所述準直透鏡與反射鏡組固定在所述外殼上，外殼底部留有氣孔，準直透鏡與反射鏡組之間留有間隙，各個射鏡之間均留有間隙。本實用新型體積小，靈敏度高，結構簡單。
【專利說明】一種氣體光譜吸收型傳感裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種氣體光譜吸收型傳感裝置，尤其涉及到以窄線寬光譜吸收為核心技術檢測氣體濃度的傳感裝置。
【背景技術】
[0002]在工業生產領域中，實時、準確地對易燃、易爆、有毒、有害氣體進行監測預報和自動控制已成為當前煤炭、石油、化工、電力等行業函待解決的重要問題之一。同樣在生態環境領域中，人類對生態環境保護與淨化的意識越來越高，迫切要求監測、監控有毒、有害氣體以，減少環境汙染，確保身心健康。因此，針對氣體傳感監測系統的研製勢在必行，成為當今傳感技術研發的一個重要課題。
[0003]目前市場上氣體檢測方式主要有:光學式，半導體式，固體電解質式，接觸燃燒式，電化學式等。其中光學式以其靈敏度高、動態掃描範圍大，響應速度高、防電磁幹擾等。而光學式氣體傳感根據檢測原理又可分為:吸收光譜型、螢光型與幹涉型等。其中吸收光譜型因其靈敏度高，可靠性高與壽命長等優勢，而具有廣泛的市場應用前景。與此同時，隨著光纖傳感技術和光纖通信網絡技術的飛速發展，利用光纖帶寬大、易於成網的特點，發展新一代免維護、抗幹擾、高靈敏度的氣體檢測系統，是目前國際上最新的研究動向。利用波分復用技術，使多個傳感器共用一根傳輸光纖和一個光源可以大大降低整個系統的成本，而且系統網絡化方便了系統的維護管理，為光纖氣體傳感系統走向實用開闢了嶄新的道路。
[0004]具體而言，光譜吸收型氣體檢測方法，尤其是近紅外吸收光譜定量檢測技術實現原理原理是，物質對不同頻率的電磁波有不同的吸收，因此對不同氣體特定的吸收譜線進行分析，根據吸收譜線的位置和強度確定分子的成分和濃度。由於多數有機和無機汙染成分在可見和紅外波段都具有吸收線，利用這些吸收線可以定量分析各種汙染成分。通常DFB雷射器因其具有很高的光譜解析度，而作為氣體探測的光源使用，利用其對待測氣體分子在該光譜範圍內的一條振轉線的光譜吸收進行測量，從而實現氣體濃度的探測。
[0005]根據比爾-朗伯特定律，出射光強I與入射光強IO和氣體體積分數之間的關係為:Ι(ν)=Ι0 (V) EXP [-a (V) CL]，式中，v是雷射中心頻率，I(V)為光通過介質吸收後的透射光強，IO(V)為入射到介質的光強，a (V)為氣體吸收係數，C是介質的濃度，L是吸收路徑的長度。光源的光譜覆蓋了氣體的吸收譜線，光通過氣體後發生了譜線吸收。但當氣體濃度很小時，氣體的吸收峰也很小，輸出光強的變化也很小，測量效果比較差。
【發明內容】
[0006]本實用新型克服現有技術的不足，提供一種氣體光譜吸收型傳感裝置，體積小，靈敏度高，結構簡單。
[0007]為實現上述目的，本實用新型的技術方案為:一種氣體光譜吸收型傳感裝置，其不同之處在於:其包括外殼、DFB雷射器、準直透鏡、反射鏡組、探測器、鎖相放大器、雷射器驅動和溫度控制單元、微處理器、液晶顯示單元，所述準直透鏡與反射鏡組固定在所述外殼上，外殼底部留有氣孔，準直透鏡與反射鏡組之間留有間隙，各個射鏡之間均留有間隙。
[0008]按以上技術方案,所述DFB雷射器為半導體雷射二極體。
[0009]按以上技術方案，所述準直透鏡連接DFB雷射器作為氣室的入射端。
[0010]按以上技術方案，所述反射鏡組是由三個反射鏡組合來控制光程。
[0011 ] 按以上技術方案，所述探測器為光電二極體。
[0012]按以上技術方案，所述鎖相放大器、雷射器驅動和溫度控制單元、微處理器、液晶顯示單元集成在一個電路板上。
[0013]本實用新型與現有技術相比具有以下優勢:
[0014]I)、該氣體光譜吸收型傳感裝置的信號處理單元、電源單元以及顯示單元集成在一個電路板上，易於裝配，便於操作；
[0015]2)、該氣體光譜吸收型傳感裝置採用反射鏡組進行往返傳遞，極大的節省了裝置的空間資源而且提高了氣體檢測的靈敏度與準確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型系統總框架圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例中氣室結構示意圖；
[0018]其中:1_微處理器、2-鎖相放大器、3-H)探測器、4-氣室、5-DFB LD、6_雷射器驅動和溫度控制單元、7-液晶顯示單元、8-外殼、9-DFB雷射器、10-光纖、11-準直透鏡、12-第一反射鏡、13-第二反射鏡、14-第三反射鏡、15-第一氣孔、16-第二氣孔、17-探測器。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本使用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於實用新型明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0020]請參考圖1和圖2，本實用新型實施例氣體光譜吸收型傳感裝置，其包括外殼8、DFB雷射器9、準直透鏡11、反射鏡組、探測器17、鎖相放大器2、雷射器驅動和溫度控制單元6、微處理器1、液晶顯示單元7，所述準直透鏡11與反射鏡組固定在所述外殼8上，外殼8底部留有氣孔，準直透鏡11與反射鏡組之間留有間隙，各個射鏡之間均留有間隙。
[0021]具體的，所述DFB雷射器9為半導體雷射二極體。
[0022]具體的，所述準直透鏡11連接DFB雷射器9作為氣室4的入射端。
[0023]具體的，所述反射鏡組是由三個反射鏡組合來控制光程。
[0024]具體的，所述探測器17為光電二極體。
[0025]具體的，所述鎖相放大器2、雷射器驅動和溫度控制單元6、微處理器1、液晶顯示單元7集成在一個電路板上。
[0026]如圖1所示，本實用新型實施例中，基於光譜吸收型二次諧波技術對甲烷氣體進行檢測，其吸收譜在1665nm附近，因此所使用DFB LD5中心波長也為1665nm。微處理器I控制雷射器驅動和溫度控制單元6使雷射器在功率穩定的條件下輸出30kHZ的正弦調製信號，在掃描帶寬0.2nm情況下進行100HZ的三角波掃描。光信號通過氣室4，氣室4充滿了所測環境的甲烷氣體，ro探測器3將光信號轉換成電信號。電信號經過鎖相放大器2再反饋給微處理器1，由於雷射器的中心平均波長對準了甲烷氣體吸收峰的波長，所得30K調製信號的二次諧波分量幅值正比於甲烷氣體濃度，因此微處理器I稍加處理便可等到準確的氣體濃度，最後在液晶顯示單元7上讀出相關數據。
[0027]如圖2所示，該氣體傳感裝置的氣室包括外殼8、DFB雷射器9、準直透鏡11、第一反射鏡12、第二反射鏡13、第三反射鏡14、探測器17。第一氣孔15與第二氣孔16位於外殼8底部以實現氣體進出流通，DFB雷射器9通過光纖10連接準直透鏡11進入氣室4，準直透鏡11是用來對入射的雷射器光束進行整形與減少回損。光信號進入氣室4後會在第一反射鏡12與第三反射鏡14之間往返傳遞，其中第一反射鏡12為平面反射鏡，第三反射鏡14為凹形反射鏡。第二反射鏡13是一個窄面形的平面反射鏡，調整其角度使得光信號被探測器17完好的接收到。調整第二反射鏡13位置及角度可改變氣室4中的光程大小，從而實現小體積高靈敏度的甲烷氣體檢測。
[0028]本實用新型不論在嚴酷的工業條件還是方便民用生態環境下都用良好的應用前景
[0029]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種氣體光譜吸收型傳感裝置，其特徵在於:其包括外殼、DFB雷射器、準直透鏡、反射鏡組、探測器、鎖相放大器、雷射器驅動和溫度控制單元、微處理器、液晶顯示單元，所述準直透鏡與反射鏡組固定在所述外殼上，外殼底部留有氣孔，準直透鏡與反射鏡組之間留有間隙，各個射鏡之間均留有間隙。
2.如權利要求1所述的氣體光譜吸收型傳感裝置，其特徵在於:所述DFB雷射器為半導體雷射二極體。
3.如權利要求1所述的氣體光譜吸收型傳感裝置，其特徵在於:所述準直透鏡連接DFB雷射器作為氣室的入射端。
4.如權利要求1所述的氣體光譜吸收型傳感裝置，其特徵在於:所述反射鏡組是由三個反射鏡組合來控制光程。
5.如權利要求1所述的氣體光譜吸收型傳感裝置，其特徵在於:所述探測器為光電二極體。
6.如權利要求1所述的氣體光譜吸收型傳感裝置，其特徵在於:所述鎖相放大器、雷射器驅動和溫度控制單元、微處理器、液晶顯示單元集成在一個電路板上。
【文檔編號】G01N21/31GK203519490SQ201320650520
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年10月21日
【發明者】鄭光輝, 孔軒 申請人:武漢六九傳感科技有限公司