一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺的製作方法

2023-05-15 11:05:46

專利名稱：一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體測量分析系統，尤其是一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺。
背景技術：
隨著社會及經濟的發展，大氣資源與人們的關係越來越密切。一方面，大氣汙染是受關注的問題之一，迫切需要對工業、交通運輸業中產生的各種有害有毒、易燃易爆的氣體進行監控；另一方面，在利用各種氣體的時候，如天然氣、煤制氣、液化氣等的開發和使用， 或是航天工業中用到的氣體系統，對各種氣體濃度的檢測是不可缺少的。利用可調諧半導體雷射氣體檢測技術，把調節雷射到與檢測氣體對應的波長進行發射，並對接收光信號進行分析處理，計算出氣體濃度的檢測方法，具有系統簡單、可靠性高、測量準確、響應迅速等優點。在現代工業，環境保護，醫學研究等領域有著良好的應用前景。近幾年隨著雷射氣體檢測技術日益廣泛的應用，以往的雷射氣體分析儀採用的在位分體式設計複雜的光機結構，龐大的體積，以及高昂的價格限制了其進一步的推廣。與此同時許多被測氣體需要較長的光程以滿足整個檢測環節的信號提取及分析。現有的系統通常通過採用將雷射器安裝在發射端，傳感器安裝在接收端，並在安裝時儘可能增大發射端和接受端之間的距離來解決這個問題。這樣就導致整個檢測系統的體積過於龐大，同時為了避免在位式安裝所帶來的粉塵對信號幹擾的影響，導致系統的光機結構非常龐大和複雜。因此有必要研發出一種新型的小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，採用多次反射式氣室以保證長光程，具體測量精度高，體積小，成本低的特點。
發明內容本實用新型針對現有技術的問題，提供了一種採用多次反射式氣室以保證長光程，測量精度高，體積小，成本低的小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺。為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的所述的一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，包括雷射發射裝置、 光電轉換接收裝置、多次反射樣品室、進氣連接接頭、出氣連接接頭、多次反射樣品室殼體和平臺底板；所述的雷射發射裝置、光電轉換接收裝置、進氣連接接頭和出氣連接接頭分別固定在所述多次反射樣品室的同一側，所述的多次反射樣品室殼體與平臺底板連接，所述的雷射發射裝置還通過熱量交換件連接在所述平臺底板上。進一步地，所述的雷射發射裝置包括雷射器、雷射器溫控導熱塊、TEC冷凝器、熱量交換件和準直透鏡；所述雷射器溫控導熱塊、TEC冷凝器依次安裝在所述雷射器與熱量交換件之間，所述準直透鏡安裝在所述多次反射樣品室殼體上，位於所述雷射器與多次反射樣品室之間。進一步地，所述的光電轉換接收裝置包括光電轉換傳感器、傳感器位置調節件、傳感器固定座和準直透鏡；所述傳感器位置調節件安裝在所述光電轉換傳感器與傳感器固定座之間，傳感器固定座與所述多次反射樣品室殼體上連接，所述準直透鏡安裝在所述多次反射樣品室殼體上，位於所述光電轉換傳感器與多次反射樣品室之間。更進一步地，所述的多次反射樣品室包括共軛反射凹面鏡和雷射變向裝置；所述共軛反射凹面鏡分別固定在所述多次反射樣品室殼體的兩端，所述雷射變向裝置由固定角度的兩片平面反射鏡構成，安裝在反射鏡支架所設置的反射鏡安裝導槽上，並通過所述反射鏡支架固定在所述多次反射樣品室殼體內，分別安裝在所述雷射發射裝置與光電轉換接收裝置的下方。更進一步地，還包括壓力傳感裝置、導氣通孔和堵塊；所述壓力傳感裝置安裝在所述多次反射樣品室上，與所述進氣連接接頭在同一側；所述導氣通孔連接所述出氣連接接頭與多次反射樣品室，所述堵塊安裝在所述導氣通孔與多次反射樣品室殼體之間。更進一步地，還設置有信號採集與分析電路；所述的信號採集與分析電路與所述光電轉換傳感器及壓力傳感裝置連接。本實用新型所述的一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺工作原理是雷射發射裝置把雷射波長調節到與被測氣體對應的波長，通過準直透鏡進入多次反射樣品室，經過雷射變向裝置及共軛反射凹面鏡的多次反射後，經過準直透鏡後進入光電轉換傳感器；光電轉換傳感器及壓力傳感裝置把接收信號傳送給信號採集與分析電路分析和處理，最後計算出被測氣體的濃度。本實用新型的優點在於提供了一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，測量精度高，由於採用了多次反射式樣品室，可以將檢測光通過的樣氣距離加大到原有距離的5-6倍，從而做到更高精度的測量；體積小，採用了多次反射式結構，原先需要的長光程樣品氣室縮短至正常結構的1/5，同時由於雷射的光斑較小因此保證了多次反射式樣品室的容積，從而確保了響應速度；成本低，在簡化了複雜的光機結構後大幅度的降低了測量系統的結構件成本。

圖1是本實用新型所述的一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺的多次反射式樣品室光路示意圖；圖2是本實用新型所述的一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺的整體結構示意圖；圖3是本實用新型所述的一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺的不安裝多次反射裝置的整體結構示意圖。附圖中分述標記如下1、傳感器屏蔽罩；2、樣氣接收端轉接件；3、導氣氟橡膠管； 4、多次反射樣品室；5、轉接接頭；6、發射端進氣轉接件；7、進氣連接接頭；8、光電轉換傳感器；9、熱量交換件；10、傳感器位置調節件；11、多次反射樣品室殼體；12、TEC冷凝器；13、 雷射器溫控導熱塊；14、雷射器調節座；15、出氣連接接頭；16、雷射器；17、接收端樣氣管固定件；18、發射端樣氣管固定件；19、樣氣發射端進氣轉接件；30、傳感器固定座；31、準直透鏡；32、壓力傳感裝置；33、導氣通孔；34、堵塊；35、共軛反射凹面鏡；36、反射鏡支架；37、 雷射變向裝置；38、反射鏡安裝導槽；39、多次反射樣品室殼體；40、平臺底板；51、出射雷射；52、入謝雷射；53、光路；54、光路；55、光路；56、光路；57、光路；58、光路。
具體實施方式
如附圖1、圖2所示，一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，包括雷射發射裝置，光電轉換接收裝置，共軛反射凹面鏡35，雷射變向裝置37，進氣連接接頭7，出氣連接接頭15，導氣通孔33，堵塊34，多次反射樣品室殼體39。雷射發射裝置由雷射器16，雷射器溫控導熱塊13，TEC冷凝器12，熱量交換件9和準直透鏡31組成，光電轉換接收裝置由光電轉換傳感器8，傳感器位置調節件10，傳感器固定座30和準直透鏡31組成。雷射發射裝置，光電轉換接收裝置，壓力傳感裝置32，進氣連接接頭7和出氣連接接頭15固定在多次反射樣品室殼體39的同一側；其中光電轉換接收裝置僅連接在多次反射樣品室殼體39上，而雷射發射裝置還通過熱量交換件9連接在平臺底板40上。實施例1，兩片共軛反射凹面鏡35固定在多次反射樣品室殼體39的兩端，其中兩凹面反射鏡的反射中心位置分別處於相互的光學焦距上。雷射變向裝置37由固定角度的平面反射鏡構成，安裝在反射鏡支架36所設置的反射鏡安裝導槽38上，並通過所述反射鏡支架36固定在多次反射樣品室殼體39內，在雷射發射裝置及光電轉換接收裝置的一側，被檢測氣體從進氣連接接頭7通入多次反射樣品室4再從出氣連接接頭15排出。雷射器16發出的入射雷射52，經過準直透鏡31準直後，進入多次反射樣品室4， 再由雷射變向裝置37，調整至光路55方向，使其按照圖2所示沿光路M至58至57至56 至53經過五次反射後通過左側雷射變向裝置37轉向為略微擴散的出射雷射51，由於多次反射樣品室4設置有一組共軛反射凹面鏡35，將入射的光通過匯聚-發散-匯聚等多次反射，雷射能量幾乎不損失，同時也保證入射雷射和出射雷射的發散基本相同，最後經過出射準直透鏡31會聚至光電轉換傳感器8上轉換成電信號。實施例2，與實施例1不同的是，由於被測氣體的吸收信號強度較大或者所需的檢測精度較低，不需要較長的光程，從而直接採用一段滿足應用所需長度的多次反射樣品室4 作為檢測樣品室，此時，多次反射樣品室4內不需要設置雷射變向裝置37和共軛反射凹面鏡35。而雷射器16發射的雷射直接入射進多次反射樣品室4，再由多次反射樣品室4另一端出射後經過準直透鏡31會聚至光電轉換傳感器8。樣氣通過進氣連接接頭7進入樣氣發射端進氣轉接件6，轉接接頭5分別連接導氣氟橡膠管3和樣氣發射端轉接件6以及樣氣接收端轉接件2，樣氣通過樣氣接收端轉接件2和接收端樣氣管固定件17的連接口通入多次反射樣品室4，再由發射端樣氣管固定件18，樣氣發射端進氣轉接件19和出氣連接接頭15 排放。為保護光電轉換傳感器8免受電磁輻射幹擾，樣氣接收端轉接件2上安裝有傳感器屏蔽罩1，罩著光電轉換傳感器8，同時保護光電轉換傳感器8及信號採集與分析電路的初級信號放大轉換電路。顯然上述實施例不是對本實用新型的限制，上述的一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺還可以有其他許多變化。雖然已經結合上述例子詳細討論了本實用新型，但應該理解到業內專業人士可以顯而易見地想到的一些雷同，代替方案，均落入本實用新型權利要求所限定的保護範圍之內。
權利要求1.一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，其特徵在於，包括雷射發射裝置、光電轉換接收裝置、多次反射樣品室G)、進氣連接接頭(7)、出氣連接接頭(15)、多次反射樣品室殼體(39)和平臺底板00)；所述的雷射發射裝置、光電轉換接收裝置、進氣連接接頭(7)和出氣連接接頭(1 分別固定在所述多次反射樣品室(4)的同一側，所述的多次反射樣品室殼體(39)與平臺底板GO)連接，所述的雷射發射裝置還通過熱量交換件(9) 連接在所述平臺底板GO)上。
2.根據權利要求1所述的小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，其特徵在於，所述的雷射發射裝置包括雷射器(16)、雷射器溫控導熱塊(1 、TEC冷凝器(12)、熱量交換件(9)和準直透鏡(31)；所述雷射器溫控導熱塊(13)、TEC冷凝器(12)依次安裝在所述雷射器(16)與熱量交換件(9)之間，所述準直透鏡(31)安裝在所述多次反射樣品室殼體(39)上，位於所述雷射器(16)與多次反射樣品室(4)之間。
3.根據權利要求2所述的小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，其特徵在於，所述的光電轉換接收裝置包括光電轉換傳感器(8)、傳感器位置調節件(10)、傳感器固定座(30)和準直透透鏡(31)；所述傳感器位置調節件(10)安裝在所述光電轉換傳感器 (8)與傳感器固定座(30)之間，傳感器固定座(30)與所述多次反射樣品室殼體(39)連接， 所述準直透鏡(31)安裝在所述多次反射樣品室殼體(39)上，位於所述光電轉換傳感器(8) 與多次反射樣品室(4)之間。
4.根據權利要求3所述的小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，其特徵在於，所述的多次反射樣品室(4)包括共軛反射凹面鏡(35)和雷射變向裝置(37)；所述共軛反射凹面鏡(3 分別固定在所述多次反射樣品室殼體(39)的兩端，所述雷射變向裝置 (37)由固定角度的兩片平面反射鏡構成，固定在所述多次反射樣品室殼體(39)內，分別安裝在所述雷射發射裝置與光電轉換接收裝置的下方。
5.根據權利要求4所述的小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，其特徵在於，還包括壓力傳感裝置(32)、導氣通孔(3 和堵塊(34)；所述壓力傳感裝置(3 安裝在所述多次反射樣品室(4)上，與所述進氣連接接頭(7)在同一側；所述導氣通孔(3 連接所述出氣連接接頭(1 與多次反射樣品室G)，所述堵塊(34)安裝在所述導氣通孔(33) 與多次反射樣品室殼體(39)之間。
6.根據權利要求5所述的小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，其特徵在於，還設置有信號採集與分析電路；所述的信號採集與分析電路與所述光電轉換傳感器 (8)及壓力傳感裝置(3 連接。
專利摘要本實用新型公開了一種小型化帶多次反射樣品室的雷射氣體檢測平臺，包括雷射發射裝置、光電轉換接收裝置、多次反射樣品室、進氣連接接頭、出氣連接接頭、多次反射樣品室殼體和平臺底板；所述的雷射發射裝置、光電轉換接收裝置安裝在多次反射式樣品室的一側，並通過光學透鏡和兩片反射鏡將發射的雷射轉向至正確的光路。多次反射式樣品室內還安裝有壓力傳感裝置，光電和壓力信號連接至信號採集及分析電路。本實用新型採用多次反射式氣室以保證長光程，具體測量精度高，體積小，成本低的特點。
文檔編號G01N21/01GK202083633SQ20112011233
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者邵樂驥 申請人:邵樂驥