帶微調機構的長光程氣體檢測裝置製造方法
2023-05-02 11:15:46 1
帶微調機構的長光程氣體檢測裝置製造方法
【專利摘要】帶微調機構的長光程氣體檢測裝置，包括內部具有密閉氣室的容器，容器的氣室內設有發射面相對設置的第一凹面鏡和第二凹面鏡，第一凹面鏡一側設有微調式反射鏡，容器上設有位於第一凹面鏡兩側的平行光發射器和光電傳感器，平行光發射器臨近微調式反射鏡，平行光發射器的光源發射端和光電傳感器的光線接收端伸入到氣室內。本發明採用多次反射的方法，減小了氣室的體積，提高了儀表的檢測能力。本發明使用微調式反射鏡，能夠將反射光改變路徑並再次反射回去，在增長有效光程的同時能夠有效避免標準距效應。
【專利說明】帶微調機構的長光程氣體檢測裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於精密加工技術與光學【技術領域】，特別涉及一種應用於基於TDLAS (可調諧半導體雷射吸收光譜)等氣相光譜分析儀器的帶微調機構的長光程氣體檢測裝置。
【背景技術】
[0002]隨著我國工業控制、鋼鐵冶金、石油化工、環境保護、生化製藥、電力、航空航天等行業的發展，需要進一步加強對這些領域的生產過程進行監測控制。這就對生產過程中使用過程分析儀的檢測精度、響應時間、系統穩定性等指標提出了更高的要求。氣相物質濃度的在線分析被廣泛的應用於這些行業的生產過程監測、生產工藝優化、降汙分析、能源氣回收控制、環保監測等方面，是提高對生產過程的分析能力的重要方面。
[0003]TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)是可調諧二極體雷射吸收光譜技術的簡稱，通常又稱為可調諧半導體雷射吸收光譜技術。與傳統不分光紅外技術光譜技術相比，TDLAS技術具有很多顯著優點:
(1)利用半導體雷射良好的單色性，採用「單線光譜」技術避免背景氣體吸收幹擾；
(2)利用半導體雷射波長可調諧性解決粉塵、視窗汙染對測量的影響；
(3)無需採樣預處理，響應速度快，便於對生產過程進行控制；
(4)儀器內部測量過程中定時自動標定，無需手動標定；
(5)可自動修正環境溫度、壓力變化對測量的影響；
因此，基於TDLAS技術的雷射氣體濃度分析儀能夠較好地滿足氣體光譜分析和氣體濃度分析的迫切需要。
[0004]基於TDLAS技術的可攜式雷射氣體濃度分析儀,儀表的檢出限與內部氣室的光程長度成正比例關係，光程越長儀表的檢出限越低，儀表反應越靈敏。但是在光路不反射的情況下，光程越長儀表氣體池體積越大，往往不方便攜帶。
【發明內容】
[0005]本發明為解決上述技術問題，提供一種體積小、便於攜帶的帶微調機構的長光程氣體檢測裝置。
[0006]為實現上述目的，本發明的帶微調機構的長光程氣體檢測裝置，包括內部具有密閉氣室的容器，容器的氣室內設有發射面相對設置的第一凹面鏡和第二凹面鏡，第一凹面鏡一側設有微調式反射鏡，容器上設有位於第一凹面鏡兩側的平行光發射器和光電傳感器，平行光發射器臨近微調式反射鏡，平行光發射器的光源發射端和光電傳感器的光線接收端伸入到氣室內。
[0007]所述容器的外形和氣室均為長方體形狀，第一凹面鏡、第二凹面鏡、微調式反射鏡、平行光發射器和光電傳感器分別與容器膠粘連接，第一凹面鏡和第二凹面鏡分別設在容器的氣室沿長度方向的兩端，第二凹面鏡的長度大於第一凹面鏡的長度。
[0008]所述平行光發射器為準直器，平行光發射器通過光纖與光纖法蘭盤連接，光電傳感器的信號輸出端通過數據線與雷射氣體濃度分析儀的信號接收端連接；所述氣室內充滿被測氣體，光纖發出的入射光經平行光發射器後形成平行光束，平行光束先照射到第二凹面鏡上，第二凹面鏡將平行光束反射到第一凹面鏡上，第一凹面鏡將平行光束反射到第二凹面鏡上，第二凹面鏡將平行光束反射到微調式反射鏡上，微調式反射鏡再將平行光束反射到第二凹面鏡上，第二凹面鏡最後將平行光束反射到光電傳感器的光線接收端。
[0009]採用上述技術方案，本發明使用平行光發射器(準直器)將通過光纖引入的光線處理成平行光束，平行光束通過氣室內的第一凹面鏡和第二凹面鏡多次反射後投射到微調機構(微調式反射鏡)上。微調式反射鏡是一個很小的平面鏡，微調式反射鏡在固定時可對其角度進行360度調整，平行光束調整後可改變入射光的入射角度並將入射光反射到氣室兩端的第一凹面鏡和第二凹面鏡。平行光線經過微調式反射鏡調整角度並經第一凹面鏡和第二凹面鏡後，最終射向光電傳感器上，光電傳感器將信號輸送到雷射氣體濃度分析儀中，雷射氣體濃度分析儀即可對被測氣體濃度進行分析。
[0010]使用本發明時，只需要將光纖法蘭盤連接到光譜分析儀器光源，平行光束在第一凹面鏡、第二凹面鏡與微調機構之間多次反射，最終射向光電傳感器，光電傳感器將經過被測氣體吸收的光源轉換為電信號，並輸出給雷射氣體濃度分析儀進行分析。
[0011]由於光纖芯徑很細，只有lOum，經過準直器處理後雷射光斑也只有IOOum左右。機械加工時稍有誤差，光線沿光路傳播時誤差便會成倍放大，光線最終很難被光電傳感器接收。即使使用非常精密的工具機進行加工，也很難滿足光路精準定位的要求。本發明由於使用微調式反射鏡，在氣室加工存在誤差、第一凹面鏡和第二凹面鏡粘接存在誤差、準直器粘接存在誤差、光電傳感器存在誤差的情況下，仍然能夠調整光路，使光線被接收光電傳感器正常接收。
[0012]本發明採用多次反射的方法，減小了氣室的體積，提高了儀表的檢測能力。本發明使用微調式反射鏡，能夠將反射光改變路徑並再次反射回去，在增長有效光程的同時能夠有效避免標準距效應。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明平行光束路徑示意圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，本發明的帶微調機構的長光程氣體檢測裝置，包括內部具有密閉氣室I的容器2，容器2的氣室I內設有發射面相對設置的第一凹面鏡3和第二凹面鏡4，第一凹面鏡3 —側設有微調式反射鏡5，容器2上設有位於第一凹面鏡3兩側的平行光發射器6和光電傳感器7,平行光發射器6臨近微調式反射鏡5,平行光發射器6的光源發射端和光電傳感器7的光線接收端伸入到氣室I內。
[0015]容器2的外形和氣室I均為長方體形狀，第一凹面鏡3、第二凹面鏡4、微調式反射鏡5、平行光發射器6和光電傳感器7分別與容器2膠粘連接，第一凹面鏡3和第二凹面鏡4分別設在容器2的氣室I沿長度方向的兩端，第二凹面鏡4的長度大於第一凹面鏡3的長度。[0016]平行光發射器6為準直器，平行光發射器6通過光纖8與光纖法蘭盤9連接，光電傳感器7的信號輸出端通過數據線10與雷射氣體濃度分析儀11的信號接收端連接。
[0017]如圖2所示，氣室I內充滿被測氣體，光纖發出的入射光經平行光發射器6後形成平行光束，平行光束先照射到第二凹面鏡4上，第二凹面鏡4將平行光束反射到第一凹面鏡3上，第一凹面鏡3將平行光束反射到第二凹面鏡4上，第二凹面鏡4將平行光束反射到微調式反射鏡5上，微調式反射鏡5再將平行光束反射到第二凹面鏡4上，第二凹面鏡4最後將平行光束反射到光電傳感器7的光線接收端。
[0018]本發明當中的各個部件均為現有成熟技術，具體構造不再贅述。
[0019]本發明中的準直器外端通過光纖連接到氣體池外，通過FC等接口引。第一凹面鏡3和第二凹面鏡4的鏡面由低溫度形變材料組成，表面鍍金以增加反射能力。第一凹面鏡3和第二凹面鏡4為凹鏡，以便在光線反射時，將發散的光線再次匯聚成平行光。通過多次反射，以便光線更長距離的穿過氣室I中的氣體。微調式反射鏡5由一片能夠反射光線的窄平薄片組成，該薄片一般表面鍍金以增強反射能力。光電傳感器7包括但不限於姻鎵砷(ingaas)、磷化鎵(GaP)，矽(Si)和鍺(Ge)光電二極體。平行光發射器6為準直器，當然也包括將來其他能將雜散光轉換為平行光的裝置。
[0020]由於光纖芯徑很細，只有lOum，經過準直器處理後雷射光斑也只有IOOum左右。機械加工時稍有誤差，光線沿光路傳播時誤差便會成倍放大，光線最終很難被光電傳感器7接收。即使使用非常精密的工具機進行加工，也很難滿足光路精準定位的要求。本發明由於使用微調式反射鏡5，在氣室I加工存在誤差、第一凹面鏡3和第二凹面鏡4粘接存在誤差、準直器粘接存在誤差、光電傳感器7存在誤差的情況下，仍然能夠調整光路，使光線被接收光電傳感器7正常接收。
【權利要求】
1.帶微調機構的長光程氣體檢測裝置，其特徵在於:包括內部具有密閉氣室的容器，容器的氣室內設有發射面相對設置的第一凹面鏡和第二凹面鏡，第一凹面鏡一側設有可360 °轉動的微調式反射鏡,容器上設有位於第一凹面鏡兩側的平行光發射器和光電傳感器，平行光發射器臨近微調式反射鏡，平行光發射器的光源發射端和光電傳感器的光線接收端伸入到氣室內。
2.根據權利要求1所述的帶微調機構的長光程氣體檢測裝置，其特徵在於:所述容器的外形和氣室均為長方體形狀，第一凹面鏡、第二凹面鏡、微調式反射鏡、平行光發射器和光電傳感器分別與容器膠粘連接，第一凹面鏡和第二凹面鏡分別設在容器的氣室沿長度方向的兩端，第二凹面鏡的長度大於第一凹面鏡的長度。
3.根據權利要求1或2所述的帶微調機構的長光程氣體檢測裝置，其特徵在於:所述平行光發射器為準直器，平行光發射器通過光纖與光纖法蘭盤連接，光電傳感器的信號輸出端通過數據線與雷射氣體濃度分析儀的信號接收端連接；所述氣室內充滿被測氣體，光纖發出的入射光經平行光發射器後形成平行光束，平行光束先照射到第二凹面鏡上，第二凹面鏡將平行光束反射到第一凹面鏡上，第一凹面鏡將平行光束反射到第二凹面鏡上，第二凹面鏡將平行光束反射到微調式反射鏡上，微調式反射鏡再將平行光束反射到第二凹面鏡上，第二凹面鏡最後將平行光束反射到光電傳感器的光線接收端。
【文檔編號】G01N21/39GK103487401SQ201310441096
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】汪獻忠, 李建國, 赫樹開 申請人:河南省日立信股份有限公司