可攜式吸收光譜氣體檢測儀的製作方法

2023-10-26 16:59:42

專利名稱：可攜式吸收光譜氣體檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種可攜式吸收光譜氣體檢測儀，具體涉及ー種利用可調諧半導體雷射吸收光譜技術進行氣體濃度探測的可攜式氣體傳感器，屬於氣體檢測技術領域。
背景技術：
隨著現代科技的進步和エ業的快速發展，以ニ氧化硫為主的硫氧化物、ニ氧化氮為主的氮氧化物、ニ氧化碳為主的碳氧化物以及碳氫化合物如甲醛等大氣汙染物的排放逐
年増加，城市大氣汙染問題日益嚴重，對人類健康造成威脅。因此，對這些氣體汙染物進行檢測、提高空氣品質是非常有必要的。目前，用於檢測氣體的傳感器主要有以下種類半導體式氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導池式氣體傳感器和光譜式氣體傳感器等。半導體式氣體傳感器，其工作原理是利用半導體材料表面吸附、脫附氣體分子引起的半導體電導率的變化來檢測氣體。這種傳感器成本低廉，但是對氣體的選擇性差，使得誤報率相對於其它方法較大，此外該類傳感器如果長時間沒有遇到探測氣體，將會因氧化而進入休眠狀態從而對氣體洩漏不再作出反應。催化燃燒式氣體傳感器是在白金電阻的表面製備耐高溫的催化劑層，在一定溫度下，可燃性氣體在其表面催化燃燒，燃燒使白金電阻溫度升高，電阻發生變化，其變化值是可燃性氣體濃度的函數。該類傳感器選擇性地檢測可燃性氣體，計量準確、響應快速、壽命較長，但是對於不能燃燒的氣體，傳感器都沒有任何響應，暗火工作時，有引燃爆炸的危險，而且元件表面的催化劑接觸到ー些非可燃性氣體時會產生反應容易發生催化劑中毒。熱導池式氣體傳感器，每ー種氣體都有自己特定的熱導率，當兩個或多個氣體的熱導率差別較大吋，可以利用熱導元件分辨其中一個組分的含量。該類傳感器已經用於氫氣、ニ氧化碳和高濃度甲烷的檢測，但是其可應用範圍較窄，限制因素較多。光譜式氣體傳感器是目前用來檢測空氣品質的ー種常用儀器，利用目標氣體對於特定頻率處光波輻射的吸收來達到氣體檢出的目的，並通過對吸收強度的測量實現定量分析，具有測量精確、靈敏度高和完全非接觸測量等優點。但是通常使用的光譜式氣體傳感器存在結構複雜、原位式測量和不便於攜帶等缺點。總結目前幾種氣體檢測儀，存在選擇性差、誤報率大、應用範圍窄和不便於攜帶等缺陷。

實用新型內容針對上述現有技術中存在的缺陷，本實用新型提供一種體積小、結構簡化的可攜式吸收光譜氣體檢測儀。本實用新型的技術方案是一種基於可調諧半導體雷射吸收光譜(TDLAS)技術的可攜式氣體檢測儀，組成部分包括雷射器，光纖，介質折射率稜鏡，匯聚式球面柱，雷射器控制，匯聚透鏡，手持柄，光電探測器，DSP數位訊號處理器及外接顯示器。雷射器作為光源，雷射通過光纖進入介質折射率稜鏡準直出射向外傳播，凸透鏡和匯聚球面柱將探測目標的反射光束聚焦至光電探測器，然後對信號進行分析，最終將檢測結果在外接顯示器呈現。[0006]進ー步的，所述雷射器為可調諧半導體雷射器，發出的雷射通過光纖傳輸至介質折射率稜鏡。進ー步的，所述介質折射率稜鏡位於匯聚式球面柱中心處，將光束準直後傳輸至所述匯聚透鏡向外發射。進ー步的，所述匯聚透鏡將經外界氣體分子後向散射光束傳輸至匯聚球面柱的反射凹球面上。進ー步的，所述匯聚球面柱的反射凹球面將後向散射光聚焦於光電探測器。 進ー步的，所述光電探測器將光信號轉換為電信號傳輸至DSP數位訊號處理器進行信號處理及分析。進ー步的，所述DSP數位訊號處理器將檢測結果傳輸至外接顯示器進行顯示。進ー步的，所述氣體探測儀有一個手持柄便於攜帶操作。上述光譜式便攜氣體檢測儀採用TDLAS技術可以有效準確測定氣體濃度，匯聚式球面柱和介質折射率稜鏡不僅確保測量的準確性，而且簡化了儀器結構，使光路結構緊湊，減小了儀器的體積。本實用新型便於攜帶，可操作性強。

附圖為本實用新型的結構示意圖。其中雷射器1，光纖2，介質折射率稜鏡3，匯聚式球面柱4，雷射器控制5，匯聚聚透鏡6，外接顯示器7，手持柄8，光電探測器9，DSP數位訊號處理器10。
具體實施方式
參閱附圖，使用光譜式氣體檢測儀進行氣體檢測時，首先由雷射器1(雷射器I由雷射器控制5調製)發出探測光束，探測光束通過光纖2傳輸至匯聚式球面柱4的中心處，並經過位於匯聚式球面柱4中心的介質折射率稜鏡3，利用介質折射率稜鏡3將探測光束進行準直，準直後的光束繼續向外傳播，出射光束照射到被探測區域，經過被探測區域的後向散射，部分散射光束返回到匯聚透鏡6，經過匯聚透鏡6傳遞至匯聚式球面柱4的反射凹球面上，由匯聚式球面柱4的反射凹球面將光束聚焦至光電探測器9，光電探測器9將接收到的光信號轉化為電信號，轉化後的電信號傳輸至DSP數位訊號處理器10，再由DSP數位訊號處理器10進行信號分析，最後將檢測結果傳遞至外接顯示器7進行顯示，手持柄8可以進行可攜式移動操作。以上所述僅為本實用新型的具體實施例，但本實用新型的技術特徵並不局限於此，任何本領域的技術人員在本實用新型的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實用新型的專利範圍之中。
權利要求1.一種可攜式吸收光譜氣體檢測儀，其特徵在於所述可攜式吸收光譜氣體檢測儀包括雷射器(I)，光纖(2)，介質折射率稜鏡(3)，匯聚式球面柱(4)，雷射器控制(5)，匯聚透鏡(6)，手持柄(8)，光電探測器(9)，DSP數位訊號處理器(10)及外接顯示器(7)。
2.如權利要求I所述的可攜式吸收光譜氣體檢測儀，其特徵在於所述介質折射率稜鏡位於匯聚式球面柱中心處，將光束準直後傳輸至所述匯聚透鏡向外發射。
3.如權利要求I所述的可攜式吸收光譜氣體檢測儀，其特徵在於所述匯聚式球面柱的反射凹球面將後向散射光聚焦於光電探測器。
專利摘要本實用新型涉及一種氣體濃度檢測儀器，即可攜式吸收光譜氣體檢測儀，具體為一種基於可調諧半導體雷射吸收光譜技術的氣體傳感器，包括雷射器、雷射器控制、光纖、匯聚式球面柱、介質折射率稜鏡、匯聚透鏡、光電探測器、DSP數位訊號處理器、外接顯示器及手持柄。介質折射率稜鏡用於接收雷射光源並將光束平行出射，匯聚式球面柱將後向散射光束聚焦到探測器上，最大限度的接收後向散射光束提高測量的靈敏度。本實用新型光路結構簡化，緊湊，體積小，便於攜帶，可用於移動工作狀態，對大氣汙染進行準確快速的檢測。
文檔編號G01N21/39GK202404023SQ201120579390
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者王喜世, 邵傑, 鄭倩瑛, 韓葉星 申請人:浙江師範大學