一種雷射分析儀的製作方法

2023-11-30 14:59:46 3

專利名稱：一種雷射分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射技術領域，更具體地說，涉及一種雷射分析儀。
背景技術：
隨著人類生存環境的惡化，環境汙染對人類的健康和安全的影響日益成為人們密切關注的問題，工業生產過程中的環境檢測成為當今技術研究的重點，尤其是對環境氣體的檢測更成為重中之重。環境氣體的檢測需要檢測裝置對目標氣體具有高識別率、響應時間快、靈敏度高及非侵入氣體檢測等特點。雷射氣體傳感技術在靈敏度、選擇性、動態範圍、信噪比和響應時間等方面比傳統方法具有諸多優點，因而人們對雷射半導體氣體傳感器具有極大的興趣，特別是在對生產過程當中的氣體檢測，長管線有毒氣體檢測和汙染控制等方面投入了大量的研究。雷射有很多特性，首先，雷射是單色的或者說是單頻的；其次，雷射是相干光的特徵，其所有的雷射都是 同步的，整束光就好像一個「波列」;再次，雷射是高度集中的，也就是說它要走很長的一段距離才會出現分散或是收斂的現象。氣體分子的光吸收譜就像人類的指紋，通過氣體分子的光吸收譜可以對氣體的種類進行識別和對氣體濃度進行測定。針對雷射和氣體分子的這些特性，現有技術中，主要應用雷射氣體分析儀來對氣體濃度進行檢測。雷射氣體分析儀是基於半導體雷射吸收光譜氣體分析測量技術的革新，能有效解決傳統的氣體分析技術中存在的諸多問題。半導體雷射吸收技術利用雷射能量被氣體分子「選頻」吸收形成吸收光譜的原理來測量氣體的濃度。由於半導體雷射器發出特定波長的雷射束(僅能被待測氣體吸收)，穿過待測氣體時，雷射強度的衰減與待測氣體的濃度成一定的函數關係，因此通過測量雷射強度衰減信息就可以分析獲得待測氣體的濃度。但是，現有的雷射分析儀發射出的雷射包含有多個波長的光，當雷射通過含待測氣體的待測環境時，雷射中的雷射除可以被待測氣體吸收外，還有可能被非待測氣體吸收，而且，空氣中的可見光也可能會進入雷射分析儀，使得檢測到的待測氣體的濃度存在偏差。當待測氣體為易燃易爆或是對環境汙染嚴重的氣體時，檢測濃度存在的偏差就可能會影響生產安全和對環境造成汙染。

實用新型內容有鑑於此，本實用新型提供一種雷射分析儀，以降低因待測氣體檢測的偏差對生產安全和環境汙染造成的影響。一種雷射分析儀，包括:雷射控制器，還包括:雷射發射器和雷射接收器，所述雷射控制器與所述雷射發射器、所述雷射接收器連接，所述雷射發射器和所述雷射接收器分別設置在待測環境的兩側，所述雷射發射器具有發射筒，在所述發射筒內安裝有第一濾光片，所述雷射接收器具有接收筒，在所述接收筒內安裝有第二濾光片，其中，所述第一濾光片和所述第二濾光片相同，且只能通過第一波長的雷射，其中，所述第一波長的雷射能夠被所述待測環境中的待測氣體吸收。優選的，所述雷射發射器包括:用來發射雷射的半導體雷射器。優選的，所述雷射發射器還包括:能夠為所述半導體雷射器提供穩定電流的驅動電源。優選的，所述雷射接收器包括:能夠將所述第二雷射轉化為電信號的光電傳感器。優選的，所述雷射接收器還包括:用於對所述雷射分析儀進行供電的電源模塊。優選的，還包括:第一鎖箍器、第一連接筒、第二鎖箍器和第二連接筒，所述發射筒通過所述第一鎖箍器與所述第一連接筒連接，所述接收筒通過所述第二鎖箍器與所述第二連接筒連接，所述第一連接筒和所述第二連接筒分別連接在待測環境的兩側，且所述第一連接筒和所述第二連接筒在同一個中心軸線上。優選的，還包括:安裝在所述第一連接筒中用於將所述第一濾光片和所述待測環境隔離的第一保護鏡片，和安裝在所述第二連接筒中用於將所述第二濾光片和所述待測環境隔離的第二保護鏡片。
從上述的技術方案可以看出，本實用新型提供的一種雷射分析儀，可以包括:雷射發射器、雷射接收器和雷射控制器，雷射控制器與雷射發射器、雷射接收器連接，在雷射發射器的發射筒內安裝一個濾光片，在雷射接收器的接收筒內也安裝一個濾光片，兩個濾光片可以相同，且僅能通過可以被待測氣體吸收波長的光。因此，在通過待測環境前，雷射經發射筒內的濾光片過濾後僅含有可以被待測氣體吸收波長的光，在通過待測環境後，穿過待測環境的光再次被接收筒內的濾光片過濾，且該濾光片同時濾掉可見光中對測量結果造成影響的光。因為兩次濾光使得發射光和接收光均只能被待測氣體吸收，增加了檢測濃度的準確性，降低了對生產安全和環境汙染造成的影響。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例公開的一種雷射分析儀；圖2為本實用新型實施例公開的一種薄膜吸收濾光片的功能原理示意圖；圖3為本實用新型實施例公開的另一種雷射分析儀；圖4為本實用新型實施例公開的另一種雷射分析儀。
具體實施方式
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實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，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。如圖1所示，本實用新型實施例公開了一種雷射分析儀，可以包括:雷射控制器300，還可以包括:雷射發射器100和雷射接收器200，所述雷射控制器300與所述雷射發射器100、所述雷射接收器200連接，所述雷射發射器100和所述雷射接收器200分別設置在待測環境的兩側，所述雷射發射器100具有發射筒110，在所述發射筒110內可以安裝有第一濾光片120，所述雷射接收器200具有接收筒210，所述接收筒210內安裝有第二濾光片220，其中，所述第一濾光片120和所述第二濾光片220相同，且只能通過第一波長的雷射，其中，所述第一波長的雷射能夠被所述待測環境中的待測氣體吸收。優選的，所述雷射發射器100可以包括:用來發射雷射的半導體雷射器，半導體雷射器中可以安裝有用來發射雷射的雷射二極體。其中，半導體雷射器是一種以一定的半導體材料做工作物質而產生受激發射作用的器件。其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶(導帶與價帶)之間，或者半導體物質的能帶與雜質(受主或施主)能級之間，實現非平衡載流子的粒子數發轉，當處於粒子數發轉狀態的大量電子與空穴複合時，便產生受激發射作用。半導體雷射器的激勵方式主要由三種，即電注入式、光泵式和高能電子束激勵式。而且，半導體雷射器具有體積小、重量輕、運轉可靠、耗電少和效率高等優點。優選的， 所述雷射發射器100還可以包括:能夠為所述半導體雷射器提供穩定電流的驅動電源。本領域技術人員可以理解的是，一般情況下，半導體雷射器的發雷射長隨溫度變化為0.2nm/°C -0.3nm/°C，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮豔度。另外，當正向電流流經PN結，發熱性損耗使結區產生升溫，在室溫附近，溫度每升高IV，半導體雷射器的發光強度會相應的減少1%。因此，為使半導體雷射器發出的雷射強度維持在穩定的範圍內，所以需要驅動電源為其提供穩定電流。其中，所述雷射發射器100還可以包括:人機界面、雷射器驅動模塊、中央處理模塊和精密光學元件等，用於實現半導體雷射器雷射發射，光譜數據處理和人機互動等功能。優選的，所述雷射接收器200可以包括:能夠將所述第二雷射轉化為電信號的光電傳感器。其中，光電傳感器是採用光電學元件作為檢測元件的傳感器，它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然後藉助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。由於光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸式等優點，並且可測量參數多，形式靈活多樣，因此，光電傳感器在檢測和控制中廣泛應用。優選的，所述雷射接收器200還可以包括:用於對所述雷射分析儀進行供電的電源模塊。其中，所述電源模塊可以外接電壓為24V的電源，以對雷射分析儀進行供電。本領域技術人員可以理解的是，所述雷射接收器200還可以包括:信號處理模塊和精密光學元件等。[0041]優選的，所述雷射控制器300可以帶薄膜開關和液晶顯示器。具體的，所述雷射控制器300可以控制所述雷射發射器100發射雷射，所述雷射被所述第一濾光片120過濾後，可以獲得僅含有能夠被待測氣體吸收波長段的雷射。該雷射穿過待測環境，被待測環境中的待測氣體吸收部分雷射。穿過待測環境後剩餘的雷射再通過所述第二濾光片220進行過濾，其中，所述第二濾光片220可以將可見光中對檢測結果造成影響的光過濾掉，從而獲得穿過待測環境最終剩餘的雷射。所述雷射接收器200接收該剩餘雷射並將其轉化為電信號，所述雷射接收器200將所述電信號傳送給所述雷射控制器300，所述雷射控制器300就可以通過對所述電信號的分析獲得待測氣體的濃度。雷射分析儀在實際應用時，所述雷射發射器100和所述雷射接收器200直接安裝在測量現場中，所述雷射控制器300可以安裝在現場附近的分析小屋內，還可以安裝在遠離測量現場、環境相對較好的儀表控制室。所述雷射控制器300可以通過纜線與安裝在測量現場的所述雷射發射器100、所述雷射接收器200連接，從而實現信號傳輸。優選的，濾光片是一種可以衰減光強度，改變光譜成分或限定振動面的光學零件。濾光片可以分為顏色濾光片和薄膜濾光片，顏色濾光片可以是各種顏色的平板玻璃或是明膠片，其透射帶寬數百埃，多用在寬帶測光或裝在恆星攝譜儀中，以隔離重疊光譜級次。薄膜濾光片又分為薄膜吸收濾光片和薄膜幹涉濾光片兩種。薄膜吸收濾光片是在特定材料片基上，用化學侵蝕使吸收線正好位於需要的波長處，一般透過的波長較長，多用在紅外濾光片中。薄膜幹涉濾光片是在一定片基上，用真空鍍膜法交替形成具有一定厚度的高折射率或第折射率的金屬-介質-金屬膜，或全介質膜，構成一種低級次的、多級串聯實心法布裡-珀羅幹涉儀。其中，本實用新型中所述第一濾光片120和所述第二濾光片220均可以為薄膜吸收濾光片。薄膜吸收濾光片會因選取的薄膜材質的不同，濾光片厚度的不同，通過其雷射的波長段也不同，因此我們可以通過改變薄膜材料、濾光片厚度來對雷射過濾。獲得我們需要波長段的雷射。例如，氧氣 檢測，氧氣的吸收波長在761nm附近，則選取的薄膜材料應該使波長在750nm-780nm範圍內的雷射通過，並對其它波長段雷射進行反射和吸收，其中，薄膜的厚度為吸收波長的1/4。一氧化碳檢測，一氧化碳的吸收波長在2330nm附近，則選取的薄膜材料應該是波長在2300nm-2400nm範圍內的雷射通過，並對其它波長段的雷射進行反射和吸收，其中，薄膜的厚度為吸收波長的1/4。如圖2所示薄膜吸收濾光片的功能原理示意圖，雷射二極體發射出的雷射通過薄膜吸收濾光片001後，得到可以通過該薄膜吸收濾光片波長段的雷射，發射和吸收其它波長段的雷射。可以理解的是，本實用新型中所述第一濾光片120和所述第二濾光片220均只能通過可以被待測氣體吸收的波長段，所述雷射發射器100發射出的雷射被所述第一濾光片120過濾後，不能被待測氣體吸收的波長段的雷射均被所述第一濾光片120反射或是吸收，從而獲得能夠被待測氣體吸收的波長段的雷射，從有效降低了因非待測氣體吸收部分波長段雷射，為測量結果帶來偏差。在所述雷射接收器200的接收筒內安裝的所述第二濾光片220，可以將可見光中不能被待測氣體吸收的波長段的光過濾掉。雖然可見光中能夠被待測氣體吸收的波長段的光可以進入到所述雷射接收器200，但是，因為可見光中含有的能夠被待測氣體吸收的波長段的光的強度，相對於所述雷射接收器200接收到的穿過待測氣體後的波長段的雷射強度而言，相差很多，對最終的測量結果造成的影響很小，基本上可以忽略。因此，本實用新型增加了對待測氣體檢測濃度的準確性，降低了對生產安全和環境汙染造成的影響。在圖1所示的一種雷射分析儀的基礎上，如圖3所示本實用新型公開的另一種雷射分析儀，還可以包括:第一鎖箍器130、第一連接筒140、第二鎖箍器230和第二連接筒240，所述發射筒110通過所述第一鎖箍器130與所述第一連接筒140連接，所述接收筒210通過所述第二鎖箍器230與所述第二連接筒240連接，所述第一連接筒140和所述第二連接筒240分別連接在待測環境的兩側，且所述第一連接筒140和所述第二連接筒240在同一個中心軸線上。其中，所述第一連接筒140和所述第二連接筒240中均設置有吹掃接口、光路調整機構、維護切斷閥門和法蘭等。鎖箍器是一種連接器件，可以把所有的零散器件連接在一起。因此，所述發射筒Iio和所述第一連接筒140可以通過所述第一鎖箍器130連接，所述接收筒210和所述第二連接筒240可以通過所述第二鎖箍器230連接。具體的，法蘭又叫 法蘭盤或是凸緣盤，是一種可以使管子與管子即閥門相互連接的零件，且連接於管端。法蘭上有孔眼，螺栓使兩法蘭緊連，法蘭間用襯墊密封。一般情況下測量環境為含有待測氣體的氣體測量管道，本實用新型中，與所述雷射發射器100連接的所述第一連接筒140，可以通過儀器法蘭安裝在焊接在氣體測量管道上的焊接法蘭上，與所述雷射接收器200連接的所述第二連接筒240，也可以通過儀器法蘭安裝在焊接在氣體測量管道上的焊接法蘭上。其中，維護切斷閥門用於控制氣體測量管道與連接筒的通斷，在雷射分析儀與氣體測量管道連接時，維護切斷閥門關閉，以防止氣體測量管道中的氣體跑到空氣中，造成環境汙染或是對生產安全造成影響。對氣體測量管道中的待測氣體進行測量時，打開維護切斷閥門，以使雷射通過氣體測量管道。優選的，如圖4所述，本實用新型公開的另一種雷射分析儀，還可以包括:安裝在所述第一連接筒140中用於將所述第一濾光片120和所述待測環境隔離的第一保護鏡片150，和安裝在所述第二連接筒240中用於將所述第二濾光片220和所述待測環境隔離的第二保護鏡片250。其中，吹掃接口用來為吹掃氣體提供進口。在較為惡劣的現場測量場合裡，為使雷射測量儀能夠長期運行，雷射氣體分析儀需要用吹掃氣體對保護鏡片進行吹掃，避免測量環境中粉塵或其它汙染物對保護鏡片造成嚴重汙染，從而對雷射透過率造成影響，進而影響測量結果。一般使用的吹掃氣體為乾燥壓縮空氣、氮氣或是水蒸氣。優選的，我們還可以將外部的4mA-20mA溫度/壓力傳感器連接在所述雷射發射器100上，以使所述雷射發射器100實現網際網路功能。綜上可以看出，本實用新型提供的一種雷射分析儀，可以包括:雷射發射器、雷射接收器和雷射控制器，雷射控制器與雷射發射器、雷射接收器連接，在雷射發射器的發射筒內安裝一個濾光片，在雷射接收器的接收筒內也安裝一個濾光片，兩個濾光片相同，且僅能通過可以被待測氣體吸收波長的光。因此，在通過待測環境前，雷射經發射筒內的濾光片過濾後僅含有可以被待測氣體吸收波長的光，在通過待測環境後，穿過待測環境的光再次被接收筒內的濾光片過濾，且該濾光片同時濾掉可見光中對測量結果造成影響的光。因為兩次濾光使得發射光和接收光均只能被待測氣體吸收，增加了檢測濃度的準確性，降低了對生產安全和環境汙染造成的影響。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相 一致的最寬的範圍。
權利要求1.一種雷射分析儀，包括:雷射控制器，其特徵在於，還包括:雷射發射器和雷射接收器，所述雷射控制器與所述雷射發射器、所述雷射接收器連接，所述雷射發射器和所述雷射接收器分別設置在待測環境的兩側， 所述雷射發射器具有發射筒，在所述發射筒內安裝有第一濾光片，所述雷射接收器具有接收筒，在所述接收筒內安裝有第二濾光片， 其中，所述第一濾光片和所述第二濾光片相同，且只能通過第一波長的雷射，其中，所述第一波長的雷射能夠被所述待測環境中的待測氣體吸收。
2.根據權利要求1所述的雷射分析儀，其特徵在於，所述雷射發射器包括:用來發射雷射的半導體雷射器。
3.根據權利要求2所述的雷射分析儀，其特徵在於，所述雷射發射器還包括:能夠為所述半導體雷射器提供穩定電流的驅動電源。
4.根據權利要求1所述的雷射分析儀，其特徵在於，所述雷射接收器包括:能夠將所述第二雷射轉化為電信號的光電傳感器。
5.根據權利要求4所述的雷射分析儀，其特徵在於，所述雷射接收器還包括:用於對所述雷射分析儀進行供電的電源模塊。
6.根據權利要求1所述的雷射分析儀，其特徵在於，還包括: 第一鎖箍器、第一連接筒、第二鎖箍器和第二連接筒， 所述發射筒通過所述第一鎖箍器與所述第一連接筒連接， 所述接收筒通過所述 第二鎖箍器與所述第二連接筒連接， 所述第一連接筒和所述第二連接筒分別連接在待測環境的兩側，且所述第一連接筒和所述第二連接筒在同一個中心軸線上。
7.根據權利要求6所述的雷射分析儀，其特徵在於，還包括: 安裝在所述第一連接筒中用於將所述第一濾光片和所述待測環境隔離的第一保護鏡片， 和安裝在所述第二連接筒中用於將所述第二濾光片和所述待測環境隔離的第二保護鏡片。
專利摘要本實用新型提供的一種雷射分析儀，可以包括雷射發射器、雷射接收器和雷射控制器，雷射控制器與雷射發射器、雷射接收器連接，在雷射發射器的發射筒內安裝一個濾光片，在雷射接收器的接收筒內也安裝一個濾光片，兩個濾光片相同，且僅能通過可以被待測氣體吸收波長的光。因此，在通過待測環境前，雷射經發射筒內的濾光片過濾後僅含有可以被待測氣體吸收波長的光，在通過待測環境後，穿過待測環境的光再次被接收筒內的濾光片過濾，且該濾光片同時濾掉可見光中對測量結果造成影響的光。因為兩次濾光使得發射光和接收光均只能被待測氣體吸收，增加了檢測濃度的準確性，降低了對生產安全和環境汙染造成的影響。
文檔編號G01N21/31GK203132986SQ20122072849
公開日2013年8月14日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者金多, 桂亞輝, 張永鵬, 曾繁華 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司