CN103487401B - 带微调机构的长光程气体检测装置 - Google Patents

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Abstract

带微调机构的长光程气体检测装置，包括内部具有密闭气室的容器，容器的气室内设有发射面相对设置的第一凹面镜和第二凹面镜，第一凹面镜一侧设有微调式反射镜，容器上设有位于第一凹面镜两侧的平行光发射器和光电传感器，平行光发射器临近微调式反射镜，平行光发射器的光源发射端和光电传感器的光线接收端伸入到气室内。本发明采用多次反射的方法，减小了气室的体积，提高了仪表的检测能力。本发明使用微调式反射镜，能够将反射光改变路径并再次反射回去，在增长有效光程的同时能够有效避免标准距效应。

Description

带微调机构的长光程气体检测装置
技术领域
本发明属于精密加工技术与光学技术领域，特别涉及一种应用于基于TDLAS（可调谐半导体激光吸收光谱）等气相光谱分析仪器的带微调机构的长光程气体检测装置。
背景技术
随着我国工业控制、钢铁冶金、石油化工、环境保护、生化制药、电力、航空航天等行业的发展，需要进一步加强对这些领域的生产过程进行监测控制。这就对生产过程中使用过程分析仪的检测精度、响应时间、***稳定性等指标提出了更高的要求。气相物质浓度的在线分析被广泛的应用于这些行业的生产过程监测、生产工艺优化、降污分析、能源气回收控制、环保监测等方面，是提高对生产过程的分析能力的重要方面。
TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）是可调谐二极管激光吸收光谱技术的简称，通常又称为可调谐半导体激光吸收光谱技术。与传统不分光红外技术光谱技术相比，TDLAS技术具有很多显著优点：
（1）利用半导体激光良好的单色性，采用“单线光谱”技术避免背景气体吸收干扰；
（2）利用半导体激光波长可调谐性解决粉尘、视窗污染对测量的影响；
（3）无需采样预处理，响应速度快，便于对生产过程进行控制；
（4）仪器内部测量过程中定时自动标定，无需手动标定；
（5）可自动修正环境温度、压力变化对测量的影响；
因此，基于TDLAS技术的***体浓度分析仪能够较好地满足气体光谱分析和气体浓度分析的迫切需要。
基于TDLAS技术的便携式***体浓度分析仪，仪表的检出限与内部气室的光程长度成正比例关系，光程越长仪表的检出限越低，仪表反应越灵敏。但是在光路不反射的情况下，光程越长仪表气体池体积越大，往往不方便携带。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种体积小、便于携带的带微调机构的长光程气体检测装置。
为实现上述目的，本发明的带微调机构的长光程气体检测装置，包括内部具有密闭气室的容器，容器的气室内设有发射面相对设置的第一凹面镜和第二凹面镜，第一凹面镜一侧设有微调式反射镜，容器上设有位于第一凹面镜两侧的平行光发射器和光电传感器，平行光发射器临近微调式反射镜，平行光发射器的光源发射端和光电传感器的光线接收端伸入到气室内。
所述容器的外形和气室均为长方体形状，第一凹面镜、第二凹面镜、微调式反射镜、平行光发射器和光电传感器分别与容器胶粘连接，第一凹面镜和第二凹面镜分别设在容器的气室沿长度方向的两端，第二凹面镜的长度大于第一凹面镜的长度。
所述平行光发射器为准直器，平行光发射器通过光纤与光纤法兰盘连接，光电传感器的信号输出端通过数据线与***体浓度分析仪的信号接收端连接；所述气室内充满被测气体，光纤发出的入射光经平行光发射器后形成平行光束，平行光束先照射到第二凹面镜上，第二凹面镜将平行光束反射到第一凹面镜上，第一凹面镜将平行光束反射到第二凹面镜上，第二凹面镜将平行光束反射到微调式反射镜上，微调式反射镜再将平行光束反射到第二凹面镜上，第二凹面镜最后将平行光束反射到光电传感器的光线接收端。
采用上述技术方案，本发明使用平行光发射器（准直器）将通过光纤引入的光线处理成平行光束，平行光束通过气室内的第一凹面镜和第二凹面镜多次反射后投射到微调机构（微调式反射镜）上。微调式反射镜是一个很小的平面镜，微调式反射镜在固定时可对其角度进行360度调整，平行光束调整后可改变入射光的入射角度并将入射光反射到气室两端的第一凹面镜和第二凹面镜。平行光线经过微调式反射镜调整角度并经第一凹面镜和第二凹面镜后，最终射向光电传感器上，光电传感器将信号输送到***体浓度分析仪中，***体浓度分析仪即可对被测气体浓度进行分析。
使用本发明时，只需要将光纤法兰盘连接到光谱分析仪器光源，平行光束在第一凹面镜、第二凹面镜与微调机构之间多次反射，最终射向光电传感器，光电传感器将经过被测气体吸收的光源转换为电信号，并输出给***体浓度分析仪进行分析。
由于光纤芯径很细，只有10um，经过准直器处理后激光光斑也只有100um左右。机械加工时稍有误差，光线沿光路传播时误差便会成倍放大，光线最终很难被光电传感器接收。即使使用非常精密的机床进行加工，也很难满足光路精准定位的要求。本发明由于使用微调式反射镜，在气室加工存在误差、第一凹面镜和第二凹面镜粘接存在误差、准直器粘接存在误差、光电传感器存在误差的情况下，仍然能够调整光路，使光线被接收光电传感器正常接收。
本发明采用多次反射的方法，减小了气室的体积，提高了仪表的检测能力。本发明使用微调式反射镜，能够将反射光改变路径并再次反射回去，在增长有效光程的同时能够有效避免标准距效应。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明平行光束路径示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的带微调机构的长光程气体检测装置，包括内部具有密闭气室1的容器2，容器2的气室1内设有发射面相对设置的第一凹面镜3和第二凹面镜4，第一凹面镜3一侧设有微调式反射镜5，容器2上设有位于第一凹面镜3两侧的平行光发射器6和光电传感器7，平行光发射器6临近微调式反射镜5，平行光发射器6的光源发射端和光电传感器7的光线接收端伸入到气室1内。
容器2的外形和气室1均为长方体形状，第一凹面镜3、第二凹面镜4、微调式反射镜5、平行光发射器6和光电传感器7分别与容器2胶粘连接，第一凹面镜3和第二凹面镜4分别设在容器2的气室1沿长度方向的两端，第二凹面镜4的长度大于第一凹面镜3的长度。
平行光发射器6为准直器，平行光发射器6通过光纤8与光纤法兰盘9连接，光电传感器7的信号输出端通过数据线10与***体浓度分析仪11的信号接收端连接。
如图2所示，气室1内充满被测气体，光纤发出的入射光经平行光发射器6后形成平行光束，平行光束先照射到第二凹面镜4上，第二凹面镜4将平行光束反射到第一凹面镜3上，第一凹面镜3将平行光束反射到第二凹面镜4上，第二凹面镜4将平行光束反射到微调式反射镜5上，微调式反射镜5再将平行光束反射到第二凹面镜4上，第二凹面镜4最后将平行光束反射到光电传感器7的光线接收端。
本发明当中的各个部件均为现有成熟技术，具体构造不再赘述。
本发明中的准直器外端通过光纤连接到气体池外，通过FC等接口引。第一凹面镜3和第二凹面镜4的镜面由低温度形变材料组成，表面镀金以增加反射能力。第一凹面镜3和第二凹面镜4为凹镜，以便在光线反射时，将发散的光线再次汇聚成平行光。通过多次反射，以便光线更长距离的穿过气室1中的气体。微调式反射镜5由一片能够反射光线的窄平薄片组成，该薄片一般表面镀金以增强反射能力。光电传感器7包括但不限于姻镓砷(ingaas)、磷化镓(GaP)，硅(Si)和锗(Ge)光电二极管。平行光发射器6为准直器，当然也包括将来其他能将杂散光转换为平行光的装置。
由于光纤芯径很细，只有10um，经过准直器处理后激光光斑也只有100um左右。机械加工时稍有误差，光线沿光路传播时误差便会成倍放大，光线最终很难被光电传感器7接收。即使使用非常精密的机床进行加工，也很难满足光路精准定位的要求。本发明由于使用微调式反射镜5，在气室1加工存在误差、第一凹面镜3和第二凹面镜4粘接存在误差、准直器粘接存在误差、光电传感器7存在误差的情况下，仍然能够调整光路，使光线被接收光电传感器7正常接收。

Claims (3)

1.带微调机构的长光程气体检测装置，其特征在于：包括内部具有密闭气室的容器，容器的气室内设有发射面相对设置的第一凹面镜和第二凹面镜，第一凹面镜一侧设有可360°转动的微调式反射镜，容器上设有位于第一凹面镜两侧的平行光发射器和光电传感器，平行光发射器临近微调式反射镜，平行光发射器的光源发射端和光电传感器的光线接收端伸入到气室内。
2.根据权利要求1所述的带微调机构的长光程气体检测装置，其特征在于：所述容器的外形和气室均为长方体形状，第一凹面镜、第二凹面镜、微调式反射镜、平行光发射器和光电传感器分别与容器胶粘连接，第一凹面镜和第二凹面镜分别设在容器的气室沿长度方向的两端，第二凹面镜的长度大于第一凹面镜的长度。
3.根据权利要求1或2所述的带微调机构的长光程气体检测装置，其特征在于：所述平行光发射器为准直器，平行光发射器通过光纤与光纤法兰盘连接，光电传感器的信号输出端通过数据线与***体浓度分析仪的信号接收端连接；所述气室内充满被测气体，光纤发出的入射光经平行光发射器后形成平行光束，平行光束先照射到第二凹面镜上，第二凹面镜将平行光束反射到第一凹面镜上，第一凹面镜将平行光束反射到第二凹面镜上，第二凹面镜将平行光束反射到微调式反射镜上，微调式反射镜再将平行光束反射到第二凹面镜上，第二凹面镜最后将平行光束反射到光电传感器的光线接收端。
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