CN113030019A - 一种微型激光甲烷遥测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型激光甲烷遥测装置，包括：指示激光器、可调谐激光器、探测器、光学接收镜头和电路板；指示激光器和可调谐激光器轴线并列设置，光学接收镜头与可调谐激光器轴线并列设置，且光学接收镜头设置在可调谐激光器的反射光路上，探测器设置在光学接收镜头后方，并与光学接收镜头轴线共线，电路板分别与指示激光器、可调谐激光器、探测器电性连接，其中，光学接收镜头采用单片大数值孔径的非球面光学镜片。该装置在作用距离、测量灵敏度不发生变化的前提下，体积相比现有技术的激光甲烷遥测装置降低很多,而且测量性能比较高。

Description

一种微型激光甲烷遥测装置
技术领域
本发明涉及甲烷遥测技术领域，具体涉及一种微型激光甲烷遥测装置。
背景技术
由于激光甲烷遥测具有如下优点：(1)激光与气体之间不发生接触式化学 反应，不会影响待测气体的组分和形态；(2)实现远程遥测，对危险气体可进 行远程测量，传感器传输距离可达几公里，保证测试人员安全；(3)通过气体 对特定激光的共振吸收进行浓度检测，测量精度极高，测量下限可达ppm量级； (4)本质安全，传感端不易受到电磁辐射的干扰、不产生火花；(5)每种气 体的监测对应特定激光波长，不存在交叉干扰，易于检测混合气体中的特定成 分；(6)甲烷检测响应速度极快，相比于其它方法监测，响应时间大大缩短， 可以达到毫秒量级。因此激光甲烷遥测是应用于工业、矿业等行业对于甲烷检 测的技术，能够远程对甲烷进行高精度的检测。
目前的激光甲烷遥测装置通常设计为能够对百米以外的甲烷气体进行探测 的时候，需要高功率的激光器以及大口径的镜头来实现远距离的探测。高功率 的激光器以及大口径的镜头占据了大量的体积空间，而且单片大口径的球面光 学镜片的球差一般较大，需要使用较长的焦距来降低光学***球差，这样的光 学镜头体积大，像质差，降低了激光甲烷遥测装置的便携性和测量性能。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，旨在提供一种微型激光甲烷遥测装置， 在作用距离、测量灵敏度不发生变化的前提下，体积相比现有技术的激光甲烷 遥测装置降低很多,而且测量性能比较高。
具体技术方案如下：
一种微型激光甲烷遥测装置，主要包括：指示激光器、可调谐激光器、探 测器、光学接收镜头和电路板；
所述指示激光器和所述可调谐激光器轴线并列设置，所述光学接收镜头与 所述可调谐激光器轴线并列设置，且所述光学接收镜头设置在所述可调谐激光 器的反射光路上，所述探测器设置在所述光学接收镜头后方，并与所述光学接 收镜头轴线共线，所述电路板分别与所述指示激光器、所述可调谐激光器、所 述探测器电性连接，其中，所述光学接收镜头采用单片大数值孔径的非球面光 学镜片。
上述的一种微型激光甲烷遥测装置中，还具有这样的特征，所述可调激光 器内集成有准直镜片。
上述的一种微型激光甲烷遥测装置中，还具有这样的特征，所述可调谐激 光器采用封装为TO66的小型激光器。
上述的一种微型激光甲烷遥测装置中，还具有这样的特征，所述电路板包 括控制模块、激光驱动模块和信号处理模块，所述控制模块分别与所述激光驱 动模块、所述信号处理模块电性连接，所述激光驱动模块分别与所述指示激光 器、所述可调谐激光器、所述控制模块电性连接，所述信号处理模块分别与所 述探测器、所述控制模块电性连接。
上述的一种微型激光甲烷遥测装置中，还具有这样的特征，所述电路板包 括三个子电路板，分别为对应所述控制模块的控制子电路板、对应所述激光驱 动模块的驱动子电路板和对应所述信号处理模块的信号子电路板，所述信号子 电路板、所述驱动子电路板和所述控制子电路板顺序并列设置在所述探测器后 方，其中所述信号子电路板距离所述探测器最近。
上述的一种微型激光甲烷遥测装置中，还具有这样的特征，所述探测器包 括两个伸出的插脚，所述插脚与所述信号子电路板固定连接实现电性连接。
上述的一种微型激光甲烷遥测装置中，还具有这样的特征，还包括壳体， 所述壳体包括第一安装孔，所述光学接收镜头设置于所述第一安装孔内；
所述壳体朝向所述电路板的一端面的相对两端设置固定轴，所述固定轴穿 设于所述三个子电路板，以实现所述三个子电路板的固定。
上述的一种微型激光甲烷遥测装置中，还具有这样的特征，所述指示激光 器采用能够发射可见光的激光器。
上述的一种微型激光甲烷遥测装置中，还具有这样的特征，所述壳体包括 第二安装孔，所述指示激光器设置于所述第二安装孔内；
所述壳体包括第三安装孔，所述可调谐激光器设置于所述第三安装孔内；
其中，所述第一安装孔、所述第二安装孔和所述第三安装孔轴线并列设置。
上述技术方案的积极效果是：
本发明提供的一种微型激光甲烷遥测装置，在作用距离、测量灵敏度不发 生变化的前提下，体积相比现有技术的激光甲烷遥测装置降低很多，便携性比 较好，而且测量性能比较高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的微型激光甲烷遥测装置的第一结构示意图；
图2为本发明实施例提供的微型激光甲烷遥测装置的第一剖视结构示意图；
图3为本发明实施例提供的微型激光甲烷遥测装置的第二剖视结构示意图。
附图中：1、光学接收镜头；2、探测器；21、插脚；5、指示激光器；6、 可调谐激光器；61、准直镜片；7、电路板；71、信号子电路板；72、驱动子电 路板；73、控制子电路板；8、壳体；81、第一安装孔；82、第二安装孔；83、 第三安装孔；9、固定螺柱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例， 并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实 施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所 描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”， 如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理 解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、 “水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指 示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本 发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或 “下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接 接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特 征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。 第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特 征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参阅图1至图3，图1为本发明实施例提供的微型激光甲烷遥测装置的第 一结构示意图；图2为本发明实施例提供的微型激光甲烷遥测装置的第一剖视 结构示意图；图3为本发明实施例提供的微型激光甲烷遥测装置的第二剖视结 构示意图。
本发明实施例公开了一种微型激光甲烷遥测装置，该装置包括指示激光器 5、可调谐激光器6、探测器2、光学接收镜头1和电路板7；
指示激光器5和可调谐激光器6轴线并列设置，光学接收镜头1与可调谐 激光器6轴线并列设置，且光学接收镜头1设置在可调谐激光器6的反射光路 上，探测器2设置在光学接收镜头1后方，并与光学接收镜头1轴线共线。
可选地，在本实施例中，微型激光甲烷遥测装置还包括壳体8，指示激光器 5、可调谐激光器6、光学接收镜头1和探测器2均设置在壳体8上。
具体地，壳体8包括第一安装孔81，光学接收镜头1设置于第一安装孔81 内；
壳体8包括第二安装孔82，指示激光器5设置于第二安装孔82内；
壳体8包括第三安装孔83，可调谐激光器6设置于第三安装孔83内；
其中，第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔轴线并列设置。
可选地，在本实施例中，可调谐激光器6采用封装为TO66的小型激光器。 具体地，可调谐激光器6内集成有准直镜片61。具体地，准直镜片61黏贴在准 直镜片61上。本实施例中将现有技术中需要两个零件的方案压缩至一个零件， 降低了体积。
可调谐激光器6发出的光为红外波长激光，人眼不可见，因此设置指示激 光器5。
可选地，指示激光器5采用能够发射可见光的激光器。例如，指示激光器5 发射出红色或者绿色等可见光，指示激光器5的指向与可调谐激光器6指向一 致，用于标示可调谐激光器6的方向。指示激光器5和可调谐激光器6轴线并 列设置，位于同一平面，指示激光器5和可调谐激光器6发射激光的方向相同。
优选地，光学接收镜头1采用单片大数值孔径的非球面光学镜片。这样设 置使用的光学接收镜头1的体积比较小，焦距比较小，并且像质相比于传统球 面透镜得到了极大的提高，因此使得整个装置体积比较小，但是却不影响光学 接收效率，可以保证作用距离和测量灵敏度不变。也就是说，与现有技术相比， 在作用距离、测量灵敏度不发生变化的前提下，体积相比现有技术的激光甲烷 遥测装置降低很多。
电路板7包括控制模块、激光驱动模块和信号处理模块，控制模块分别与 激光驱动模块、信号处理模块电性连接，激光驱动模块分别与指示激光器5、可 调谐激光器6、控制模块电性连接，信号处理模块分别与探测器2、控制模块电 性连接。
可选地，在一些实施方式中，控制模块、激光驱动模块和信号处理模块集 成在一个电路板7上。
可选地，在一些实施方式中，电路板7包括三个子电路板，分别为对应控 制模块的控制子电路板73、对应激光驱动模块的驱动子电路板72和对应信号处 理模块的信号子电路板71，信号子电路板71、驱动子电路板72和控制子电路 板73顺序并列设置在探测器2后方，其中信号子电路板71距离探测器2最近。
其中，激光驱动模块和驱动子电路板72用于驱动指示激光器5和可调谐激 光器6发射激光。
信号处理模块和信号子电路板71用于对由探测器2输出的信号进行处理。 控制模块和控制子电路板73用于对驱动子电路板72以及信号子电路板71进行 协调控制。
壳体8朝向电路板7的一端面通过固定螺柱9与电路板连接，具体地，壳 体8与信号子电路板71固定连接，信号子电路板71与驱动子电路板72通过固 定螺柱9固定连接，驱动子电路板72与控制子电路板73固定连接实现三个子 电路板与壳体8之间的连接。
壳体8上设置有两个固定螺柱9，固定螺柱9分别穿过信号子电路板71和 驱动子电路板72，并伸入控制子电路板73，可选地，固定螺柱9可以伸出控制 子电路板73，也可以不伸出控制子电路板73均可。
具体地，在本实施例中，探测器2包括两个伸出的插脚21，插脚21与信号 子电路板71固定连接实现电性连接。
可选地，探测器2可以通过电线与信号子电路板71固定连接实现电性连接。
可选地，控制子电路板73可以通过电线与驱动子电路板72、信号子电路板 71电性连接；驱动子电路板72可以通过电线与指示激光器5、可调谐激光器6 电性连接；信号子电路板71可以通过电线与探测器2、控制子电路板73电性连 接。
可调谐激光器6在电路板7具体为驱动子电路板72的驱动下向甲烷气团发 射调谐激光，调谐激光经过甲烷气团后的目标反射后射向光学接收镜头1，通过 光学接收镜头1汇聚至探测器2，探测器2输出的信号经过信号子电路板71处 理，得到甲烷气团的气体柱的浓度信息。
在本实施例中，控制模块可以对信号处理模块和激光器驱动模块进行同步 控制。
本发明中的微型激光甲烷遥测装置，在作用距离、测量灵敏度不发生变化 的前提下，体积相比现有技术的激光甲烷遥测装置降低很多。
例如与现有技术相比，本实施例中的光学口径也不需要发生变化，在作用 距离、测量灵敏度不发生变化的前提下，体积将比之前常规的激光甲烷遥测装 置降低50％以上，便携性比较好，而且测量性能比较高。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述 实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特 征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但 并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。

Claims (9)

1.一种微型激光甲烷遥测装置，其特征在于，包括：指示激光器、可调谐激光器、探测器、光学接收镜头和电路板；
所述指示激光器和所述可调谐激光器轴线并列设置，所述光学接收镜头与所述可调谐激光器轴线并列设置，且所述光学接收镜头设置在所述可调谐激光器的反射光路上，所述探测器设置在所述光学接收镜头后方，并与所述光学接收镜头轴线共线，所述电路板分别与所述指示激光器、所述可调谐激光器、所述探测器电性连接，其中，所述光学接收镜头采用单片大数值孔径的非球面光学镜片。
2.根据权利要求1所述的微型激光甲烷遥测装置，其特征在于，所述可调激光器内集成有准直镜片。
3.根据权利要求1所述的微型激光甲烷遥测装置，其特征在于，所述可调谐激光器采用封装为TO66的小型激光器。
4.根据权利要求1至3任一项所述的微型激光甲烷遥测装置，其特征在于，所述电路板包括控制模块、激光驱动模块和信号处理模块，所述控制模块分别与所述激光驱动模块、所述信号处理模块电性连接，所述激光驱动模块分别与所述指示激光器、所述可调谐激光器、所述控制模块电性连接，所述信号处理模块分别与所述探测器、所述控制模块电性连接。
5.根据权利要求4所述的微型激光甲烷遥测装置，其特征在于，所述电路板包括三个子电路板，分别为对应所述控制模块的控制子电路板、对应所述激光驱动模块的驱动子电路板和对应所述信号处理模块的信号子电路板，所述信号子电路板、所述驱动子电路板和所述控制子电路板顺序并列设置在所述探测器后方，其中所述信号子电路板距离所述探测器最近。
6.根据权利要求5所述的微型激光甲烷遥测装置，其特征在于，所述探测器包括两个伸出的插脚，所述插脚与所述信号子电路板固定连接实现电性连接。
7.根据权利要求6所述的微型激光甲烷遥测装置，其特征在于，还包括壳体，所述壳体包括第一安装孔，所述光学接收镜头设置于所述第一安装孔内；
所述壳体朝向所述电路板的一端面的相对两端设置固定轴，所述固定轴穿设于所述三个子电路板，以实现所述三个子电路板的固定。
8.根据权利要求7所述的微型激光甲烷遥测装置，其特征在于，所述指示激光器采用能够发射可见光的激光器。
9.根据权利要求8所述的微型激光甲烷遥测装置，其特征在于，所述壳体包括第二安装孔，所述指示激光器设置于所述第二安装孔内；
所述壳体包括第三安装孔，所述可调谐激光器设置于所述第三安装孔内；
其中，所述第一安装孔、所述第二安装孔和所述第三安装孔轴线并列设置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114279964A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 数量级(上海)信息技术有限公司 一种激光甲烷泄漏监测器及甲烷泄露监测方法

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