CN115046963B - 一种气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气体检测装置，包括：光学盒体、探针模块以及检测模块；光学盒体包括第一光源模块和第二光源模块；探针模块包括第一反射模块；第一光源模块中的第一光源发射的光束分束后形成的多个光束中的参照光束被准直后入射至第一反射模块；第二光源模块中的第二光源发出用于探测待测气体的激光，激光被调整后形成待拟合的激光，待拟合的激光入射至第一反射模块；待拟合的激光与准直后的参照光束进行拟合；检测模块，用于接收拟合后的激光经第一反射模块反射的反射光，并获得待测气体的待测信息。通过本发明实施例提供的气体检测装置，安装方便，检测准确率高，且可同时检测多种气体。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，具体而言，涉及一种气体检测装置。
背景技术
目前，来自工业生产中烟囱排放的气体污染物，为防止产生过多的气体污染物，通常会对工业生产中排放的气体污染物进行检测，检测后再进行排气后处理。常见的气体污染物检测方法一般使用采用TDLAS技术的激光式监测装置对气体污染物进行检测，激光式监测装置均安装在烟囱法兰上，激光式监测装置涉及到敏感光路的部分易受外界环境影响，导致检测信号不准，甚至完全检测不到信号。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种气体检测装置。
第一方面，本发明实施例提供了一种气体检测装置，包括：光学盒体、探针模块以及检测模块；光学盒体与探针模块固定连接；光学盒体包括：第一光源模块和第二光源模块；探针模块包括第一反射模块；第一光源模块包括第一光源，第一光源发射的光束分束后形成多个光束，多个光束包括：参照光束，参照光束被准直后入射至所述第一反射模块；第二光源模块包括第二光源，第二光源发出用于探测待测气体的激光，激光被调整后形成待拟合的激光，待拟合的激光入射至第一反射模块；待拟合的激光与准直后的参照光束进行拟合；检测模块，用于接收拟合后的激光经第一反射模块反射的反射光，并根据反射光获得待测气体的待测信息。
本发明实施例上述第一方面提供的方案中，气体检测装置的光学盒体包括：第一光源模块和第二光源模块；探针模块包括第一反射模块；第一光源模块包括第一光源，第一光源发射的光束分束后形成多个光束，多个光束包括：参照光束，参照光束被准直后入射至所述第一反射模块；第二光源模块包括第二光源，第二光源发出用于探测待测气体的激光，激光被调整后形成待拟合的激光，待拟合的激光入射至第一反射模块；待拟合的激光与准直后的参照光束进行拟合；检测模块，用于接收拟合后的激光经第一反射模块反射的反射光，并根据反射光获得待测气体的待测信息。与相关技术中的气体检测装置无法准确获得检测信号相比，本发明先对第一光源发出的参照光束进行准直校正，再对用于探测待测气体的第二光源发出的激光与准直后的参照光束进行拟合，从而能够调节气体检测装置的光束入射位置和角度，防止光束发生偏移，提高了检测准确率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种气体检测装置整机结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的气体检测装置中光线准直校正示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的气体检测装置中光线拟合状态示意图；
图4示出了本发明实施例所提供的气体检测装置中光线准直及拟合调节模块结构示意图；
图5示出了本发明实施例所提供的气体检测装置中光源移动机构***图；
图6示出了本发明实施例所提供的气体检测装置中光源俯仰调节机构示意图；
图7示出了本发明实施例所提供的气体检测装置中光源俯仰调节机构侧视图；
图8示出了本发明实施例所提供的气体检测装置中光线拟合调节模块***图；
图9示出了本发明实施例所提供的气体检测装置中光线拟合调节模块工作原理图；
图10示出了本发明实施例所提供的气体检测装置中光线拟合调节模块结构示意图；
图11示出了本发明实施例所提供的气体检测装置安装示意图。
图标：100、光学盒体；110、第一光源模块；111、第一光源；112、分束模块；120、第二光源模块；121、第二光源；122、光源合束模块；141、光源移动机构；142、光源俯仰调节机构；130、光线准直判断模块；180、光线拟合调节模块；200、探针模块；220、准直镜；230、探针。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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气体检测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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，不仅会形成光化学烟雾和酸雨，还会对人体呼吸***造成重要伤害。在通常所说的氮氧化物中NO和NO2是重要的大气污染物。据统计，我国氮氧化物的排放量中70%来自煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，因此NOx排放的主要来源是火力发电厂，其次是水泥厂、垃圾焚烧等产生的污染排放。为防止锅炉内燃烧后产生过多的NOx污染环境，应对其进行脱硝工艺处理，并对此过程中的气体参数NH3、NO进行实时监测，由此产生了一系列的脱硝监测装置。
常见脱硝监测装置有采用TDLAS技术的激光式直接监测装置（以下简称激光监测装置）。TDLAS技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。
激光监测装置通常包括对位式监测和原位式监测，但无论是对位式还是原位式监测，激光监测装置均是长期安装在烟囱法兰上进行连续监测，其形成的光路与烟囱形成一体，往往该光路都是很敏感脆弱的，烟囱的振动、高温应力变形等环境因素均会使光路发生位移，导致测量信号不稳，甚至会完全测不到信号。
此外，激光监测装置包括光学盒体以及探针，由于激光监测装置较重，在安装时，光学盒体无法与探针一体安装，两者需分开安装，从而就无法保证光学盒体发射的出光达到探针末端的镜片并被成功反射，这就大大增加了了激光监测装置的安装难度。
基于此，本申请实施例提供了一种气体检测装实施例提供了一种气体检测装置，包括：包括：光学盒体、探针模块以及检测模块；光学盒体与探针模块固定连接；光学盒体包括：第一光源模块和第二光源模块；探针模块包括第一反射模块；第一光源模块包括第一光源，第一光源发射的光束分束后形成多个光束，多个光束包括：参照光束，参照光束被准直后入射至所述第一反射模块；第二光源模块包括第二光源，第二光源发出用于探测待测气体的激光，激光被调整后形成待拟合的激光，待拟合的激光入射至第一反射；待拟合的激光与准直后的参照光束进行拟合；检测模块，用于接收拟合后的激光经第一反射模块反射的反射光，并根据反射光获得待测气体的待测信息。与相关技术中的气体检测装置无法准确获得检测信号相比，本发明先对第一光源发出的参照光束进行准直校正，再对用于探测待测气体的第二光源发出的激光与准直后的参照光束进行拟合，从而能够调节气体检测装置的光束入射位置和角度，防止光束发生偏移，提高了检测准确率，同时易于安装。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。
实施例
参见图1所示的本发明实施例所提供的一种气体检测装置整机结构示意图，气体检测装置包括：光学盒体100、探针模块200以及检测模块（图中未示出）；光学盒体100与探针模块200固定连接。
参见图2所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光线准直校正示意图及图3所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光线拟合状态示意图，探针模块200包括：第一反射模块、准直镜220以及探针。探针的一端与光学盒体100固定连接，探针的另一端即探针的末端，设置有第一反射模块和准直镜220，第一反射模块包括第一反射镜210-1和第二反射镜210-2；第一反射镜210-1和第二反射镜210-2设置于准直镜220的两端。优选地，第一反射镜210-1和第二反射镜210-2所在的平面均与准直镜220所在的平面呈135°设置。第一反射镜210-1、第二反射镜210-2及准直镜220均用于对来自光学盒体的入射光进行反射。优选地，第一反射镜210-1和第二反射镜210-2均为直角镜。
光学盒体100包括：第一光源模块110和第二光源模块120。第一光源模块110和第二光源模块120均设置于光学盒体100内。
第一光源模块110包括第一光源111，第一光源111发射的光束分束后形成多个光束，多个光束包括：参照光束1-4，参照光束1-4被准直后入射至第一反射模块。其中，第一光源111为可见光光源。需要说明的是，参照光束1-4被准直后，入射至第一反射模块的第一反射镜210-1上，且入射角为45°。
第二光源模块120包括第二光源121，第二光源121发出激光，激光被调整后形成待拟合的激光2-1，待拟合的激光2-1入射至第一反射模块，第二光源121发出的激光用于探测待测气体。待拟合的激光2-1与被准直后的参照光束1-4进行拟合。需要说明的是，待拟合的激光2-1与被准直后的参照光束1-4拟合完成状态为待拟合的激光2-1与被准直后的参照光束1-4重合共线。
其中，第二光源121为不可见光光源。可选地，不可见光光源为可发射红外光的光源。
检测模块（未示出），用于接收拟合后的激光被第一反射模块反射的反射光，并根据反射光获得待测气体的待测信息。
可选地，检测模块为光电探测器，能够利用光电效应把光信号转变为电信号，以通过电信号对待测气体进行分析。
可选地，待测信息包括待测气体的浓度信息和/或温度信息。
具体地，拟合后的激光依次经第一反射镜210-1、第二反射镜210-2反射形成反射光入射至检测模块，检测模块把光信号转变为电信号从而获得待测气体的待测信息。
上述实施例提供的气体检测装置，先对第一光源发出的参照光束进行准直修复，使用于探测待测气体的第二光源发出的激光与准直后参照光束拟合，从而能够调节气体检测装置的光束入射位置和方向，防止光束发生偏移，提高了检测的准确性。第二光源发射的待测激光与第一光源发出的参照光束共线，减少了气体检测装置的安装难度，且检测更准确。
此外，为判断参照光束1-4是否准直，光学盒体100还包括光线准直判断模块130。为对第一光源111发射的光束进行分光，第一光源模块110还包括分束模块112。
分束模块112，用于将第一光源111发射的光束分束成第一光束1-1、第二光束1-2及参考光束1-4；
其中，第一光束1-1入射至光线准直判断模块130；
第二光束1-2入射至准直镜220，经准直镜220反射后再经分束模块112反射及透射后形成第三光束1-3，第三光束1-3入射至光线准直判断模块130；参考光束1-4入射至第一反射模块。
光线准直判断模块130，用于根据第一光束1-1与第三光束1-3是否重合来判断参照光束1-4是否准直。当第一光束1-1与第三光束1-3不重合时，第二光束1-2未垂直入射至准直镜220，确定参照光束1-4不准直；当第一光束1-1与第三光束1-3重合时，第二光束1-2垂直入射至准直镜220，确定参照光束1-4准直。值得说明的是，当第二光束1-2未垂直入射至准直镜220时，第二光束1-2被末端准直镜220反射后形成虚线反射光束（未示出），该虚线反射光束不会沿原路返回，当第二光束1-2垂直入射至准直镜220时，第二光束1-2被末端准直镜220反射后形成如图3所示的实线反射光束，反射光束会沿原路返回，此时，第一光源111发出的光束以及被分光后的各个分光束均是准直状态，准直后的参照光束1-4入射至第一反射模块的第一反射镜210-1上，且入射角为45°。
可选地，光线准直判断模块130为光斑仪。光斑仪能够接收第一光束1-1及第三光束1-3并形成光斑，并根据形成的光斑的数量来判断第一光束1-1与第三光束1-3是否重合。当形成的光斑的数量为多个时，第一光束1-1与第三光束1-3不重合，第二光束1-2未垂直入射于准直镜220上，参照光束1-4不准直；当形成的光斑数量为一个时，第一光束1-1与第三光束1-3重合，第二光束1-2垂直入射于准直镜220上，参照光束1-4准直。
在一实施例中，分束模块112包括第一二向镜1121、第二二向镜1122及第二反射模块1123。第一二向镜1121和第二二向镜1122用于对入射光进行透射和反射，第二反射模块1123用于对入射光进行反射。第一二向镜1121设置于第一光源111发出光束所在的光路上，且与被准直后的第二光束1-2所在光路方向呈45度角。第二反射模块1123与第二二向镜1122分别布置于第一二向镜1121的两侧，第二反射模块1123所在的平面与被准直后的第二光束1-2所在光路方向平行，第二二向镜1122与第一二向镜1121平行设置。第一二向镜1121、第二二向镜1122及第二反射模块1123的反射和/或透射作用，形成第一光束1-1、第二光束1-2、第三光束1-3以及参考光束1-4。
其中，第一光束1-1、第二光束1-2、第三光束1-3以及参考光束1-4具体地形成过程如下：
第一二向镜1121，用于对第一光源111发射的光束分别进行反射和透射，从而形成一反射光束和第二光束1-2；
该反射光束经第二二向镜1122透射后形成第一光束1-1入射至光线准直判断模块130；
第二光束1-2依次经准直镜220、第一二向镜1121以及第二反射模块1123反射后再依次经第一二向镜1121和第二二向镜1122透射后形成第三光束1-3入射至光线准直判断模块130；
第一光源111发射的光束依次经第一二向镜1121和第二二向镜1122反射后形成参考光束1-4入射至第一反射模块。
由此可知，第一光束1-1是由第一光源111发射的光束依次经第一二向镜1121反射、第二二向镜1122透射后形成的，且第一光束1-1会射到光斑仪上，形成一个光斑。而第二光束1-2射出光学盒体100后，射入探针230末端的准直镜220上，此时，若第二光束1-2与末端准直镜220平面垂直，则光路会沿原路返回，并经第一二向镜1121以及第二反射模块1123反射后再依次经第一二向镜1121和第二二向镜1122透射后形成第三光束1-3，第三光束1-3在光斑仪上形成一个光斑，而此光斑与第一光束1-1形成的光斑会处于重合状态，光斑仪只检测到一个光斑；若第二光束1-2与末端准直镜220平面不垂直，则第二光束1-2经准直镜220反射形成虚线反射光束，该虚线反射光束与第二光束1-2入射的光不会共线，此时虚线反射光束经第一二向镜1121以及第二反射模块1123反射后再依次经第一二向镜1121和第二二向镜1122透射后形成第三光束1-3，第三光束1-3在光斑仪上形成的光斑与第一光束1-1形成的光斑不重合，光斑仪会检测到2个光斑。因此可根据光路原理通过光斑仪判断光斑数量及能量，确认末端准直镜220与射出光学盒体100的第二光束1-2是否垂直。当第二光束1-2能够入射至准直镜220上且与准直镜220镜面垂直时，第一光源111发出的光束以及参照光束1-4准直。
在一实施例中，为增加被第一二向镜1121反射或透射后的光束的透过率，分束模块112还包括增透膜1124，增透膜1124设置于第一二向镜1121与第二二向镜1122之间，与第一二向镜1121或第二二向镜1122呈45度设置。
此外，目前比较成熟的气体探测技术都是采用单组分红外吸收测量方法，在需要测量多种气体的工序中，需要多套设备加入测试，无法在同一位置同时进行多个气体成分的测量，实时性较差，成本高。
基于此，如图2-图3所示，本申请一实施例中的气体检测装置中的第二光源模块120可以包括单个第二光源121或多个第二光源121。单个第二光源121，发出单束激光来探测单一待测气体；多个第二光源121中的各第二光源能够分别发出不同波长的激光来探测多种待测气体。且当第二光源模块120包括多个第二光源121时，第二光源模块还包括光源合束模块122；光源合束模块122，用于将多个第二光源121发出的多束激光耦合为一束合束激光。为检测需求气体，可以根据待测气体不同需求更换不同的第二光源，或对光源进行调制。光源合束模块122为若干个能够改变光路的光学元件，这里不做具体限定。
在一实施例中，多个第二光源121包括第二光源121-1和第二光源121-2。第二光源121-1和第二光源121-2分别发射波长不同的第一激光和第二激光；其中，第一激光用于探测氨气，第二激光用于探测氮氧化合物气体。可选地，光源合束模块122为能够对入射光进行透射和反射的二向镜，该二向镜所在平面与两个第二光源发出的激光的光线方向分别成45°角，且两个第二光源发出的激光入射至二向镜的入射位置相同。该二向镜对第二光源121-1发出的激光进行透射，对第二光源121-2发出的激光进行反射，能够将两个第二光源发出的激光合束为一束激光。
由此，设置多个第二光源121，每个第二光源121发射出的激光能够探测不同的待测气体，还具有光源合束模块122，可以将多个第二光源121发出的多束激光耦合为一束合束激光，从而能够在同一位置同时进行多种气体成分的测量，实时性强且成本低。
在一实施例中，为使第二光源121发射出的激光能够入射至第一反射模块，第二光源模块还包括用于调整光路的第三反射模块123，第三反射模块123用于对单个第二光源121发出的激光或者将多个第二光源121发出的合束激光进行反射，反射激光为待拟合的激光2-1，待拟合的激光2-1入射至第一反射模块。
在一实施例中，为当光线准直判断模块130确定参照光束1-4不准直时，对参照光束1-4进行准直校正，光学盒体100还包括光线准直调节模块。参见图4所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光线准直及拟合调节模块结构示意图，光线准直调节模块用于当光线准直判断模块确定参照光束1-4不准直时，调节第一光源模块110的位置和/或第一光源111发射光束的角度。具体地，若光斑仪检测到2个光斑，则反馈电路下达指令给光线准直调节模块，从而自动调节第一光源模块110的位置以及第一光源111发射光束的角度，直到只检测到一个光斑，即完成光线准直校正。
在本实施例中，光线准直调节模块包括光源移动机构141和光源俯仰调节机构142；光源俯仰调节机构142设置在光源移动机构141上。光源移动机构141，用于移动第一光源模块110；光源俯仰调节机构142，用于调节第一光源111发射光束的方向。其中，光源移动机构141使第一光源模块110移动的移动方向为如图4所示的下方箭头方向。
通过光源移动机构141和光源俯仰调节机构142的作用，使第一光源111发射的第二光束1-2垂直入射到准直镜220上，实现对第一光源111发射的光束准直校正。
参见图4所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光线准直及拟合调节模块结构示意图和图5所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光源移动机构***图，光学盒体100包括安装底座150和安装平台160，第一光源模块110和第二光源模块120均安装于安装平台160上。其中第一光源模块110固定安装于安装平台160上，第二光源模块120能够相对于安装平台160发生移动。
在一实施例中，光源移动机构141包括第一电机1410，滚珠丝杠螺母副，螺母座1412，第一滑块1413，第一滑轨1414及外壳1415。外壳1415与安装底座150固定连接。可选地，外壳1415与安装底座150通过12个紧固螺钉实现固定连接。滚珠丝杠螺母副包括丝杠14110、丝杠螺母14111及滚珠（图中未示出）。丝杠螺母14111与丝杠14110通过螺纹槽旋入组成螺旋传动机构。
第一电机1410带动丝杠14110转动。丝杠螺母14111固定在螺母座1412上，螺母座1412的一端与安装平台160固定连接，另一端与第一滑块1413固定连接。螺母座1412和丝杠螺母14111、安装平台160以及第一滑块1413连接固定为一体，不与丝杠14110及其他元件接触。第一滑轨1414固定于外壳1415内，第一滑块1413与第一滑轨1414滑动连接。可选地，第一滑块1413内部设置有滚动体，第一滑块1413通过内部设置的滚动体实现与第一滑轨1414的相对滑动。其中，第一滑块1413的数量不做具体限定，可选地，第一滑块1413的数量为4个，4个第一滑块中的两个设置于第一滑轨1414的一侧，另外两个设置于第一滑轨1414的另一侧。
在一实施例中，光源移动机构141还包括联轴器1416、两个轴承座1417和两个轴承座固定块1418。第一电机1410通过联轴器1416与丝杠14110连接，具体的，第一电机1410的输出轴与联轴器1416一端过盈配合，联轴器1416另一端与丝杠14110过盈配合。两个轴承座1417中的各轴承座分别与丝杠14110的两端过盈配合，且分别与两个轴承座固定块1418中的不同轴承座固定块固定连接。
在接收到需要调节第一光源位置的指令时，光源移动机构141开始工作。在该实施例中，光源移动机构141工作过程如下：通过第一电机1410的电机轴的旋转带动联轴器1416及丝杠14110旋转，因丝杠14110与丝杠螺母14111上都制有螺旋槽，由这些螺旋槽对合起来形成滚珠循环通道，滚珠在通道内循环滚动，从而带动丝杠螺母14111作直线往复运动，又由于螺母座1412和丝杠螺母14111、安装平台160以及第一滑块1413连接固定为一体，第一光源模块110固定安装在安装平台160上，从而带动第一光源模块110沿第一滑轨1414作直线往复运动，从而改变第二光束1-2入射至准直镜的入射位置。
在一实施例中，安装平台160包括俯仰平台161和固定平台162，俯仰平台161设置于固定平台162上且与固定平台162可转动的连接。第一光源模块110和第二光源模块120均安装于俯仰平台161上，且通过固定平台162与光源移动机构141的螺母座1412固定连接。可选地，固定平台162通过8个紧固螺钉与光源移动机构141的螺母座1412连接。其中，第一光源模块110固定安装于俯仰平台161上，第二光源模块120能够相对于俯仰平台161发生移动。在一实施例中，固定平台162上设置有轴承座，轴承座用来支撑轴承，俯仰平台161上设置有转轴，转轴与轴承过盈配合，从而实现俯仰平台161相对于固定平台162的转动。
参见图6所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光源俯仰调节机构示意图及图7示所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光源俯仰调节机构侧视图，光源俯仰调节机构142包括第二电机1420、电机螺杆1421、第二滑块1422、滑动件1423、第二滑轨1424、微分头1425、连接轴1426及万向节1427。微分头1425包括能够组成一对螺纹副的微分头内螺纹1425-1和微分头外螺纹1425-2。微分头利用螺旋副原理使测微螺杆轴向移动。
第二电机1420固定于第二滑块1422上，可选地，第二电机1420通过紧固螺钉固定于第二滑块1422上，这里不做具体限定。第二滑块1422通过滑动件1423与第二滑轨1424滑动连接。可选地，滑动件1423为半螺纹结构的圆柱销，圆柱销半拧进第二滑块1422的螺纹孔内，圆柱销漏出的另一半与第二滑轨1424上的卡槽配合，使圆柱销在第二滑轨1424的卡槽内滑动，从而带动第二滑块1422沿着第二滑轨1424的卡槽延伸方向上下滑动。
第二电机1420上固定有电机螺杆1421，电机螺杆1421穿过第二滑块1422与微分头外螺纹1425-2的一端固定连接。第二滑块1422上下表面均具有通孔，第二电机1420固定于第二滑块1422的上表面，电机螺杆1421依次穿过第二滑块1422上下表面的通孔，与微分头外螺纹1425-2的一端固定连接。电机螺杆1421与微分头外螺纹1425-2的固定方式不做具体限定，可选地，电机螺杆1421与微分头外螺纹1425-2通过螺纹打胶的方式固定。
微分头外螺纹1425-2的另一端设置于万向节1427一端，与万向节1427的一端相对固定连接。万向节1427的另一端与连接轴1426的一端相对固定连接，连接轴1426的另一端与固定平台162相对固定连接。具体地，连接轴1426的另一端与轴承过盈配合，轴承设置于轴承座内，轴承座固定于固定平台162上。
微分头内螺纹1425-1设置于俯仰平台161的安装孔内，并与俯仰平台161固定连接。
在一实施例中，微分头外螺纹1425-2上的螺杆通过放入万向节1427一端的孔内，通过在万向节1427侧面安装螺丝顶紧螺杆的方式连接，微分头外螺纹1425-2和万向节1427的一端相对固定连接；连接轴1426的一端放入万向节1427另一端的孔内，通过在万向节1427侧面安装螺丝顶紧连接轴1426的方式连接，万向节1427的另一端和连接轴1426之间相对固定。微分头内螺纹1425-1放入在俯仰平台161的安装孔内，并通过在俯仰平台161侧面的螺丝孔1428拧入螺丝顶紧方式连接，微分头内螺纹1425-1和俯仰平台161之间相对固定。
光源俯仰调节机构142还包括固定板。固定板的一端与固定平台162固定连接，另一端与轴承座1429固定连接；轴承座1429固定于固定板上。可选地，固定板与固定平台162垂直设置。
在接收到需要调节第一光源111发射光束的方向指令时，光源俯仰调节机构142开始工作。在该实施例中，光源俯仰调节机构142工作过程如下：第二电机1420带动电机螺杆1421旋转，因电机螺杆1421与微分头外螺纹1425-2的顶部固定，电机螺杆1421会带动微分头外螺纹1425-2旋转，而微分头外螺纹1425-2与微分头内螺纹1425-1组成的是螺纹副，微分头内螺纹1425-1已固定在俯仰平台161上，因此微分头外螺纹1425-2及与其连接固定的第二电机1420和电机螺杆1421可以上下移动；由于万向节1427可以实现变角度动力传递的机件，因此当微分头外螺纹1425-2旋转时，微分头内螺纹1425-1因与俯仰平台固定，俯仰平台161相对于固定平台162发生转动，而微分头外螺纹1425-2下部连接的万向节1427开始角度弯曲，并跟随旋转。由于该光源俯仰调节机构142的存在，使得俯仰平台162上的第一光源111以及第二光源121发射光线的角度可以调整。
因此，光源移动机构141使得第一光源模块110位置发生移动，使第一光源111发射的光束打到准直镜220上，光源俯仰调节机构142可改变对第一光源111发射光束的方向，使第一光源111发射的第二光束1-2垂直入射到准直镜220上，实现参照光束的准直校正；此外，由于光源移动机构141和光源俯仰调节机构142的光线准直校正的作用，在光学盒体100与探针模块200分开安装时，能够保证光学盒体100发射的光束达到探针230末端的准直镜220并被成功反射，且入射光线与反射光线共线，减少了气体检测装置的安装难度，且检测更准确。
在一实施例中，为确定第二光源121发出的待拟合的激光2-1与被准直后的参照光束1-4是否拟合，光学盒体100还包括光线拟合判断模块。光线拟合判断模块，用于当光线准直判断模块130确定参照光束1-4时，判断待拟合的激光2-1与参照光束1-4是否拟合。待拟合的激光2-1与参照光束1-4拟合是指待拟合的激光2-1与参照光束1-4重合共线。
为保证待拟合的激光2-1与准直后的参照光束1-4重合共线，光学盒体100还包括光线拟合调节模块180。
参见图8所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光线拟合调节模块***图、图9所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光线拟合调节模块工作原理图及图10所示的本发明实施例所提供的气体检测装置中光线拟合调节模块结构示意图，光线拟合调节模块180，用于当光线拟合判断模块确定第二光源121发出的待拟合的激光2-1与准直后的参照光束1-4未拟合时，移动第二光源模块120，使得待拟合的激光2-1与参照光束1-4拟合。第二光源模块120其中，光线拟合调节模块180使第二光源模块120移动的移动方向为如图4所示的上方箭头方向。
其中，光线拟合调节模块包括第三电机1800、电机连接曲柄1801、摇杆1802、第三滑轨1803及第三滑块1804。第三电机1800与俯仰平台160固定连接。可选地，第三电机1800与俯仰平台161上的固定块1806固定连接。电机连接曲柄1801与第三电机1800的输出轴转动连接，具体地，第三电机1800的输出轴套入至电机连接曲柄1801的曲柄孔后，通过电机连接曲柄1801上侧面孔锁螺丝夹紧。摇杆1802的一端与电机连接曲柄1801转动连接，具体地，通过先将轴承螺杆拧入电机连接曲柄1801上的螺纹孔，然后将摇杆1802套入轴承螺杆，通过摇杆1802侧面孔锁螺丝夹紧。摇杆1802的另一端与第二光源模块120转动连接，具体地，先将轴承螺杆拧入第二光源模块120上的螺纹孔，然后将摇杆1802套入轴承螺杆1805，通过摇杆1802上侧面孔锁螺丝夹紧。第二光源模块120固定在第三滑块1804上，第三滑轨1803设置于俯仰平台161上，第三滑块1804能在第三滑轨1803上滑动。
可选地，第二光源模块120与第三滑块1804通过螺丝紧固。
可选地，第三滑块1804与第三滑轨1803通过精密滚珠滑动连接。
当光线拟合判断模块确定第二光源121发出的待拟合的激光2-1与准直后的参照光束1-4未拟合时，发出调节第二光源模块120位置的指令，在接收到需要调节第二光源模块120位置时，光源俯仰调节机构142开始工作。在该实施例中，光线拟合调节模块工作过程如下：第三电机1800开始旋转并带动电机连接曲柄1801旋转，由于摇杆1802长度与电机连接曲柄1801长度不一样，当电机连接曲柄1801摆动到A点，则第三滑块1804移动到最大距离，当电机连接曲柄1801摆动到B点，则第三滑块1804移动到最短距离，从而使摇杆1802带动第二光源模块120在第三滑轨1803上往复滑动，控制第二光源模块120水平移动。
由此，光线拟合判断模块调节第二光源模块120的位置，使第二光源121发出的待拟合的激光2-1与第一光源111发出的参照光束1-4实现拟合，从而防止第二光源121发出的待测激光发生偏移，提高了检测的准确性。
参见图11所示的本发明实施例所提供的气体检测装置安装示意图，在一实际应用中，将本发明实施例中的探针设备整体***实际应用的烟道中，并通过烟道固定法兰锁螺钉固定。光学盒体第一光源发射的光束能够准直的射入探针末端准直镜，且第二光源发出的激光拟合后能准确射入探针末端的第一反射模块，从而准确检测待测气体，减少了气体检测装置的安装难度，且检测更准确。
综上所述，本发明实施例提供的气体检测装置的优点在于：
（1）本发明实施例提供气体检测装置包括光线准直调节模块和光线拟合调节模块，第一光源发射的光束分束后形成多个光束，多个光束包括：参照光束，参照光束被光线准直调节模块准直后入射至第一反射模块；第二光源发射的激光被调整后形成待拟合的激光，待拟合的激光入射至第一反射模块，第二光源发出的激光用于探测待测气体；通过光线拟合调节模块对待拟合的激光与准直后的参照光束进行拟合，形成待测激光；检测模块，用于接收待测激光经第一反射模块反射的反射光，并根据反射光获得待测气体的待测信息。与相关技术中气体检测装置测量信号不准相比，本发明通过光线准直调节模块和光线拟合调节模块，调节第一光源模块的位置以及第一光源发射光束的方向，使第一光源的一分光束能够垂直入射至探针末端设置的准直镜上，从而实现第一光源发出包括参照光束在内的光束准直校正；再通过光线拟合调节模块调节第二光源模块的位置，使第二光源发出的入射至第一反射模块的待拟合的激光与准直后的参照光束拟合，实现光路全自动可调，保证能准确获得测量信号。
（2）由于光线准直调节模块和光线拟合调节模块的光线准直校正以及光线拟合作用，在光学盒体与探针模块分开安装时，能够保证光学盒体发射的光束达到探针末端的准直镜并被成功反射，且入射光线与反射光线共线，第二光源发射的待测激光与第一光源发出的参照光束共线，减少了气体检测装置的安装难度，且检测更准确。
（3）设置多个第二光源，每个第二光源发射出的激光能够探测不同的待测气体，还具有光源合束模块，可以将多个第二光源发出的多束激光耦合为一束合束激光，从而能够在同一位置同时进行多种气体成分的测量，实时性强且成本低。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种气体检测装置，其特征在于，包括：光学盒体、探针模块以及检测模块；所述光学盒体与所述探针模块固定连接；
所述光学盒体包括：光线准直判断模块、光线准直调节模块、第一光源模块和第二光源模块；所述探针模块包括第一反射模块；
所述第一光源模块包括第一光源，所述第一光源发射的光束分束后形成多个光束，所述多个光束包括：参照光束，所述参照光束被准直后入射至所述第一反射模块；
所述第二光源模块包括第二光源，所述第二光源发出用于探测待测气体的激光，所述激光被调整后形成待拟合的激光，所述待拟合的激光入射至所述第一反射模块；所述待拟合的激光与准直后的所述参照光束进行拟合；其中，待拟合的激光与被准直后的参照光束拟合完成状态为待拟合的激光与被准直后的参照光束重合共线；
所述检测模块，用于接收拟合后的激光经所述第一反射模块反射的反射光，并根据所述反射光获得所述待测气体的待测信息；
所述光线准直判断模块，为光斑仪；
所述光线准直判断模块，用于判断所述参照光束是否准直；所述第一光源模块还包括分束模块；所述探针模块包括探针和准直镜；所述准直镜设置于所述探针的末端；
所述分束模块，用于将所述第一光源发射的光束分束成第一光束、第二光束及参考光束；
其中，所述第一光束入射至所述光线准直判断模块；
所述第二光束入射至所述准直镜，经所述准直镜反射后再经所述分束模块反射及透射后形成第三光束，所述第三光束入射至所述光线准直判断模块；
所述参考光束入射至所述第一反射模块；
所述光线准直判断模块，用于根据所述第一光束与所述第三光束是否重合来判断所述参照光束是否准直；当第一光束与所述第三光束不重合时，确定所述参照光束不准直；当所述第一光束与所述第三光束重合时，确定所述参照光束准直；
所述第一反射模块包括第一反射镜和第二反射镜；
所述第一反射镜和所述第二反射镜设置于所述准直镜的两端；
在所述待拟合的激光与所述参照光束拟合后，拟合后的激光依次经所述第一反射镜、第二反射镜反射形成反射光入射至所述检测模块；
所述分束模块包括第一二向镜、第二二向镜及第二反射模块；
所述第二反射模块与所述第二二向镜分别布置于所述第一二向镜的两侧，所述第二二向镜与所述第一二向镜平行设置；
所述第一二向镜，用于对所述第一光源发射的光束分别进行反射和透射，从而形成反射光束和所述第二光束；
所述反射光束经所述第二二向镜透射后形成所述第一光束入射至所述光线准直判断模块；
所述第二光束依次经所述准直镜、第一二向镜以及第二反射模块反射再依次经所述第一二向镜和第二二向镜透射后形成第三光束入射至所述光线准直判断模块；
所述第一光源发射的光束依次经所述第一二向镜和所述第二二向镜反射后形成参照光束入射至所述第一反射模块；
所述光线准直调节模块，用于当光线准直判断模块确定所述参照光束不准直时，调节所述第一光源模块的位置；
所述光线准直调节模块包括光源移动机构；
所述光源移动机构，用于移动所述第一光源模块；
所述光学盒体包括安装底座和安装平台，所述第一光源模块和所述第二光源模块均安装于所述安装平台上；
所述光源移动机构包括联轴器，两个轴承座，两个轴承座固定块，第一电机，滚珠丝杠螺母副，螺母座，第一滑块，第一滑轨及外壳；所述外壳与所述安装底座固定连接；
所述滚珠丝杠螺母副包括丝杠、丝杠螺母及滚珠；
所述第一电机带动所述丝杠转动；
所述丝杠螺母固定在所述螺母座上，所述螺母座的一端与所述安装平台固定连接，另一端与所述第一滑块固定连接；
所述第一滑轨固定于所述外壳内，所述第一滑块与所述第一滑轨滑动连接；
第一电机通过联轴器与丝杠连接，第一电机的输出轴与联轴器一端过盈配合，联轴器另一端与丝杠过盈配合；两个轴承座中的各轴承座分别与丝杠的两端过盈配合，且分别与两个轴承座固定块中的不同轴承座固定块固定连接；
在接收到需要调节第一光源位置的指令时，光源移动机构通过第一电机的输出轴的旋转带动联轴器及丝杠旋转，因丝杠与丝杠螺母上都制有螺旋槽，由这些螺旋槽对合起来形成滚珠循环通道，滚珠在通道内循环滚动，从而带动丝杠螺母作直线往复运动，又由于螺母座和丝杠螺母、安装平台以及第一滑块连接固定为一体，第一光源模块固定安装在安装平台上，从而带动第一光源模块沿第一滑轨作直线往复运动。
2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述分束模块还包括增透膜，所述增透膜设置于所述第一二向镜与所述第二二向镜之间，用于增加被第一二向镜反射或透射后的光束的透过率。
3.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，
所述光斑仪，能够接收所述第一光束及所述第三光束并形成光斑，根据形成的所述光斑的数量来判断所述第一光束与所述第三光束是否重合。
4.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述第二光源模块包括单个第二光源或多个第二光源，
所述单个第二光源，发出单束激光来探测单一待测气体；
所述多个第二光源中的各第二光源分别发出不同波长的激光来探测多种待测气体。
5.根据权利要求4所述的气体检测装置，其特征在于，当所述第二光源模块包括多个第二光源时，所述第二光源模块还包括光源合束模块；
光源合束模块，用于将所述多个第二光源发出的多束激光耦合为一束合束激光。
6.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述第二光源模块还包括第三反射模块，用于对所述第二光源发出的激光进行反射，以形成所述待拟合的激光，所述待拟合的激光入射至所述第一反射模块。
7.根据权利要求1-3任一项所述的气体检测装置，其特征在于，
所述光线准直调节模块，还用于当光线准直判断模块确定所述参照光束不准直时，调节所述第一光源发射光束的角度。
8.根据权利要求7所述的气体检测装置，其特征在于，所述光线准直调节模块包括光源俯仰调节机构；
所述光源俯仰调节机构设置在所述光源移动机构上；
所述光源俯仰调节机构，用于调节所述第一光源发射光束的角度。
9.根据权利要求8所述的气体检测装置，其特征在于，所述安装平台包括俯仰平台和固定平台，所述第一光源模块以及所述第二光源模块均安装于所述俯仰平台上，所述俯仰平台与所述固定平台可转动的连接；
所述光源俯仰调节机构包括第二电机、电机螺杆、第二滑块、滑动件、第二滑轨、微分头、万向节及连接轴；
所述微分头包括能够组成一对螺纹副的微分头内螺纹和微分头外螺纹；
所述第二电机固定安装于所述第二滑块上，所述第二滑块通过所述滑动件与所述第二滑轨滑动连接；
所述第二电机上固定有所述电机螺杆，所述电机螺杆穿过所述第二滑块与所述微分头外螺纹的一端固定连接，所述微分头外螺纹的另一端与所述万向节的一端相对固定连接；所述万向节的另一端与所述连接轴的一端相对固定连接，所述连接轴的另一端与所述固定平台相对固定连接，
所述微分头内螺纹固定设置于所述俯仰平台的安装孔内。
10.根据权利要求9所述的气体检测装置，其特征在于，所述光学盒体还包括光线拟合判断模块，
所述光线拟合判断模块，用于当所述光线准直判断模块确定所述参照光束准直时，判断所述待拟合的激光与所述参照光束是否光线拟合。
11.根据权利要求10所述的气体检测装置，其特征在于，所述光学盒体还包括光线拟合调节模块；
所述光线拟合调节模块，用于当所述光线拟合判断模块确定所述第二光源发出的所述待拟合的激光与所述参照光束未拟合时，移动所述第二光源模块。
12.根据权利要求11所述的气体检测装置，其特征在于，所述光线拟合调节模块包括第三电机、电机连接曲柄、摇杆、第三滑轨和第三滑块；
所述第三电机与所述俯仰平台固定连接，所述电机连接曲柄与所述第三电机的输出轴转动连接，所述摇杆的一端与所述电机连接曲柄转动连接，另一端与所述第二光源模块转动连接，所述第二光源模块固定在所述第三滑块上，所述第三滑轨设置于所述俯仰平台上，所述第三滑块能在所述第三滑轨上滑动。
13.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述待测信息包括待测气体的浓度信息和/或温度信息。
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