参考气室、带参考气室的光电探测器及其制备方法和设备技术

本发明专利技术涉及参考气室、带参考气室的光电探测器及其制备方法和设备，带参考气室的光电探测器包括光电探测器本体，光电探测器本体内设有参考气室，参考气室内填充有被测气体，且参考气室通过焊料的加热融化焊接方式密封；焊料包括金属焊料、合金焊料、玻璃焊料和陶瓷焊料的至少一种；加热融化焊接方式包括脉冲加热方式、恒温加热方式、气体加热方式和激光加热方式中的至少一种。本发明专利技术能对参考气室内的被测气体进行检测，对系统中激光器波长进行实时较准；光电探测器自带参考气室，提高了整体集成度，降低了成本，采用焊料加热融化焊接方式对参考气室进行密封，气密性大大提高，使用寿命大大延长，适用于不同气体的激光浓度检测仪。

Photoelectric detectors with reference chambers and reference chambers and their preparation methods and equipment

The invention relates to a reference chamber, a photoelectric detector with a reference chamber and its preparation method and equipment. The photoelectric detector with a reference chamber includes a photoelectric detector body, which is provided with a reference chamber filled with measured gas, and the reference chamber is sealed by heating and melting welding of solder; the solder includes metal solder, alloy solder and glass. At least one of glass solder and ceramic solder, and at least one of the heating and melting methods includes pulse heating, constant temperature heating, gas heating and laser heating. The invention can detect the measured gas in the reference chamber, and the laser wavelength in the system is real-time and accurate; the photoelectric detector has a reference chamber, which improves the overall integration and reduces the cost. The reference chamber is sealed by solder heating and melting welding, which greatly improves the gas tightness and prolongs the service life, and is suitable for laser concentration detection of different gases. Instrument.

【技术实现步骤摘要】
参考气室、带参考气室的光电探测器及其制备方法和设备
本专利技术涉及气体检测领域，尤其涉及一种参考气室、带参考气室的光电探测器及其制备方法和设备。
技术介绍
基于TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术的气体含量实时在线式检测系统是通过气体对特定波长的激光吸收，测量对应气体的含量。它是先进的高灵敏度、快速响应的新一代气体检测技术。该技术具有测量精度高，可达ppm(百万分之一)量级；准确度高，可检测混合气体中的特定成分气体；响应速度快，可达毫秒响应量级；使用光学方式检测，可抗干扰和防爆特性，可用于易燃易爆气体检测。若要实现高精度测量，必须保证激光系统中激光器工作的中心波长正好对准被测气体的吸收波长，以甲烷气体为例，某一吸收波长为1653.7nm，因此激光甲烷传感器中的激光器波长需要保持在1653.7±0.01nm。然而激光器的驱动电流、环境温度等因素都会引起激光器波长的漂移，环境温度越高，激光器波长越长，反之越短。因此参考气室孕育而生，参考气室是在一个密封腔体内，灌注指定浓度的被测气体。带参考气室的方案就是其中一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的高精度、高稳定性、自带较准功能的气体检测系统。在系统中往往将激光的光束一分为二，一束光通过测量气室到探测器，另外一束光通过参考气室到光电探测器，通过参考气室来主动校准激光器在环境温度等因素影响下的波长变化。目前激光气体检测系统中的光电探测器和参考气室主要存在以下几种问题：1、参考气室与光电探测器多为分离结构，从外形结构上看，参考气室所占尺寸几乎为整体仪表的1/6,长度尺寸为100mm左右，大的体积限制了该高精度检测方式在便携仪等领域的应用，成本昂贵，密封性差，寿命短；2、分离结构的常规光电探测器虽多为气密性封装，但都是惰性气体封装或者真空封装方式，因此其内部本身就有一个相对密封性较好的很小的密封腔；该内腔目前的功能仅仅为防止外部水汽进入到内部，避免水汽对激光器或者探测器芯片造成损害，因此密封腔没有充分利用起来；3、目前无论一体化结构还是分体结构，当前所有的参考气室的封装工艺，多为胶封方法或电阻焊接密封方法，胶封的参考气室由于气密性不好，每年漏气率达到30％左右，往往使用寿命不到3年，漏气率大(当前胶封产品工艺只能达到1天漏气率为1/1000)，因此为保证3年内，腔体内至少还保留约2.0cm3的(这个数字跟光程有关)的参考气体，就无法缩小体积，缩小体积方案的前提必须要密封腔的密封性至少达到1.0×10-10Pa·cm3/S；而当前密封性较好的电阻焊接密封的密封腔内只能充入惰性气体，而无法充入易燃易爆气体，参考气室充入的检测气体类型受限。4、成本上看，市面上参考气室的价格大约为一个光电探测器价格的3～5倍，成本高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种参考气室、带参考气室的光电探测器及其制备方法和设备。本专利技术解决上述问题的技术方案如下：带参考气室的光电探测器，包括光电探测器本体，所述光电探测器本体内设有参考气室，所述参考气室内填充有被测气体，且所述参考气室通过焊料的加热融化焊接方式密封；所述加热融化焊接方式包括脉冲加热方式、恒温加热方式、气体加热方式和激光加热方式中的至少一种；所述焊料包括金属焊料、合金焊料、玻璃焊料和陶瓷焊料的至少一种。本专利技术的有益效果是：激光器发出的激光束通过参考气室内的被测气体到光电探测器内部的光敏元件，对参考气室内特定浓度的被测气体进行实时检测，从而对激光器波长进行较准，最终使气体检测系统的稳定性和精度大大提升。参考气室通过焊料的加热融化焊接方式进行焊接密封，用焊料加热融化焊接方式替代原有电阻焊气密性封装方式，避免易燃易爆气体由于电阻焊气密性封装方式的焊接面大电流通过产生的电火花而发生危险事件，可成功在参考气室内充入非惰性气体，特别是易燃易爆气体；用焊料的加热融化焊接方式密封参考气室，相比原胶封方式而言，气密性程度大大提高，使用寿命增加1倍以上(原使用寿命为3年以下)；该自带参考气室的光电探测器，用光电探测器原有内腔加以设计，一腔两用，既满足了原有保护光电探测器内的光敏元件等电学器件而采用气密性封装的目的，又达到了参考气室的性能要求，从而提高整体集成度，降低成本；还可通过重新设计光电探测器内部输入光路，增加有效光程并扩束，使得激光吸收光程更长，从而进一步提高激光器波长较准精度，使得整体气体检测系统精度和稳定性得到提升；其中，本专利技术中的参考气室由光电探测器本体的至少一个内壁合围而成，对参考气室密封则对应地对光电探测器本体的至少一个内壁的衔接处进行密封。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：进一步：所述光电探测器本体为第一TO封装光电探测器，所述第一TO封装光电探测器包括第一光敏元件、第一TO管帽、第一TO管座、第一TO管脚和第一管帽透镜，所述第一TO管帽密封固定在所述第一TO管座上，所述第一管帽透镜设置在所述第一TO管帽上，所述第一光敏元件固定在所述第一TO管座上，并与所述第一TO管脚电连接；所述第一TO管帽的内壁与所述第一TO管座的内壁合围而成所述参考气室。上述进一步方案的有益效果是：本方案为空间光接收激光束方案，由第一TO管帽的内壁与第一TO管座的内壁合围而成的密闭空间构成参考气室，能直接满足空间光的气体检测系统使用，同时使用焊料的加热融化焊接方式可成功在参考气室内充入非惰性气体，特别是易燃易爆气体，且气密性程度大大提高，使用寿命大大延长，提高了整体集成度，降低成本，提高气体检测系统精度；其中，第一TO管帽透镜的类型可根据实际情况选择，有效增加像端光程，即参考气室内光程，同时让激光束得以扩束；例如，选用平行光透镜，则参考气室内可形成准直光束，有效增加光程，提高气体检测精度。进一步：所述第一TO管帽与所述第一TO管座之间设有第一焊接处，所述被测气体通过所述第一焊接处注入所述参考气室内，且所述第一焊接处通过所述加热融化焊接方式密封。上述进一步方案的有益效果是：本方案为空间光接收激光束方案快捷工艺版，由于所述第一TO管帽的内壁与所述第一TO管座的内壁的衔接处包括这两个部件之间的密封焊接处，即第一焊接处，因此可直接先通过第一焊接处注入被测气体，待充入指定浓度的被测气体后，对该第一焊接处直接采用焊料的加热融化焊接方式进行密封，该形态的带参考气室的光电探测器，能直接满足空间光的气体检测系统使用，同时使用焊料加热融化的焊接方式可成功在参考气室内充入非惰性气体，特别是易燃易爆气体，且气密性程度大大提高，使用寿命大大延长，提高了整体集成度，降低成本，提高气体检测系统精度。进一步：所述第一TO封装光电探测器上还设有第一注入孔，所述第一注入孔设置在所述第一TO管帽或第一TO管座的外壁上，所述被测气体通过所述第一注入孔注入所述参考气室内，且所述第一注入孔通过所述加热融化焊接方式密封。上述进一步方案的有益效果是：本方案为空间光接收激光束方案简化工艺版，可不改变原有TO封装探测器的封装工艺，通过在已经密封好的光电探测器本体的密封腔的外侧壁(即第一TO管帽或者第一TO管座的外壁)的任意位置打孔或者预留孔，且被测气体通过第一注入孔注入到参考气室内，最终通过焊料加热融化焊接方式密封第一注入孔。通过上述方法，可以有效的对原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带参考气室的光电探测器，其特征在于，包括光电探测器本体，所述光电探测器本体内设有参考气室(100)，所述参考气室(100)内填充有被测气体，且所述参考气室(100)通过焊料的加热融化焊接方式密封；所述焊料包括金属焊料、合金焊料、玻璃焊料和陶瓷焊料的至少一种；所述加热融化焊接方式包括脉冲加热方式、恒温加热方式、气体加热方式和激光加热方式中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种带参考气室的光电探测器，其特征在于，包括光电探测器本体，所述光电探测器本体内设有参考气室(100)，所述参考气室(100)内填充有被测气体，且所述参考气室(100)通过焊料的加热融化焊接方式密封；所述焊料包括金属焊料、合金焊料、玻璃焊料和陶瓷焊料的至少一种；所述加热融化焊接方式包括脉冲加热方式、恒温加热方式、气体加热方式和激光加热方式中的至少一种。2.根据权利要求1所述的带参考气室的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器本体为第一TO封装光电探测器，所述第一TO封装光电探测器包括第一光敏元件(10)、第一TO管帽(11)、第一TO管座(12)、第一TO管脚(13)和第一管帽透镜(14)，所述第一TO管帽(11)密封固定在所述第一TO管座(12)上，所述第一管帽透镜(14)设置在所述第一TO管帽(11)上，所述第一光敏元件(10)固定在所述第一TO管座(12)上，并与所述第一TO管脚(13)电连接；所述第一TO管帽(11)的内壁与所述第一TO管座(12)的内壁合围而成所述参考气室(100)。3.根据权利要求2所述的带参考气室的光电探测器，其特征在于，所述第一TO管帽(11)与所述第一TO管座(12)之间设有第一焊接处(15)，所述被测气体通过所述第一焊接处(15)注入所述参考气室(100)内，且所述第一焊接处(15)通过所述加热融化焊接方式密封。4.根据权利要求2所述的带参考气室的光电探测器，其特征在于，所述第一TO封装光电探测器上还设有第一注入孔(16)，所述第一注入孔(16)设置在所述第一TO管帽(11)或第一TO管座(12)的外壁上，所述被测气体通过所述第一注入孔(16)注入所述参考气室(100)内，且所述第一注入孔(16)通过所述加热融化焊接方式密封。5.根据权利要求1所述的带参考气室的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器本体为第二TO封装光电探测器，所述第二TO封装光电探测器包括第二光敏元件(20)、第二TO管座(22)、第二TO管脚(23)、第二套管组件(27)和第二光纤组件(28)，所述第二光敏元件(20)固定在所述第二TO管座(22)上，并与所述第二TO管脚(23)电连接，所述第二光纤组件(28)嵌设在所述第二套管组件(27)的一端并与所述第二光敏元件(20)光路连接，所述第二套管组件(27)的另一端密封套接在所述第二TO管座(22)上且所述第二套管组件(27)的另一端的内壁与所述第二TO管座(22)的内壁合围而成构成所述参考气室(100)。6.根据权利要求5所述的带参考气室的光电探测器，其特征在于，所述第二套管组件(27)的另一端与所述第二TO管座(22)之间设有第二焊接处(25)，所述被测气体通过所述第二焊接处(25)注入所述参考气室(100)内，且所述第二焊接处(25)通过所述加热融化焊接方式密封。7.根据权利要求5所述的带参考气室的光电探测器，其特征在于，所述第二TO封装光电探测器上还设有第二注入孔(26)，所述第二注入孔(26)设置在所述第二套管组件(27)或第二TO管座(22)的外壁上，所述被测气体通过所述第二注入孔(26)注入所述参考气室(100)内，且所述第二注入孔(26)通过所述加热融化焊接方式密封。8.根据权利要求1所述的带参考气室的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器本体为第三TO封装光电探测器，所述第三TO封装光电探测器包括第三光敏元件(30)、第三TO管帽(31)、第三TO管座(32)、第三TO管脚(33)、第三管帽透镜(34)、第三套管组件(37)和第三光纤组件(38)；所述第三管帽透镜(34)固定在所述第三TO管帽(31)上，所述第三TO管帽(31)密封固定在所述第三TO管座(62)上，所述第三光敏元件(30)固定在所述第三TO管座(32)上，并与所述第三TO管脚(33)电连接，所述第三光纤组件(38)嵌设在所述第三套管组件(37)的一端并与所述第三光敏元件(30)光路连接，且所述第三套管组件(37)的另一端密封套接在所述第三TO管座(32)上；所述参考气室(100)包括第一参考气室(101)和第二参考气室(102)，所述第三套管组件(37)的另一端的内壁与所述第三TO管座(32)的内壁合围而成所述第一参考气室(101)，所述第三TO管帽(31)的内壁与所述第三TO管座(32)的内壁合围而成所述第二参考气室(102)，且所述第一参考气室(101)和所述第二参考气室(102)内均填充有所述被测气体，所述第一参考气室(101)和所述第二参考气室(102)均通过所述加热融化焊接方式密封。9.根据权利要求8所述的带参考气室的光电探测器，其特征在于，所述第三管套组件(37)的另一端与所述第三TO管座(32)之间设有第三焊接处(35)，所述第三TO管帽(31)与所述第三TO管座(32)之间设有第四焊接处(39)，所述被测气体通过所述第三焊接处(35)注入所述第一参考气室(101)内，所述被测气体还通过所述第四焊接处(39)注入所述第二参考气室(102)内，且所述第三焊接处(35)和所述第四焊接处(39)均通过所述加热融化焊接方式密封。10.根据权利要求8所述的带参考气室的光电探测器，其特征在于，所述第三TO封装光电探测器上还设有第三注入孔(36)和第四注入孔(310)，所述第三注入孔(36)设置在所述第三套管组件(37)另一端的外壁上，第四注入孔(...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋子毅，芦稷臣，
申请(专利权)人：武汉市翎风光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42