一种非成像光学传感器及气体探测装置制造方法及图纸

本申请适用于气体探测技术领域，提供一种非成像光学传感器及气体探测装置。本申请实施例通过使光源发出的光信号经光纤阵列的圆周光纤传输至色散准直聚焦透镜，经色散准直聚焦透镜准直后在气室内的待测气体中传输，再经回溯发射镜反射回气室内，并再次在待测气体中传输，得到带有待测气体的吸收光谱信息的光信号，使得带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中特定波长的光信号经色散准直聚焦透镜聚焦至圆周光纤，带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中非特定波长的光信号经色散准直聚焦透镜离焦至光纤阵列的中心光纤、从中心光纤输出，可以获得除特定波长的光信号之外的其他非特定波长的光信号，以满足宽光谱探测装置的需要，应用广泛且成本低。

A non imaging optical sensor and gas detection device

【技术实现步骤摘要】
一种非成像光学传感器及气体探测装置
本申请属于气体探测
，尤其涉及一种非成像光学传感器及气体探测装置。
技术介绍
气体探测技术主要应用于煤炭、石油化工、电力、冶金、市政工程等有可能出现易燃易爆及污染气体泄露、对人民生命财产安全和健康产生重大威胁的领域。现有的气体探测器通常采用成像光学系统，成像光学系统使用的准直和聚焦透镜由于材料的色散具有色差，只能够实现对特定波长的光信号的良好成像，其他波长的光信号经过成像光学系统会发生离焦，产生较大的耦合损耗，应用范围受限。在成像光学系统中采用消色差透镜虽然可以解决离焦问题，但是会增加成本。申请内容有鉴于此，本申请实施例提供了一种非成像光学传感器及气体探测装置，以解决现有气体探测器通常采用成像光学系统，只能够实现对特定波长的光信号的良好成像，其他波长的光信号经过成像光学系统会发生离焦，产生较大的耦合损耗，应用范围较小，在成像光学系统中采用消色差透镜虽然可以解决离焦问题，但是会增加成本的问题。本申请实施例的第一方面提供了一种非成像光学传感器，其包括：一个封装有待测气体的气室；光纤阵列，包括中心光纤以及围绕中心光纤的圆周排布的若干圆周光纤，所述圆周光纤的远端连接光源；一个色散准直聚焦透镜，设置于所述气室的一侧，所述色散准直聚焦透镜具有第一焦平面和第二焦平面，所述第一焦平面位于所述光纤阵列的近端；一个回溯反射镜，设置于所述气室；所述光源发出的光信号经所述圆周光纤传输至所述色散准直聚焦透镜，经所述色散准直聚焦透镜准直后在所述气室内的待测气体中传输，再经所述回溯发射镜反射回所述气室内，并再次在待测气体中传输，得到带有待测气体的吸收光谱信息的光信号，所述带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中特定波长的光信号经所述色散准直聚焦透镜聚焦至所述圆周光纤，所述带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中非特定波长的光信号经所述色散准直聚焦透镜离焦至所述中心光纤、从所述中心光纤输出。在一个实施例中，所述回溯反射镜为凹面反射镜或平凸反射镜，所述回溯反射镜设置于所述气室的另一侧且所述回溯反射镜的反射面朝向所述色散准直聚焦透镜。在一个实施例中，所述色散准直聚焦透镜与所述回溯反射镜之间的距离为f1+L2±误差；其中，f1为所述色散准直聚焦透镜的焦距，所述焦距等于所述色散准直聚焦透镜到所述第二焦平面的距离，L2为所述回溯反射镜的回溯距离，所述回溯距离等于所述回溯反射镜到所述第二焦平面的距离；所述回溯反射镜为凹面反射镜时，所述回溯距离等于所述凹面反射镜的曲率半径R；所述回溯反射镜为平凸反射镜时，所述回溯距离等于所述平凸反射镜的焦距f2。在一个实施例中，所述非成像光学传感器还包括次反射镜，所述次反射镜设置于所述气室的另一侧且所述次反射镜的反射面朝向所述色散准直聚焦透镜；所述回溯反射镜的中心开设有通孔，所述回溯反射镜和所述色散准直聚焦透镜设置于所述气室的同一侧且所述回溯反射镜的反射面朝向所述次反射镜的反射面。在一个实施例中，所述回溯反射镜为凹面反射镜或平凸反射镜，所述次反射镜为平面反射镜。在一个实施例中，所述色散准直聚焦透镜与所述次反射镜之间的距离为f1+L2±误差；其中，f1为所述色散准直聚焦透镜的焦距，所述焦距等于所述色散准直聚焦透镜到所述第二焦平面的距离，L2为所述次反射镜到所述第二焦平面的距离，所述回溯反射镜的回溯距离等于f1+2L2；所述回溯反射镜为凹面反射镜时，所述回溯距离等于所述凹面反射镜的曲率半径R；所述回溯反射镜为平凸反射镜时，所述回溯距离等于所述平凸反射镜的焦距f2。在一个实施例中，所述误差＝(f1+L2)*A；其中，A的取值范围为-10％～+10％。在一个实施例中，所述特定波长的光信号为中紫外光信号、波长小于深紫外光信号的光信号或波长大于浅紫外光信号的光信号。在一个实施例中，从所述中心光纤输出的非特定波长的光信号的光强度与所述圆周光纤的数量成正比。本申请实施例的第二方面提供了一种气体探测装置，其包括如本申请实施例的第一方面所述的非成像光学传感器、与所述圆周光纤的远端连接的光源以及与所述中心光纤的远端连接的光探测器或光谱仪。本申请实施例的第一方面通过提供一种非成像光学传感器，使光源发出的光信号经光纤阵列的圆周光纤传输至色散准直聚焦透镜，经色散准直聚焦透镜准直后在气室内的待测气体中传输，再经回溯发射镜反射回气室内，并再次在待测气体中传输，得到带有待测气体的吸收光谱信息的光信号，使得带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中特定波长的光信号经色散准直聚焦透镜聚焦至圆周光纤，带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中非特定波长的光信号经色散准直聚焦透镜离焦至光纤阵列的中心光纤、从中心光纤输出，可以获得除特定波长的光信号之外的其他非特定波长的光信号，以满足宽光谱探测装置的需要，应用广泛且成本低。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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是本申请的一个范例提供的一种气体探测器的结构示意图；图2是本申请的一个范例提供的最优波长位于中紫外光信号的波长位置的本底光谱图；图3是本申请的一个范例提供的最优波长位于深紫外光信号的波长位置的本底光谱图；图4是本申请的一个范例提供的最优波长位于浅紫外光信号的波长位置的本底光谱图；图5是本申请实施例提供的非成像光学传感器第一种结构示意图；图6是本申请实施例提供的非成像光学传感器第二种结构示意图；图7是本申请实施例提供的光纤阵列的横截面示意图；图8是本申请实施例提供的非成像光学传感器第三种结构示意图；图9是本申请实施例提供的非成像光学传感器第四种结构示意图；图10是本申请实施例提供的最优波长位于中紫外光信号的波长位置的本底光谱图；图11是本申请实施例提供的最优波长位于小于深紫外光信号的波长位置的本底光谱图；图12是本申请实施例提供的最优波长位于大于浅紫外光信号的波长位置的本底光谱图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非成像光学传感器，其特征在于，包括：/n一个封装有待测气体的气室；/n光纤阵列，包括中心光纤以及围绕中心光纤的圆周排布的若干圆周光纤，所述圆周光纤的远端连接光源；/n一个色散准直聚焦透镜，设置于所述气室的一侧，所述色散准直聚焦透镜具有第一焦平面和第二焦平面，所述第一焦平面位于所述光纤阵列的近端；/n一个回溯反射镜，设置于所述气室；/n所述光源发出的光信号经所述圆周光纤传输至所述色散准直聚焦透镜，经所述色散准直聚焦透镜准直后在所述气室内的待测气体中传输，再经所述回溯发射镜反射回所述气室内，并再次在待测气体中传输，得到带有待测气体的吸收光谱信息的光信号，所述带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中特定波长的光信号经所述色散准直聚焦透镜聚焦至所述圆周光纤，所述带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中非特定波长的光信号经所述色散准直聚焦透镜离焦至所述中心光纤、从所述中心光纤输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种非成像光学传感器，其特征在于，包括：
一个封装有待测气体的气室；
光纤阵列，包括中心光纤以及围绕中心光纤的圆周排布的若干圆周光纤，所述圆周光纤的远端连接光源；
一个色散准直聚焦透镜，设置于所述气室的一侧，所述色散准直聚焦透镜具有第一焦平面和第二焦平面，所述第一焦平面位于所述光纤阵列的近端；
一个回溯反射镜，设置于所述气室；
所述光源发出的光信号经所述圆周光纤传输至所述色散准直聚焦透镜，经所述色散准直聚焦透镜准直后在所述气室内的待测气体中传输，再经所述回溯发射镜反射回所述气室内，并再次在待测气体中传输，得到带有待测气体的吸收光谱信息的光信号，所述带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中特定波长的光信号经所述色散准直聚焦透镜聚焦至所述圆周光纤，所述带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中非特定波长的光信号经所述色散准直聚焦透镜离焦至所述中心光纤、从所述中心光纤输出。


2.如权利要求1所述的非成像光学传感器，其特征在于，所述回溯反射镜为凹面反射镜或平凸反射镜，所述回溯反射镜设置于所述气室的另一侧且所述回溯反射镜的反射面朝向所述色散准直聚焦透镜。


3.如权利要求2所述的非成像光学传感器，其特征在于，所述色散准直聚焦透镜与所述回溯反射镜之间的距离为f1+L2±误差；
其中，f1为所述色散准直聚焦透镜的焦距，所述焦距等于所述色散准直聚焦透镜到所述第二焦平面的距离，L2为所述回溯反射镜的回溯距离，所述回溯距离等于所述回溯反射镜到所述第二焦平面的距离；
所述回溯反射镜为凹面反射镜时，所述回溯距离等于所述凹面反射镜的曲率半径R；
所述回溯反射镜为平凸反射镜时，所述回溯距离等于所述平凸反射镜的焦距f2。


4.如权利要求1所述的非成像光学传感器，其特征在于，所述非...

【专利技术属性】
技术研发人员：许辉杰，陈波，
申请(专利权)人：徐州旭海光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32