用于开路式气体检测器的发射单元制造技术

本发明专利技术提供一种用于检测目标气体的开路式气体检测器的发射单元（１０），其包括：按能被目标气体吸收的波长发射射线的射线发射器（１２），例如，可调激光二极管，以及具有偏转部分和非偏转部分（１５）的射线偏转器，如具有非反射部分的反射镜。偏转部分和非偏转部分都位于发射器所发射的射线的路径中，并且其中非偏转部分不对发射器所发射的射线进行偏转或与偏转部分进行不同程度的偏转。这样，中心具有阴影的射线束被用于使射线束与接收单元对准。射线偏转器优选为具有用于反射所述发射器所发射射线的反射表面以及不反射所述发射器所发射的射线或较之反射部分反射程度低的非反射部分（１５）的反射镜（１４）。非反射部分优选是透明的以允许射线通过它，如果需要校正，其可被用于测量发射器所发射的波长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于检测气体的红外检测器，所述气体也包括水蒸气。本专利技术尤其涉及用于检测气体的开路式气体检测器，其包括沿被监视空间中的路径发射射线束的发射单元和检测通过该空间的射线的检测单元。术语“开路式气体检测器(open path gas detector)”覆盖不考虑路径长度以及不考虑是否路径对于大气状态是开放的和/或是封闭的所有检测器。
技术介绍
利用无色散红外光谱仪检测碳氢气体是公知的技术。其主要是沿被监视区域中的路径发射红外射线；选择红外射线的波长使得可被所关注气体(下称“目标气体”)吸收而基本上不被所监视区域的大气中的其它气体吸收。如果是户外监视，所选波长优选不被液态或气态水(如湿气，凝结水，雾，雨或喷雾)吸收。测量沿所监视区域中的路径通过的射线的强度，并通过射线强度的衰减来给出所监视区域中目标气体量的度量。然而，除了被目标气体吸收外，其它因素也会使红外射线衰减，包括检测射线束的衰退，大气的散射，表面的污染物如灰尘或凝聚物，组件的老化。通过使用一种参照可使红外气体检测器的可靠性显著地提高，这种参照通常是具有不同波长的红外射线，该波长优选为目标气体对其没有显著的吸收。射线可使用一个以上的参考波长，同样可使用一个以上的取样波长。由于理论上对于参考波长的信号和取样波长的信号会受到相同程度的射线衰减的影响(除了目标气体之外)，因此，在目标气体所吸收的波长(“取样”波长)上所获取的信号与在目标气体不吸收的波长(“参考”波长)上所获取的信号的比率被用来补偿由于环境状态所引起的衰减。已知监视大气中的有毒气体是使用点式气体检测器，其可以是电化学的或光学的(在本说明书中术语“有毒”气体是指除了氧气和氮气之外的气体和水蒸气，例如硫化氢，氟化氢，氨，二氧化硫，二氧化碳和一氧化碳)。点式气体检测器设备带来了在进行大面积监视时由于在整个区域设置大量检测器而成本过高的问题。此外，如果目标气体的集聚发生在检测器之间，则不能被检测到。开路式气体检测器具有超过1米的路径长度，典型地至少10m，因此能以单个设备监视较大的区域。开路式气体检测器由于可利用价格实惠的可调二极管激光器而变得更加有吸引力，可调二极管激光器能调节到非常窄的波长以检测目标有毒气体的特殊吸收波长。然而，需要检测的有毒气体的浓度较低，典型为5ppm(百万分之一)以及更低，如1ppm。在如此低的浓度，检测器中的噪声可能大于目标气体的信号，使得难以检测如此低浓度的有毒目标气体。另外，信号可能随着电子的漂移或光学元件超时，温度的变化和/或大气状态等而变得难以识别。另外，可调激光二极管的相干激光射线可能使射线的强度变化在亮带和暗带之间产生干扰带，其可能远远超过低浓度目标气体所产生的信号。因此，迄今为止还没有用于测量低至10ppm浓度目标气体的有毒气体的可靠的低成本开路式气体检测器。GB-235391公开了一种利用可调激光二极管作为射线源定向射线束通过测量路径至射线检测器以检测路径中的目标气体的开路式气体检测器。激光二极管以非常窄的线宽发射射线，其比目标气体的吸收峰值窄。在该已知系统中，所扫描的激光二极管的波长包含具有频率f的目标气体吸收频带，目标气体的吸收频带为图1中的B线所示。在扫描过程中，所发射的激光射线的强度也随频率f变化，强度随波长的变化如图1中的曲线A所示。所发射的射线被检测器检测，该检测器产生与入射到其上的射线强度成比例的信号。未示出的强度随时间变化的曲线是正弦曲线。如果大气没有包含目标气体，射线的强度的变化为图1的曲线A并且检测器读出的频率信号与扫描频率f相同。然而，如果有目标气体在大气中，其将吸收射线，因此会使到达检测器的射线衰减。所检测到的射线强度的结果曲线是曲线A和B的组合，如图2所示的。从中可见，强度随时间变化的曲线具有另外的频率分量2f。2f分量的振幅越大，在所测量路径中的目标气体的量越大。信号的2f分量(以及高的谐波分量)可使用相位灵敏测量放大器(锁定放大器)确定。目标气体对1f分量的影响比对2f分量的影响相对小。因此，2f分量与1f分量的比例可以确定所测路径中目标气体的量。1f和2f分量以相同的方式受到多个衰减条件如测量路径的长度、检测射线束的衰弱、大气散射等的影响。因此，2f∶1f比值可提供所测路径中的目标气体的量的度量。这种基础技术的许多细节也是公知的，例如激光二极管输出的中央波长在低于f的频率变化。所提供的2f∶1f比值，可进行数学分析以提供对于目标气体浓度的可靠测量。为获得扫描目标气体的吸收频带的波长的变化，通过激光器的电流是变化的，从而光输出能量也是变化的。由于激光二极管的特性，1f分量的量必定大。2f分量的量随气体吸收而变，并且有毒气体的浓度越低该量也越小。2f∶1f比值因此非常小，典型地为10-4至10-6，由于对其进行精确测量非常困难，因此该比值较小是这种技术的一个基本缺陷。用于驱动激光的电子组件和相位灵敏测量放大器可引起信号的谐波畸变。当信号的1f分量通过这些电子组件传播时，任何非线性特性都将导致1f分量的谐波产生，包括一个2f的分量。该额外的2f分量加在由目标气体的吸收产生的2f分量中，从而导致对目标气体浓度的不正确测量，这可能产生错误的报警，在一些情况下，导致使设备缺乏可信度。在GB-2353591中，扫描波长的中间值是由反馈电路控制的，如下述。为激光二极管射线束提供射线束分离器并且定向一部分射线束沿着所测路径传输以及一部分直接被定向至检测器；在检测单元前设置一个包含目标气体(或适合于知道吸收特性的其它物质)的样品的单元使得按目标气体的波长吸收射线。如上所述，通过这种与测量射线束有相同的方式的反馈射线束确定2f∶1f比值能使检测器的信号反应出是否二极管发射的波长能扫描目标气体的吸收频带。如果激光二极管的波长偏离了，则可从检测器中明显反应出，并允许对激光二极管进行修正以发射正确的波长。如上所述，上述设置的一个缺陷是当目标气体以低浓度存在于所测路径中时射线束分离器提供干扰带可能会干扰目标气体的信号。通常在所测路径相反两端的发射单元和检测单元之间提供所测路径适当对准是困难的。GB-2353591给出了在检测单元和发射单元之间的双向通信链路。发射单元包括用于改变发射射线束方向的控向镜(steering mirror)；周期性地扫描发射射线束并通过检测单元所测量的最大强度确定射线束的最佳方向；在检测单元和发射单元之间的通信链路上提供控向镜的最佳位置的反馈以实现对准。开路式气体检测器的一个问题是在光学组件上的水凝聚体，其可使发射射线束衰弱。因此，需将光学组件保持在露点以上的温度以防止这种凝聚。然而，加热光路会增加系统的复杂程度并消耗大量的能量。
技术实现思路
本专利技术由权利要求书来定义。根据本专利技术的一个方面，其提供了一种用于检测目标气体的开路式气体检测器的发射单元，包括按能被目标气体吸收的波长来发射射线的射线发射器，例如，可调激光二极管，具有偏转部分和非偏转部分的射线偏转器，其中偏转器被配置为使得偏转部分和非偏转部分两者都位于发射器所发射的射线的路径中，以及其中非偏转部分不对发射器所发射的射线进行偏转或与偏转部分进行不同程度的偏转。射线偏转器优选是反射镜，其具有用于反射所述发射器所发射的射线的反射表面，并且也具有不反射该发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测目标气体的开路式气体检测器的发射单元（１０），包括：　　　　射线发射器（１２），该发射器按能被所述目标气体吸收的波长发射射线，例如，是可调激光二极管，　　　　具有偏转部分和非偏转部分（１５）的射线偏转器，其中配置所述偏转器使得所述偏转部分和非偏转部分两者都位于所述发射器所发射的射线的路径中，并且其中所述非偏转部分不对所述发射器所发射的射线进行偏转或与所述偏转部分相比进行不同程度的偏转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬N萨顿，罗德尼罗伊斯顿瓦茨，迈克尔普罗克特，
申请(专利权)人：霍尼韦尔分析股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]