气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构、装置及应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工业加热炉炉内气体氛围的在线监测技术领域，具体地说，涉及一种气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构、装置及应用。该光路结构包括激光收发单元和全角反射单元，激光收发单元用于产生发射光以及用于接收经全角反射单元反射后的反射光。该装置包括用于设置激光收发单元的激光发射接收筒和用于设置全角反射单元的反射镜固定筒。该应用将激光发射接收筒和反射镜固定筒相配合地设于加热炉侧壁处，以对加热炉内的气体氛围进行在线原位检测。本发明专利技术通过利用全角反射镜使发射光原路返回的特点，能够增加了一倍的检测光程，故能够较佳地提高监测精度；通过运用分光镜的半透半反原理，能够较佳地实现多组分气体的同时在线监测。

【技术实现步骤摘要】
气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构、装置及应用
本专利技术涉及工业加热炉炉内气体氛围的在线监测
，具体地说，涉及一种气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构、装置及应用。
技术介绍
钢铁的冶炼过程，实质上是原材料、燃料和成品的流转过程。在流转中会伴随着大量的气体产生，而在线检测分析这些过程中产生的气体是冶金工业生产工艺优化控制、安全和环保监控必不可少的关键技术之一，这对降低能源消耗、保证生产安全等均起着十分重要的作用。其中，加热炉是钢坯生产过程中的关键技术设备，其对产品的质量和产量、节能、降耗、减排及生产成本控制等多个方面均有较大影响。故就钢铁行业而言，加热炉的最优化控制对保障产品质量、节能减排至关重要。但传统的燃烧控制中，由于无法实时在线地获取炉内气体浓度(如O2、CO、CO2及H2O等)这项关键参数，故只能凭借人为经验进行燃烧配比控制，这样会存在很大的误差，轻则导致燃烧不充分造成能耗提高，重则会对所生产的钢坯产品质量造成影响。目前，在工业加热炉上原位安装的各类气体监测仪器，大都是抽取式或收发分离的对射式装置，这两类监测仪器均有其不足之处。其中，抽取式气体监测仪器只能对抽取点的样本气体进行监测，无法对加热炉内部空间的气体进行探测。其中，收发分离的对射式装置在吸收光程上受到单光程吸收的限制，进而影响炉内气体探测精度。而且，这两种装置只能探测一种气体，无法满足加热炉内多组分气体在线探测的需求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。根据本专利技术的气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构，其包括激光收发单元和全角反射单元，激光收发单元用于产生发射光以及用于接收经全角反射单元反射后的反射光；激光收发单元包括探头聚焦透镜，探头聚焦透镜采用平凸型聚焦透镜；探头聚焦透镜中部设有通孔，通孔内自平面侧至凸面侧依次设有激光输出头、光纤准直器和扩束镜；激光输出头、光纤准直器和扩束镜共同构成发射光路，激光输出头用于输出2种波段的发射光；激光收发单元还包括设于探头聚焦透镜的平面侧处设有分光镜、第一光电探头和第二光电探头；全角反射单元包括全角反射镜，全角反射镜、分光镜、第一光电探头和第二光电探头构成反射光路；全角反射镜用于将发射光路处的发射光反射至探头聚焦透镜的凸面侧处，聚焦透镜用于将全角反射镜的反射光聚焦至分光镜处；分光镜用于对所述2种波段的发射光的反射光进行分离，其中一路分离光经分光镜透射至第一光电探头处，其中另一路分离光反射至第二光电探头处。通过本专利技术中的收发同侧光路结构使得，传感器主机能够通过多个光纤激光器输出不同波段的激光，所输出的激光能够传输至激光输出头处，并经光纤准直器的准直和扩束镜的扩束后形成发射光平行射出，之后发射光能够经过气体探测区域并经全角反射镜反射后形成反射光，反射光有所扩展后沿原路返回并经聚焦透镜聚焦后输出至分光镜处，分光镜能够对反射光进行分离，进而将不同波段的光分别输出至第一光电探头和第二光电探头处进而转换为电信号，传感器主机通过对第一光电探头和第二光电探头处的信号的采集，即可较佳地获取探测信号。作为优选，所述2种波段的发射光包括用于检测CO气体的第一发射光和用于检测O2气体的第二发射光，分光镜通过镀膜用于对第一发射光的波段进行透射、对第二发射光的波段进行反射。从而能够较佳地实现对多组分气体的同时在线监测。本专利技术还提供了一种基于任一上述收发同侧光路结构的收发同侧光路装置，其中，激光收发单元设于一激光发射接收筒内，全角反射单元设于一反射镜固定筒内。从而能够较佳地实现对激光收发单元和全角反射单元的封装。作为优选，激光发射接收筒的一端设有连通内腔的第一开口，第一开口的端面形成内壁设有螺纹的第一安装沉孔，探头聚焦透镜凸面侧朝外地通过探头聚焦透镜锁紧环设于第一安装沉孔处，探头聚焦透镜锁紧环与第一安装沉孔内壁螺纹配合。进而能够较佳地实现对探头聚焦透镜的封装。作为优选，激光发射接收筒的另一端设有连通内腔的第二开口，第二开口处插入有分光镜筒；分光镜倾斜设于分光镜筒的内端处，第一光电探头设于分光镜筒的外端处。进而能够较佳地设置分光镜。作为优选，分光镜筒的外端设有第二安装沉孔，第二安装沉孔内通过接收调节锁紧套设有接收调节孔套；接收调节孔套处设有一接收小孔套，第一光电探头通过第一探头固定架设于所述一接收小孔套处。从而能够较佳地便于第一光电探头的安装。作为优选，激光发射接收筒的侧壁处设有安装通孔，安装通孔处设有另一接收小孔套，第二光电探头通过第二探头固定架设于所述另一接收小孔套处。从而能够较佳地实现对第二光电探头的安装。作为优选，激光发射接收筒外端设有光纤法兰接口和探测器信号输出接口，光纤法兰接口与探头聚焦透镜的光纤耦合器相连接，探测器信号输出接口与第一光电探头和第二光电探头相连接。通过设置光纤法兰接口和探测器信号输出接口，能够较佳地便于信号传输线的接线。作为优选，激光发射接收筒和反射镜固定筒的内端处均设有保护单元，保护单元包括耐高温石英窗片，耐高温石英窗片通过石英窗片固定环设于一窗片密封筒处；窗片密封筒通过调节机构与激光发射接收筒或反射镜固定筒连接。通过设置耐高温石英窗片，能够较佳地对激光发射接收筒内的激光收发单元进行保护。且耐高温石英窗片能够倾斜设于窗片密封筒处，故能够较佳地避免镜面反射光对探测光路的干扰。另外，通过设置石英窗片固定环，能够较佳地对耐高温石英窗片进行固定，进而能够有效地防止耐高温石英窗片的滑落或抖动，从而能够较佳地保证光路的稳定。本专利技术还提供了一种基于中任一上述的收发同侧光路装置在加热炉中的应用，其将激光发射接收筒和反射镜固定筒相配合地设于加热炉侧壁处，以对加热炉内的气体氛围进行在线原位检测。本专利技术中，通过采用加热炉原位安装的方式，能够较佳地实现原位探测的目的；通过利用全角反射镜使发射光原路返回的特点，能够增加了一倍的检测光程，故能够较佳地提高监测精度；通过运用分光镜的半透半反原理，能够较佳地实现多组分气体的同时在线监测。附图说明图1为实施例1中的收发同侧光路装置的结构示意图。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本专利技术进行解释而并非限定。实施例1结合图1所示，本实施例中提供了一种气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构，其包括激光收发单元和全角反射单元，激光收发单元用于产生发射光以及用于接收经全角反射单元反射后的反射光；激光收发单元包括探头聚焦透镜1，探头聚焦透镜1采用平凸型聚焦透镜；探头聚焦透镜1中部设有通孔，通孔内自平面侧至凸面侧依次设有激光输出头5、光纤准直器6和扩束镜7；激光输出头5、光纤准直器6和扩束镜7共同构成发射光路，激光输出头5用于输出2种波段的发射光；激光收发单元还包括设于探头聚焦透镜1的平面侧处设有分光镜2、第一光电探头3和第二光电探头4；全角反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构，其特征在于：/n包括激光收发单元和全角反射单元，激光收发单元用于产生发射光以及用于接收经全角反射单元反射后的反射光；/n激光收发单元包括探头聚焦透镜(1)，探头聚焦透镜(1)采用平凸型聚焦透镜；探头聚焦透镜(1)中部设有通孔，通孔内自平面侧至凸面侧依次设有激光输出头(5)、光纤准直器(6)和扩束镜(7)；激光输出头(5)、光纤准直器(6)和扩束镜(7)共同构成发射光路，激光输出头(5)用于输出2种波段的发射光；/n激光收发单元还包括设于探头聚焦透镜(1)的平面侧处设有分光镜(2)、第一光电探头(3)和第二光电探头(4)；/n全角反射单元包括全角反射镜(11)，全角反射镜(11)、分光镜(2)、第一光电探头(3)和第二光电探头(4)构成反射光路；/n全角反射镜(11)用于将发射光路处的发射光反射至探头聚焦透镜(1)的凸面侧处，聚焦透镜(1)用于将全角反射镜(11)的反射光聚焦至分光镜(2)处；分光镜(2)用于对所述2种波段的发射光的反射光进行分离，其中一路分离光经分光镜(2)透射至第一光电探头(3)处，其中另一路分离光反射至第二光电探头(4)处。/n...

【技术特征摘要】
1.气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构，其特征在于：
包括激光收发单元和全角反射单元，激光收发单元用于产生发射光以及用于接收经全角反射单元反射后的反射光；
激光收发单元包括探头聚焦透镜(1)，探头聚焦透镜(1)采用平凸型聚焦透镜；探头聚焦透镜(1)中部设有通孔，通孔内自平面侧至凸面侧依次设有激光输出头(5)、光纤准直器(6)和扩束镜(7)；激光输出头(5)、光纤准直器(6)和扩束镜(7)共同构成发射光路，激光输出头(5)用于输出2种波段的发射光；
激光收发单元还包括设于探头聚焦透镜(1)的平面侧处设有分光镜(2)、第一光电探头(3)和第二光电探头(4)；
全角反射单元包括全角反射镜(11)，全角反射镜(11)、分光镜(2)、第一光电探头(3)和第二光电探头(4)构成反射光路；
全角反射镜(11)用于将发射光路处的发射光反射至探头聚焦透镜(1)的凸面侧处，聚焦透镜(1)用于将全角反射镜(11)的反射光聚焦至分光镜(2)处；分光镜(2)用于对所述2种波段的发射光的反射光进行分离，其中一路分离光经分光镜(2)透射至第一光电探头(3)处，其中另一路分离光反射至第二光电探头(4)处。


2.根据权利要求1所述的气体监测用多波段探测的收发同侧光路结构，其特征在于：所述2种波段的发射光包括用于检测CO气体的第一发射光和用于检测O2气体的第二发射光，分光镜(2)通过镀膜用于对第一发射光的波段进行透射、对第二发射光的波段进行反射。


3.基于权利要求1或2中任一所述收发同侧光路结构的收发同侧光路装置，其特征在于：激光收发单元设于一激光发射接收筒(8)内，全角反射单元设于一反射镜固定筒(12)内。


4.根据权利要求3所述的收发同侧光路装置，其特征在于：激光发射接收筒(8)的一端设有连通内腔的第一开口，第一开口的端面形成内壁设有螺纹的第一安装沉孔，探头聚焦透镜(1)凸面侧朝外地通过探头聚焦透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴边，张乐文，张志荣，孙鹏帅，庞涛，夏滑，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34