一种甲烷浓度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种甲烷浓度测量装置，包括激光器，其出光口置有准直透镜，激光准直后与抛物面镜的透光孔对齐，抛物面镜的反射光路上置有离轴积分腔，离轴积分腔为管状物，其侧面分别安装有进气口和出气口，第一聚焦透镜置于离轴积分腔的后面，第二聚焦透镜置有抛物面镜的聚焦光路上，透射光经聚焦透镜聚焦到单光子雪崩二极管探测器上，再连接示波器，示波器传输给电脑进行信号叠加处理，然后对浓度进行反演得出待测甲烷气体浓度。本发明专利技术利用单光子探测器件提高了检测灵敏度，设计抛物面镜放置于离轴积分腔的前端，部分激光经第一反射镜透射出离轴积分腔，经抛物面镜收集探测实验数据，提高了激光利用率，增加激光传感效率。增加激光传感效率。增加激光传感效率。

【技术实现步骤摘要】
一种甲烷浓度测量装置


[0001]本专利技术涉及一种甲烷浓度测量装置，从属于光电检测甲烷浓度测量装置。

技术介绍

[0002]甲烷(CH4)是天然气的主要成分。在煤炭生产中，瓦斯爆炸约占特大事故总数的70％左右，严重地危害了矿工的生命安全，极大地影响着煤炭工业的发展，称为煤炭灾害之王。另一方面，甲烷的温室效应约为CO2的20倍，是一种影响巨大的温室气体。因此，从经济、安全和环保等方面来说，探测甲烷浓度具有重要的意义。
[0003]目前的检测甲烷浓度技术多是基于热传导、催化燃烧等原理，随着激光光源的不断发展，如光腔衰荡光谱法、离轴积分腔输出光谱法等灵敏度高的光谱法也可用于甲烷浓度检测。现有公开号为：CN107589084A，专利名称为：一种基于自会聚镜片的离轴积分腔吸收光谱气体探测装置，该装置将积分腔出射端设计为特殊的凹凸高反射镜片，不需要再另外使用透镜对出射光进行会聚，减少透射光发散。但该装置的检测缺陷在于忽略了积分腔入射端会使部分激光透射出积分腔，导致激光传感效率低。

技术实现思路

[0004]本专利技术专利要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种甲烷浓度测量装置及方法。该实验装置提高了光路长度，使得气体检测的灵敏度提升、鲁棒性提高、抗干扰能力强，激光传感效率提高。
[0005]本专利技术解决技术问题采用了下述技术方案：
[0006]一种甲烷浓度测量装置，包括激光器、准直透镜、抛物面镜、离轴积分腔、反射镜、聚焦透镜、单光子雪崩二极管探测器、稳压电源、示波器、电脑，上述元部件的位置关系如下：所述激光器的出光口置有所述准直透镜，所述准直透镜的准直处与所述抛物面镜的透光孔对齐，所述抛物面镜的聚焦光路上置有所述第二聚焦透镜，所述抛物面镜的反射光路上置有所述离轴积分腔，所述离轴积分腔为管状物，其管状物侧面分别安装有所述进气口和所述出气口，所述离轴积分腔的前端装有所述第一反射镜，后端安装有所述第二反射镜，所述第一聚焦透镜置于所述离轴积分腔的后面，透射光经所述第一聚焦透镜聚焦至位于所述离轴积分腔后方的所述第一单光子雪崩二极管探测器上，部分透射光经抛物面镜收集，经所述第二聚焦透镜聚焦至第二单光子雪崩二极管探测器，所述第一单光子雪崩二极管探测器和所述第二单光子雪崩二极管探测器的信号输出端连接所述示波器的信号输入端，所述示波器的信号输出端连接所述电脑端，所述第一单光子雪崩二极管探测器和所述第二单光子雪崩二极管探测器的供电管脚连接所述稳压电源。
[0007]所述激光器为窄线宽激光器，出光中心波长为6047.35cm
‑1。
[0008]所述第一反射镜和第二反射镜的反射率均为99.8％，两个反射镜的镜片厚度均为5mm，直径均为50.8mm，反射镜凹面的曲率半径均为r＝1m，所述抛物面镜与所述离轴积分腔的前端相距7cm，所述离轴积分腔的腔长L为30cm，体积为0.6L，即所述第一反射镜和第二反
射镜之间的距离；所构成的所述离轴积分腔为稳定腔，腔长满足0<L<2r。
[0009]所述聚焦透镜的焦距为30cm、直径为25.4mm，准直透镜的焦距为5cm，抛物面镜的焦距为10cm，透光孔的直径为7mm，透光孔的中心点和抛物面镜的中心点间距为12mm。
[0010]进气口和出气口的直径均为1cm，进气口与离轴积分腔的前端相距7cm，出气口与离轴积分腔的后端相距7cm。
[0011]所述第一、第二单光子雪崩二极管探测器的探测端活性区为直30μm，暗计数率小于10kHz并且带有光纤尾纤。
[0012]本专利技术的有益效果：
[0013](1)采用加入抛物面镜，放置于离轴积分腔的前端，通过透光孔导入激光束，收集离轴积分腔左右两端透射光束，增加激光利用率，提高激光传感效率。
[0014](2)采用加入单光子雪崩二极管探测器，可以检测到极微弱的探测光信号，有效降低了光源功耗，提高了实验装置的甲烷检测灵敏度。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的甲烷浓度测量装置结构示意图。
[0016]1‑
激光器，2
‑
准直透镜，3
‑
抛物面镜，4
‑
第一反射镜，5
‑
离轴积分腔，6
‑
第二反射镜，7
‑
第一聚焦透镜，8
‑
第一单光子雪崩二极管探测器，9
‑
第二聚焦透镜，10
‑
第二单光子雪崩二极管探测器，11
‑
示波器，12
‑
电脑，13
‑
稳压电源，14
‑
进气口，15
‑
出气口，16
‑
透光孔
具体实施方式
[0017]如图1为本专利技术的装置结构示意图，包括激光器1、准直透镜2、抛物面镜3、第一反射镜4、离轴积分腔5、第二反射镜6、第一聚焦透镜7，第一单光子雪崩二极管探测器8，第二聚焦透镜9，第二单光子雪崩二极管探测器10，示波器11，电脑12，稳压电源13，进气口14，出气口15，透光孔16，所述激光器1的出光口置有所述准直透镜2，所述激光器为窄线宽激光器，其出光中心波长为6047.35cm
‑1，所述准直透镜2的焦距为5cm，所述准直透镜2的准直处与所述抛物面镜3的透光孔16对齐，所述透光孔16的直径为7mm，所述透光孔16的中心点和所述抛物面镜3的中心点间距为12mm，所述抛物面镜3的聚焦光路上置有所述第二聚焦透镜9，所述第二聚焦透镜9的焦距为5cm、直径为25.4mm，所述抛物面镜3的反射光路上置有所述离轴积分腔5，所述离轴积分腔5内装有气体，所述离轴积分腔5为管状物，腔长为30厘米，体积为0.6L，其管状物侧面分别安装有所述进气口14和所述出气口15，进气口14和出气口15均为直径1cm的圆口，进气口14与离轴积分腔5的前端相距7cm，出气口15与离轴积分腔5的后端相距7cm，所述离轴积分腔5的前端装有所述第一反射镜4，后端安装有所述第二反射镜6，所述第一聚焦透镜7置于所述离轴积分腔5的后面，所述第一聚焦透镜7的焦距为5cm、直径为25.4mm，透射光经所述第一聚焦透镜7聚焦至位于所述离轴积分腔5后方的所述第一单光子雪崩二极管探测器8上，所述第一单光子雪崩二极管探测器8和所述第二单光子雪崩二极管探测器10的探测端活性区为直30μm，暗计数率小于10kHz，所述第一单光子雪崩二极管探测器8和所述第二单光子雪崩二极管探测器10的信号输出端连接所述示波器11号输入端，所述示波器11号输出端连接所述电脑12端，所述第一单光子雪崩二极管探测器8和所述第二单光子雪崩二极管探测器10的供电管脚连接所述稳压电源13。
[0018]激光光束从激光器1射出后经所述准直透镜2准直入射穿过所述抛物面镜3的小透光孔16，经所述第一反射镜4耦合进入所述离轴积分腔5，在腔内多次来回反射，一部分激光光束在反射过程中经所述第二反射镜6透射出所述离轴积分腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲烷浓度测量装置，其特征在于：包括激光器、准直透镜、抛物面镜、离轴积分腔、反射镜、聚焦透镜、单光子雪崩二极管探测器、稳压电源、示波器、电脑，上述元部件的位置关系如下：所述激光器的出光口置有所述准直透镜，所述准直透镜的准直处与所述抛物面镜的透光孔对齐，所述抛物面镜的聚焦光路上置有所述第二聚焦透镜，所述抛物面镜的反射光路上置有所述离轴积分腔，所述离轴积分腔为管状物，其管状物侧面分别安装有所述进气口和所述出气口，所述离轴积分腔的前端装有所述第一反射镜，后端安装有所述第二反射镜，所述第一聚焦透镜置于所述离轴积分腔的后面，透射光经所述第一聚焦透镜聚焦至位于所述离轴积分腔后方的所述第一单光子雪崩二极管探测器上，部分透射光经抛物面镜收集，经所述第二聚焦透镜聚焦至第二单光子雪崩二极管探测器，所述第一单光子雪崩二极管探测器和所述第二单光子雪崩二极管探测器的信号输出端连接所述示波器的信号输入端，所述示波器的信号输出端连接所述电脑端，所述第一单光子雪崩二极管探测器和所述第二单光子雪崩二极管探测器的供电管脚连接所述稳压电源。2.根据权利要求1所述甲烷浓度测量装置，其特征在于，所述激光器为窄线宽激光器，出光中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐睿，刘海芹，王振翔，赵天琦，赵春柳，陈亮，金尚忠，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：