一种气体传感器气室结构及一种气体传感器气室的Housing制造技术

本实用新型专利技术公开了一种气体传感器气室结构及一种气体传感器气室的Housing，包括凹面反射镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜和第三平面反射镜；第一平面反射镜和第二平面反射镜均为其镜面法线与入射光束成45度设置在凹面反射镜的对面的平面反射镜；第一平面反射镜的镜面法线与第二平面反射镜的镜面法线正交，且第一平面反射镜设置在第二平面反射镜的上方；第三平面反射镜为其镜面与入射光束正交设置在凹面反射镜的对面的平面反射镜；第三平面反射镜位于第一平面反射镜和第二平面反射镜之间，且第三平面反射镜较第一平面反射镜/第二平面反射镜靠近凹面反射镜；本实用新型专利技术可大幅提高近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式低浓度气体检测器的检测灵敏度。学式低浓度气体检测器的检测灵敏度。学式低浓度气体检测器的检测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种气体传感器气室结构及一种气体传感器气室的Housing


[0001]本技术属于气体传感
，具体涉及一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体传感器气室结构及一种气体传感器气室的Housing。

技术介绍

[0002]甲烷是一种易燃易爆气体，在大气中爆炸下限为5.0％VOL，上限为15.0％VOL，它是煤矿瓦斯、沼气、天然气和多种液体燃料的主要成分，及时、准确地探测甲烷气体浓度并由此发现产生源、泄漏源对于工业、矿山安全运行具有十分重要的意义。目前可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS)谐波检测技术虽在气体检测领域，尤其是低浓度气体检测当中得到了广泛的应用，但该技术在实际使用中其灵敏度还有待于改善和提高。激光气体传感器的灵敏度和精度取决于信噪比，在电噪声一定的情况下，提高可调谐半导体激光吸收光谱谐波气体检测器灵敏度的最直接方法就是加长气室的长度从而增加光和气体的有效作用距离，以增强被测气体的有效吸收来提高检测灵敏度。此外有一所谓的折叠腔技术也常被用于可调谐半导体激光吸收光谱谐波气体检测器的气室设计中，该技术的要点是使激光束按一定路径反复经过气室，来增加光和气体的有效作用距离，增强被测气体的有效吸收，以此来提高检测灵敏度。采用该技术的传统折叠腔气室的基本光路如图1所示。
[0003]图1中，13和14是两个反射镜，11是可调谐半导体激光器发射出的光束，12是从折叠式气室出射到光检测器的光束。无论是长气室或传统的折叠式气室其所占有的空间都很大，在具体应用中对可调谐半导体激光吸收光谱谐波气体检测器的体积有限制时，上述两种提高灵敏度的方法就失效了。如城市窨井、城市综合管廊中使用的激光气体传感器在小型化方面要求非常高，其所允许的实际气室线度一般都限制在30mm x 20mm x20mm左右的范围内。按传统方式能实现的光和气体的有效作用距离也就在 30mm
‑
70mm，因此它无法将激光气体传感器精度提高到在高低温环境中能检测到小于 0.05％vol甲烷的精度。另外如附图1所示传统的折叠式气室其光束在气室内多次折叠传播过程中会使从激光器发射出的仅有有限准直距离的光束发散造成气室的出射光不能被光检测器充分接受而影响激光气体传感器的信噪比。

技术实现思路

[0004]技术目的：为解决在可调谐半导体激光吸收光谱谐波气体检测器的体积有限制时，检测灵敏度降低的问题，以及为解决从激光器发射出的仅有有限准直距离的光束发散造成气室的出射光不能被光检测器充分接受的问题，本技术提出了一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体传感器气室结构及一种气体传感器气室的Housing。
[0005]技术方案：一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体传感器气室结构，包括凹面反射镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜和第三平面反射镜；
[0006]所述第一平面反射镜为其镜面法线与入射光束成45度设置在凹面反射镜的对面
的平面反射镜；
[0007]所述第二平面反射镜为其镜面法线与入射光束成45度设置在凹面反射镜的对面的平面反射镜；该第一平面反射镜的镜面法线与第二平面反射镜的镜面法线正交，且第一平面反射镜设置在第二平面反射镜的上方；
[0008]所述第三平面反射镜为其镜面与入射光束正交设置在凹面反射镜的对面的平面反射镜；
[0009]该第三平面反射镜位于第一平面反射镜和第二平面反射镜之间，且第三平面反射镜较第一平面反射镜/第二平面反射镜靠近凹面反射镜；
[0010]入射光束经由凹面反射镜反射的光束入射至第三平面反射镜上，经由第三平面反射镜反射后的光束再次入射至凹面反射镜上，经由凹面反射镜反射后的光束入射至第一平面反射镜上，经由第一平面反射镜反射后的光束入射至第二平面反射镜，经由第二平面反射镜反射后的光束入射至凹面反射镜上，经由凹面反射镜反射后的光束又入射到第三平面反射镜上，经由第三平面反射镜反射后的光束重新回射到凹面反射镜上，最后经由凹面反射镜的反射后的光束即为气室的出射光束。
[0011]进一步的，所述凹面反射镜为球面凹面镜。
[0012]进一步的，所述凹面反射镜为柱面凹面镜。
[0013]本技术还公开了一种气体传感器气室的Housing，包括光束发射器、气室和光检测器；
[0014]所述气室为上述公开的一种紧凑高效多程气体吸收光路的气体传感器气室结构；
[0015]所述光束发射器设置在对着凹面反射镜的一侧，用于向气室发射准直光束，作为气室的入射光束；
[0016]所述光检测器设置在对着凹面反射镜的一侧，用于接收气室的出射光束。
[0017]进一步的，所述光束发射器为可调谐半导体激光器。
[0018]进一步的，所述光检测器包括窗口和PD芯片，PD芯片的法线及窗口的法线均与气室的出射光束形成一定角度设置。
[0019]进一步的，所述的角度在3
‑
15度范围。
[0020]进一步的，所述光束发射器的设置位置与气室的一个边缘对应，所述光检测器的设置位置与气室的另一个边缘对应。
[0021]有益效果：本技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0022](1)本技术提出的气室结构，在极其受限的小空间内通过光束的多次来回的反射实现气室中的光和气体的有效作用距离约达到气室其自身长度的数倍光路来提高可调谐半导体激光吸收光谱谐波气体检测器的检测灵敏度；在光束在多次来回的反射中增加光和气体的有效作用距离，使光检测器能充分有效地接收到从气室出射的光束；本技术提出的气室结构可应用于基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式低浓度甲烷气体精准检测技术邻域；
[0023](2)本技术采用的凹面反射镜，可补偿激光器输出的仅有有限准直距离的光束沿着光路长距离传播时产生的光束发散，故提高了光检测器集光效率从而改善了气体检测器的信噪比，大幅提高近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式低浓度气体检测器的检测灵敏度的效果。
附图说明
[0024]图1为传统折叠腔气室的基本光路图；
[0025]图2为本技术提出的一种典型的气室光路图；
[0026]图3为光检测器的窗口和PD芯片法线都和气室出射光束的轴线构成α角度的组态图；
[0027]图4为本技术的气室连同半导体激光器和光检测器安装座的Housing总体结构的3D部分剖面图；
[0028]图5为气室连同半导体激光器和光检测器安装座的Housing总体结构的正视图；
[0029]图6为气室连同半导体激光器和光接收器安装座的Housing总体结构的3D外形图。
具体实施方式
[0030]现结合附图和实施例对本技术的技术方案做进一步说明。
[0031]本技术公开了一种用于基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式低浓度气体检测器的气室，可适用于各类气体,如甲烷、乙烷、丙烷、一氧化碳等等气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体传感器气室结构，其特征在于：包括凹面反射镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜和第三平面反射镜；所述第一平面反射镜为其镜面法线与入射光束成45度设置在凹面反射镜的对面的平面反射镜；所述第二平面反射镜为其镜面法线与入射光束成45度设置在凹面反射镜的对面的平面反射镜；该第一平面反射镜的镜面法线与第二平面反射镜的镜面法线正交，且第一平面反射镜设置在第二平面反射镜的上方；所述第三平面反射镜为其镜面与入射光束正交设置在凹面反射镜的对面的平面反射镜；该第三平面反射镜位于第一平面反射镜和第二平面反射镜之间，且第三平面反射镜较第一平面反射镜/第二平面反射镜靠近凹面反射镜；入射光束经由凹面反射镜反射的光束入射至第三平面反射镜上，经由第三平面反射镜反射后的光束再次入射至凹面反射镜上，经由凹面反射镜反射后的光束入射至第一平面反射镜上，经由第一平面反射镜反射后的光束入射至第二平面反射镜，经由第二平面反射镜反射后的光束入射至凹面反射镜上，经由凹面反射镜反射后的光束又入射到第三平面反射镜上，经由第三平面反射镜反射后的光束重新回射到凹面反射镜上，最后经由凹面反射镜的反射后的光束即为气室的出射光束。2.根据权利要求1所述的一种气体传感器气室结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耐，马淼，刘龙骧，曾吉东，
申请(专利权)人：南京光通光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：