一种气体传感用反射式气室制造技术

本实用新型专利技术属于气体检测技术领域，具体提供了一种气体传感用反射式气室，按照光分束的设计思路进行构建，在光束传播的不同光程处使之部分出射，可根据所需进行分光强或者分波长出射到不同的光电探测器内，在有限的气室体积内，通过光路叠层结构实现在体积不变的情况下，大大增加了光程。解决了现有技术中痕量单一气体时，无法兼容高浓度气体和低浓度气体的精确测量、光学结构可靠性低、光路稳定度差、测量结果不可信度高的问题；以及痕量多种不同光谱吸收系数的气体时，需要用到多个气室结构，导致TDLAS气体检测系统体积大，成本高，部件多，设备结构复杂的问题。设备结构复杂的问题。设备结构复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种气体传感用反射式气室


[0001]本技术属于气体检测
，具体涉及一种气体传感用反射式气室。

技术介绍

[0002]TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱）技术是基于可调谐二极管激光器，利用被测气体分子的“选频”特性，实现对被测气体特征的测量。该方法成功规避了其他气体组分的干扰，成为当前精准实时在线气体检测系统方案的优选。同时其响应速度快，测量下限低、可同时分析多种气体成分，主要包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气、氨气、乙烯、乙炔等气体。因此特别是九十年代后期以来，基于TDLAS技术的气体检测方案及设备如春笋般涌现，在工业应用领域已经出现固定式测试系统、分布式测试系统、便携式测试系统、遥测式测试系统等多种测量方式。
[0003]根据比尔
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朗伯定律 (Beer
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Lambert Law) 可知，光程和气体吸收光强正相关，因此光程越短，探测器的分辨率越低；短光程气室适合高浓度气体环境或者气体光谱吸收系数大的测量环境使用。光程越长，探测器分辨率越高；因此长光程气室更适合低浓度气体环境或者气体光谱吸收系数小的测量环境使用。
[0004]然而多数工业应用环境都会出现被测气体浓度环境不确定，有时气体浓度高，有时低。或者被测气体环境内可能同时有多种气体，无法将多种气体同时测量的情况出现。
[0005]目前市场上基于扩散式气体检测仪中使用的反射式气室存在以下几种问题：
[0006]1、痕量单一气体时气室内光程固定，无法兼容高浓度气体和低浓度气体的精确测量。
[0007]2、当前市场上可变量程的气室，其内部光学结构复杂，成本高，可靠性低。特别是高密度长光程的气室内，可变的光学结构造成结构可靠性低，光路稳定度差，测量结果不可信度高。
[0008]3、痕量多种不同光谱吸收系数的气体时，需要用到多个气室结构，导致TDLAS气体检测系统体积大，成本高，部件多，设备结构复杂。
[0009]为此，本技术提供了一种反射式气室，可应用于扩散式TDLAS全量程实时在线检测系统以及扩散式TDLAS多气体实时在线检测系统使用。

技术实现思路

[0010]本技术的目的是克服现有技术中痕量单一气体时，无法兼容高浓度气体和低浓度气体的精确测量、光学结构可靠性低、光路稳定度差、测量结果不可信度高的问题；以及痕量多种不同光谱吸收系数的气体时，需要用到多个气室结构，导致TDLAS气体检测系统体积大，成本高，部件多，设备结构复杂的问题。
[0011]为此，本技术提供了一种气体传感用反射式气室，包括气室管壳，所述气室管壳前侧内壁上设有固定反射镜Ⅰ；固定反射镜Ⅰ的左右两侧分别设有光入射孔和光出射孔Ⅱ；光出射孔Ⅱ表面覆盖有分光反射镜Ⅱ；分光反射镜Ⅱ上方设有固定反射镜Ⅲ；气室管壳
后侧内壁上设有与固定反射镜Ⅰ平行的固定反射镜Ⅱ；固定反射镜Ⅱ的左右两侧分别设有光出射孔Ⅰ和光束升高回转结构；光出射孔Ⅰ与光入射孔对应；光出射孔Ⅰ表面覆盖有分光反射镜Ⅰ；分光反射镜Ⅰ上方设有光出射孔Ⅲ；从光入射孔进入的光线依次经分光反射镜Ⅰ、固定反射镜Ⅰ、固定反射镜Ⅱ、分光反射镜Ⅱ后形成下层锯齿形光路；光束升高回转结构接收分光反射镜Ⅱ反射的光线，并反射至上方的固定反射镜Ⅲ，经固定反射镜Ⅲ、固定反射镜Ⅱ、固定反射镜Ⅰ形成上层锯齿形光路，最终经光出射孔Ⅲ出射；上层锯齿形光路与下层锯齿形光路平行，且光束传播方向相反。
[0012]具体的，上述气体传感用反射式气室还包括安装在所述气室管壳外壁上的光电探测器Ⅰ、光电探测器Ⅱ、光电探测器Ⅲ；所述光电探测器Ⅰ安装在所述光出射孔Ⅰ处；所述光电探测器Ⅱ安装在所述光出射孔Ⅱ；所述光电探测器Ⅲ安装在所述光出射孔Ⅲ处。
[0013]具体的，上述光入射孔处设有准直光入射器。
[0014]具体的，上述气体传感用反射式气室还包耦合宝塔套以及预加工在所述气室管壳外壁的斜面圆柱凸台；所述准直光入射器穿过所述耦合宝塔套经过耦合调整后固定；所述耦合宝塔套经过耦合调整后固定在所述斜面圆柱凸台上；所述光入射孔贯穿所述斜面圆柱凸台和所述气室管壳。
[0015]具体的，上述准直光入射器为无源光纤准直器，或带准直透镜的有源激光器组件。
[0016]具体的，上述光束升高回转结构包括光束转折支架和固定在所述光束转折支架上的转折反射镜Ⅰ和转折反射镜Ⅱ；所述光束转折支架为等腰梯形体，内部设有光束转折入射孔、光束转折出射孔、光束升高孔；光束转折支架的底面固定在所述气室管壳侧壁上，光束转折入射孔贯穿气室管壳侧壁以及光束转折支架的等腰梯形一侧腰面，光束转折出射孔贯穿气室管壳侧壁以及光束转折支架的另一侧腰面，光束升高孔连通光束转折入射孔和光束转折出射孔；所述转折反射镜Ⅰ完全覆盖所述光束转折入射孔；所述转折反射镜Ⅱ完全覆盖所述光束转折出射孔。
[0017]具体的，上述固定反射镜Ⅰ、所述固定反射镜Ⅱ、所述固定反射镜Ⅲ、所述转折反射镜Ⅰ、所述转折反射镜Ⅱ均镀有HR介质膜。
[0018]具体的，上述分光反射镜Ⅰ、所述分光反射镜Ⅱ均镀有光强分光膜或波长分光膜。
[0019]具体的，上述气室管壳外套设有扩散式密封盖，所述扩散式密封盖内设有分子过滤结构。
[0020]具体的，上述气室管壳内壁上还设置有温度压力传感器，且所述温度压力传感器靠近所述光出射孔Ⅱ。
[0021]与现有技术相比，本技术具有以下优点和有益效果：
[0022]1、本技术提供的这种气体传感用反射式气室按照光分束的设计思路进行构建，在光束传播的不同光程处使之部分出射，可根据所需进行分光强或者分波长出射到不同的光电探测器内。从而实现一气室多光程多量程的功能。
[0023]2、本技术提供的这种气体传感用反射式气室可实现同波长的光束分为三束光，且三束光所经过的光程不同，分为短、中、长。根据比尔
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朗伯定律 (Beer
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Lambert Law) 可知，光程和气体吸收光强正相关。因此该反射式气室在痕量单一气体时，可解决全量程高精度问题。即低浓度气体用长光程处光电探测器痕量，高浓度气体时用短光程处光电探测器痕量。保证了不同浓度气体测量的精度，又增加了环境的适应性。
[0024]3、本技术提供的这种气体传感用反射式气室可将穿过气室的复合光束即不同波长的光束，在各自的设计光程末端解复用，即将复合光束在不同光程处逐一解开成单一波长的三束光，该三束波长不同的光所经过的光程不同，分为短、中、长。根据比尔
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朗伯定律 (Beer
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Lambert Law) 可知，光程、气体吸收系数同时和气体吸收光强正相关。因此该方案在痕量不同光谱吸收系数气体时，可实现吸收系数与光程匹配，保证不同气体的同时高精度检测。即低吸收系数气体用长光程处光电探测器痕量，高吸收系数气体用短光程处光电探测器痕量。即保证了不同气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体传感用反射式气室，包括气室管壳（1），其特征在于：所述气室管壳（1）前侧内壁上设有固定反射镜Ⅰ（2）；固定反射镜Ⅰ（2）的左右两侧分别设有光入射孔（9）和光出射孔Ⅱ（11）；光出射孔Ⅱ（11）表面覆盖有分光反射镜Ⅱ（6）；分光反射镜Ⅱ（6）上方设有固定反射镜Ⅲ（4）；气室管壳（1）后侧内壁上设有与固定反射镜Ⅰ（2）平行的固定反射镜Ⅱ（3）；固定反射镜Ⅱ（3）的左右两侧分别设有光出射孔Ⅰ（10）和光束升高回转结构；光出射孔Ⅰ（10）与光入射孔（9）对应；光出射孔Ⅰ（10）表面覆盖有分光反射镜Ⅰ（5）；分光反射镜Ⅰ（5）上方设有光出射孔Ⅲ（12）；从光入射孔（9）进入的光线依次经分光反射镜Ⅰ（5）、固定反射镜Ⅰ（2）、固定反射镜Ⅱ（3）、分光反射镜Ⅱ（6）后形成下层锯齿形光路；光束升高回转结构接收分光反射镜Ⅱ（6）反射的光线，并反射至上方的固定反射镜Ⅲ（4），经固定反射镜Ⅲ（4）、固定反射镜Ⅱ（3）、固定反射镜Ⅰ（2）形成上层锯齿形光路，最终经光出射孔Ⅲ（12）出射；上层锯齿形光路与下层锯齿形光路平行，且光束传播方向相反。2.如权利要求1所述的气体传感用反射式气室，其特征在于：还包括安装在所述气室管壳（1）外壁上的光电探测器Ⅰ（15）、光电探测器Ⅱ（16）、光电探测器Ⅲ（17）；所述光电探测器Ⅰ（15）安装在所述光出射孔Ⅰ（10）处；所述光电探测器Ⅱ（16）安装在所述光出射孔Ⅱ（11）；所述光电探测器Ⅲ（17）安装在所述光出射孔Ⅲ（12）处。3.如权利要求1所述的气体传感用反射式气室，其特征在于：所述光入射孔（9）处设有准直光入射器（18）。4.如权利要求3所述的气体传感用反射式气室，其特征在于：还包耦合宝塔套（19）以及预加工在所述气室管壳（1）外壁的斜面圆柱凸台（20）；所述准直光入射器（18）穿过所述耦合宝塔套（19）经过耦合调整后固定；所述耦合宝塔套（19）经过耦合调整后固定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：许清，
申请(专利权)人：武汉市翎澜光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：