一种参考气室光电探测器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种参考气室光电探测器及其制作方法，其包括第一参考光电探测器、光纤分光准直器；所述光纤分光准直器通过耦合固定组件耦合固定在所述第一参考光电探测器上；所述第一参考光电探测器包括TO封装的光电探测器及参考气室，所述参考气室内填充有参考气体；所述光纤分光准直器包括入射光纤、N个反射光纤、自聚焦透镜；所述自聚焦透镜出光端面设置有N个分光用的半透半反膜层；所述入射光纤和所述N个反射光纤穿过所述光纤固定玻璃管耦合固定在自聚焦透镜入光端面附近，所述入射光纤和所述N个反射光纤的方向与所述半透半反膜层的光轴方向相偏置。本发明专利技术可以方便、灵活地实现参考测量一体化探测器、多气体检测用带参考气室探测器。气室探测器。气室探测器。

【技术实现步骤摘要】
一种参考气室光电探测器及其制造方法


[0001]本专利技术属于气体检测领域，特别涉及一种内置有分光器功能的参考气室光电探测器及其制造方法。

技术介绍

[0002]TDLAS技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)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。该技术成功规避了其他无关气体组分的干扰，成为当前精准实时要求高的在线气体检测系统的优选方案。同时其响应速度快，测量门限低、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、氨气等气体。
[0003]在基于TDLAS技术的气体含量实时在线式检测系统中，若要实现高精度地准确性测量，必须保证激光中心波长锁定在被测气体红外吸收的中心波长位置。因此需要采用参考气室及参考光路以实现主动跟踪反馈激光中心波长变化的功能。
[0004]然而，目前带参考气室的TDLAS气体在线监测系统光路中的参考气室光电探测器、测量功能光电探测器以及光分路器，均为互相独立的分离式结构，这种分离式的气体监测系统，主要存在以下几种问题：
[0005]1、光学链路中参考气室探测器中的光反射所造成的系统噪声大、零点漂移、系统示值稳定性差的技术问题。
[0006]2、单气体检测系统中光学链路中所有光学器件均为分离器件，且无模块化集成化设计，造成的链路接头多，光噪声大、系统成本高的技术问题。
[0007]3、多气体组分的TDLAS激光测试系统中，每种气体都使用独立的激光器、参考气室探测器、测量探测器、气室。光路完全分离的，无模块化设计，其成本造价高，几乎等于几套单独的检测仪成本之和，并且其体积大，结构松散，结构可靠性差，便携性差，且不利于检修维护。

技术实现思路

[0008]为了解决现有气体在线监测仪中存在的上述光学链路光噪声大、系统零点不稳定、示值稳定性较低、光器件繁杂分离、可靠性低、体积大和成本昂贵的技术问题；本专利技术使用先进的抗反射光路设计模型，以及模块化产品设计思路，提供了一种参考气室光电探测器，包括第一参考光电探测器、光纤分光准直器；所述光纤分光准直器通过耦合固定组件耦合固定在所述第一参考光电探测器上；所述第一参考光电探测器包括TO封装的光电探测器及参考气室，所述参考气室内填充有参考气体；所述光纤分光准直器包括入射光纤、N个反射光纤、自聚焦透镜；所述自聚焦透镜出光端面设置有N个分光用的半透半反膜层；所述入射光纤和所述N个反射光纤穿过所述光纤固定玻璃管耦合固定在自聚焦透镜入光端面附近，所述入射光纤和所述N个反射光纤的方向与所述半透半反膜层的光轴方向相偏置，且所述入射光纤的方向与所述N个反射光纤的方向相对于所述半透半反膜层的光轴方向对称；
从所述入射光纤入射的部分光束通过所述自聚焦透镜准直后经所述N个半透半反膜层透射到所述第一参考光电探测器内，另一部分光束分别经所述N个半透半反膜层反射后分别耦合进所述N个反射光纤；N为大于等于1的正整数。
[0009]在上述技术方案中，还包括内置扩散型气室结构的第一测量光电探测器；所述半透半反膜层之一为分光介质膜，将同波长的部分光束透射、其他部分光束反射；所述第一测量光电探测器与所述反射光纤之一出射端相连，以组成具备参考测量双功能的光电探测器。
[0010]在上述技术方案中，还包括第二测量光电探测器与另一所述反射光纤的出射端相连，所述第二测量光电探测器无内置扩散型气室结构，以组成具备参考、测量、零点校准三功能的参考气室探测器。
[0011]在上述技术方案中，还包括第二参考光电探测器，所述第二参考光电探测器的参考气室内充有区别与第一参考光电探测器内的参考气体；所述半透半反膜层之一为分波长窄带反射膜，将特定波长范围的光束反射、其他波长范围的光束透射；所述第二参考光电探测器与所述反射光纤之一的出射端相连，组成具备双气体检测用参考气室探测器。
[0012]在上述技术方案中，还包括第三参考光电探测器，所述第三参考光电探测器的参考气室内充有区别于所述第一参考光电探测器、所述第二参考光电探测器内的参考气体；所述第三参考光电探测器与另一所述反射光纤出射端相连，以组成具备三气体检测用参考气室探测器。
[0013]在上述技术方案中，其特征在于：所述TO封装的光电探测器包括光电二极管芯片、第一TO管帽、TO管座、TO管体、热沉垫块；所述光电二极管芯片固定在热沉垫块上，所述热沉垫块固定在所述TO管座上，所述第一TO管帽罩设在所述TO管座上，所述TO管体罩设在所述TO管座上、与所述TO管帽同轴放置；所述第一参考光电探测器内还包括第二TO管帽；所述第二TO管帽罩设在所述TO管体上；所述TO管座与所述TO管帽合围的内封闭空间为所述参考气室，或者，所述第二TO管帽、TO管体、第一TO管帽合围的封闭空间为所述参考气室。
[0014]在上述技术方案中，所述第一TO管帽为斜面光窗的管帽、所述第二TO管帽为斜面光窗的管帽、所述热沉垫块具有倾斜面；所述光电二极管芯片固定在热沉垫块的倾斜面上以与所述第一参考光电探测器的主光轴以非垂直方式进行设置；所述第一TO管帽、第二TO管帽的斜面光窗以非平行方式进行设置；所述第一TO管帽光窗和热沉垫块的倾斜面以非平行方式进行设置。
附图说明
[0015]图1为实施例一中的内置分光器的参考气室光电探测器的结构示意图；
[0016]图2为实施例一中的准直分光光路示意图；
[0017]图3为实施例一中的反射规避光路示意图；
[0018]图4为实施例二中的基于内置分光器的参考测量零点一体化光电探测器的结构示意图；
[0019]图5为实施例二中的准直分光光路示意图；
[0020]图6为实施例三中一种基于内置分光器的多气体检测用参考气室光电探测器的结构示意图；
[0021]图7为实施例三中的准直分光光路示意图。
[0022]各附图标记所代表的部件列表如下：
[0023]第一参考光电探测器1、光纤分光准直器2、耦合固定组件3、TO封装的光电探测器4、参考气室5、入射光纤6、第一反射光纤7、自聚焦透镜8、光纤固定玻璃管9、保护套管10、半透半反膜11、光电二极管芯片12、第一TO管帽13、TO管座14、TO管脚15、TO管体16、热沉垫块17、第二TO管帽18、第一测量光电探测器19、反射玻璃分光膜片20、第二反射光纤21、第二测量光电探测器22、第二参考光电探测器23、反射玻璃分波膜片24、第三参考光电探测器25、入射光束26、出射光束27、第一反射光束28、第二反射光束29，无效反射光方向30。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0025]下面结合附图，对本专利技术进行说明。
[0026]实施例一：
[0027]如图1所示，一种内置有分光器功能的参考气室光电探测器，包括第一参考光电探测器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种参考气室光电探测器，其特征在于，包括第一参考光电探测器(1)、光纤分光准直器(2)；所述光纤分光准直器(2)通过耦合固定组件(3)耦合固定在所述第一参考光电探测器(1)上；所述第一参考光电探测器(1)包括TO封装的光电探测器(4)及参考气室(5)，所述参考气室(5)内填充有参考气体；所述光纤分光准直器(2)包括入射光纤(6)、N个反射光纤(7，21)、自聚焦透镜(8)；所述自聚焦透镜(8)出光端面设置有N个分光用的半透半反膜层(11，24)；所述入射光纤(6)和所述N个反射光纤(7，21)穿过所述光纤固定玻璃管(9)耦合固定在自聚焦透镜(8)入光端面附近，所述入射光纤(6)和所述N个反射光纤(7，21)的方向与所述半透半反膜层(11，24)的光轴方向相偏置，且所述入射光纤(6)的方向与所述N个反射光纤(7，21)的方向相对于所述半透半反膜层(11，24)的光轴方向对称；从所述入射光纤(6)入射的部分光束通过所述自聚焦透镜(8)准直后经所述N个半透半反膜层(11，24)透射到所述第一参考光电探测器(1)内，另一部分光束分别经所述N个半透半反膜层(11，24)反射后分别耦合进所述N个反射光纤(7，21)；N为大于等于1的正整数。2.如权利要求1所述的参考气室光电探测器，其特征在于：还包括内置扩散型气室结构的第一测量光电探测器(19)；所述半透半反膜层(11)之一为分光介质膜，将同波长的部分光束透射、其他部分光束反射；所述第一测量光电探测器(19)与所述反射光纤(7)之一出射端相连，以组成具备参考测量双功能的光电探测器。3.如权利要求2所述的参考气室光电探测器，其特征在于：还包括第二测量光电探测器(22)与另一所述反射光纤(21)的出射端相连，所述第二测量光电探测器(22)无内置扩散型气室结构，以组成具备参考、测量、零点校准三功能的参考气室探测器。4.如权利要求1所述的参考气室光电探测器，其特征在于：还包括第二参考光电探测器(23)，所述第二参考光电探测器(23)的参考气室内充有区别与第一参考光电探测器(1)内的参考气体；所述半透半反膜层之一为分波长窄带反射膜，将特定波长范围的光束反射、其他波长范围的光束透射；所述第二参考光电探测器(23)与所述反射光纤(7)之一的出射端相连，组成具备双气体检测用参考气室探测器。5.如权利要求4所述的参考气室光电探测器，其特征在于：还包括第三参考光电探测器(25)，所述第三参考光电探测器(25)的参考气室内充有区别于所述第一参考光电探测器(1)、所述第二参考光电探测器(23)内的参考气体；所述第三参考光电探测器(25)与另一所述反射光纤(21)出射端相连，以组成具备三气体检测用参考气室探测器。6.如权利要求1
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5中任一项所述的参考气室光电探测器，其特征在于：所述TO封装的光电探测器(4)包括光电二极管芯片(12)、第一TO管帽(13)、TO管座(14)、TO管体(16)、热沉垫块(17)；所述光电二极管芯片(12)固定在热沉垫块(17)上，所述热沉垫块(17)固定在所述TO管座(14)上，所述第一TO管帽(13)罩设在所述TO管座(14)上，所述TO管体(16)罩设...

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