一种集成化激光甲烷检测器件制造技术

一种集成化激光甲烷检测器件，属于气体检测领域。包括外壳组件、内部部件、非气密性封装部件、光路；外壳组件包括器件壳体、防尘透气网、螺环；内部部件包括光学模块基座、TO激光器、左反射棱镜、右反射棱镜、PD光电探测器、温度压力集成芯片、前置放大电路模块、MCU信号处理电路模块、连接排线；光路制作于光学模块基座上表面内；TO激光器、光电探测器与前置放大电路模块进行焊接连接；温度压力集成芯片与主控芯片进行连接；前置放大电路模块与MCU信号处理电路模块连接；连接排线与外部系统连接。解决现有甲烷检测装置体积大、功耗大、测量灵敏度低、稳定性差、抗干扰性弱的问题。广泛应用于城市管廊、煤矿、家庭燃气泄漏等领域。家庭燃气泄漏等领域。家庭燃气泄漏等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种集成化激光甲烷检测器件


[0001]本技术属于气体检测领域，进一步来说涉及甲烷气体检测领域，具体来说，涉及一种集成化激光甲烷检测器件。

技术介绍

[0002]传统的甲烷检测主要有载体催化、热释电和红外原理。基于载体催化原理的甲烷检测存在易受其他气体影响、检测范围窄、稳定性差等问题；基于热释电原理的甲烷检测存在受环境温度影响大、检测精度低、稳定性差等问题；基于红外原理的甲烷检测存在易受烷烃气体干扰、受水气影响大、稳定性差等问题。与传统甲烷检测相比，基于激光原理的甲烷检测具有测量灵敏度高、稳定性好、抗干扰性强等优势，正逐步应用于煤矿、城市管廊等环境中的甲烷浓度检测。但目前基于激光原理的激光甲烷传感器普遍采用光纤传输或者多次空间反射的方式，存在体积大、功耗大、测量稳定性差等问题。
[0003]经检索，中国专利数据库中涉及激光甲烷和激光气体检测的专利达360余条，如CN200520071347.1号《激光吸收光谱大气甲烷浓度在线监测仪的光学结构》，提出一种空间多次反射腔体结构，存在体积大结构复杂的问题；CN201620380595.2号《一种基于TDLAS的矿用激光全量程甲烷检测装置》，提出一种光纤传输式的激光甲烷检测装置，同样也存在装置体积大结构复杂的问题；CN202110178920.2号《激光气体检测仪及激光气体检测系统》，提出一种采用大口径对射式光学系统设计的气体检测仪；CN202122826683.4号《一种非接触式激光甲烷传感器》为技术专利，提出一种实用于煤矿抽放管道的结构设计。其中的绝大部分为涉及激光甲烷传感器的新型实用型专利申请，目前还没有高度集成的小型化激光气体检测器件及优化检测算法的申请件。
[0004]有鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的技术问题是：解决现有甲烷检测装置体积大、功耗大、测量灵敏度低、稳定性差、抗干扰性弱的问题。
[0006]本技术的专利技术构思是：将激光甲烷检测的气路、光路、电路、结构系统化集成化于一体，利用非气密性封装部件进行防尘、防水和防震保护，利用非气密性封装部件的气体扩散通道作为气路，在光学模块基座的元器件安装表面制作光通道腔体结构，形成光路，内部光元件、光电器件、半导体元器件的组装采用无引线组装，形成气路、光路、电路、结构于一体的高度集成化激光甲烷检测器件，以实现激光甲烷器件的高度集成化、低功耗和高稳定性，从而解决现有大部分激光甲烷传感器体积大、功耗大、测量稳定性差等问题。将为推进激光甲烷器件在煤矿和城市管廊等领域的大范围推广发挥重要作用。
[0007]为此，本技术提供一种集成化激光甲烷检测器件，如图1、图2所示。所述检测器件的组成结构包括外壳组件、内部部件、非气密性封装部件、气路、光路。
[0008]外壳组件包括：器件壳体10、防尘透气网11、螺环12，为内部部件提供防尘防水防
振保护。
[0009]内部部件包括：光学模块基座1、TO激光器2、左反射棱镜3、右反射棱镜4、PD光电探测器5、温度压力集成芯片6、前置放大电路模块7、MCU信号处理电路模块8、连接排线9，是器件的功能实现部分。
[0010]非气密性封装部件包括：非气密性封装材料。
[0011]光学模块基座1为一体化成型，为光路提供腔体结构。所述光学模块基座1的材料为314不锈钢。
[0012]整个器件用非气密性封装部件进行封装，非气密性封装部件的气体扩散通道形成气路，气路和光路与环境气体通过气体扩散进行交换。
[0013]TO激光器2自带背光检测PD，根据PD信号可以实时监测激光器发光的光波，再通过调节激光器温度实时对准甲烷检测吸收峰波长。在光学平台上调整好光路后，用绝缘导热材料填充缝隙，并将激光器与光学模块底座进行焊接固定。
[0014]右反射棱镜3和左反射棱镜4在光学平台上调整好光路后，固定在光学模块底座上。
[0015]PD光电探测器5用于将接收的激光光波信号转换为电信号。在光学平台上调整好光路后，将光电探测器与光学模块底座进行焊接固定。
[0016]光学部件中的激光器2、光电探测器5通过自带多PIN金属插针与前置放大电路模块7进行焊接连接。
[0017]前置放大电路模块7将光电探测器转换之后的微弱电信号进行模拟信号的滤波放大处理。
[0018]温度压力集成芯片6用于测温和测压力，通过排线与主控芯片进行连接通信。
[0019]前置放大电路模块7与MCU信号处理电路模块8通过多PIN金属插针焊接进行信号传送。
[0020]MCU信号处理电路模块8自带多路AD和DA功能，AD功能将带有气体吸收信号的模拟信号转换成数字信号。
[0021]连接排线9用于连接外部系统，为器件提供直流电源与信号传输。
[0022]器件壳体10包括壳体下盖1001、壳体上盖1002，壳体下盖1001呈圆柱形结构，内部组装有内部部件，上部呈厚度向内减薄的圆柱形台阶，用于与壳体上盖1002套封，底部与防尘透气网11连接；壳体上盖1002为倒T形圆柱形，下端外套于壳体下盖1001的上部，上端开有外螺纹，与螺环12配合使用，用于将甲烷检测器件固定在应用装置上，同时，上端用于穿过连接排线9。
[0023]器件工作原理简述如下：
[0024]所述集成化激光甲烷检测器件的气路和光路与环境气体通过气体扩散进行交换，TO激光器2根据背光检测的PD信号实时监测激光器发光的光波，再通过调节激光器温度实时对准甲烷检测吸收峰波长，甲烷气体对TO激光器2出射的光波在光路上进行调制。TO激光器2出射光波经由右反射棱镜3平行出射后，再经过一个左反射棱镜4到达光PD电探测器5, PD光电探测器5将光信号按线性比例转化成电流信号，再经过前置放大电路模块7进行模拟信号滤波及信号放大，再将处理后的模拟信号经过AD转换为数字信号，由MCU信号处理电路模块8进行相关的数字信号处理，最终反演得到待测环境中的甲烷气体浓度。由连接排线9
给器件供电和进行外部通讯。
[0025]本技术的技术效果如下：
[0026]光电器件、光路和电路采用小型化集成设计，大大减小了器件体积。
[0027]采用一款用甲烷填充的具有高密封性能的TO型准直激光器，可以实时对准甲烷吸收中心波长，提高器件的检测精度和可靠性。
[0028]优化谐波检测算法，提高器件的处理速度和稳定性。
[0029]本技术广泛应用于城市管廊、煤矿、家庭燃气泄漏等领域，特别适用于小型化的甲烷气体泄漏监测领域，具有广阔的市场前景和应用空间。
附图说明
[0030]图1为光学模块原理示意图。
[0031]图2为集成化激光甲烷检测器件结构示意图。
[0032]图中：1为光学模块基座，2为TO激光器，3为右反射棱镜，4为左反射棱镜，5为PD光电探测器，6为温度压力集成芯片，7为前置放大电路模块，8为MCU信号处理电路模块，9为连接排线，10为器件壳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成化激光甲烷检测器件，其特征在于：包括外壳组件、内部部件、非气密性封装部件、光路；所述外壳组件包括：器件壳体、防尘透气网、螺环；所述内部部件包括：光学模块基座、TO激光器、左反射棱镜、右反射棱镜、PD光电探测器、温度压力集成芯片、前置放大电路模块、MCU信号处理电路模块、连接排线；所述非气密性封装部件包括非气密性封装材料；所述光路制作于一体化成型的光学模块基座上表面内，为腔体结构；所述激光甲烷检测器件采用非气密性封装部件进行封装，由非气密性封装部件的气体扩散通道形成气路，气路和光路与环境气体通过气体扩散进行交换；所述TO激光器在光学平台上调整好光路后，用绝缘导热材料填充缝隙，并将激光器与光学模块底座进行焊接固定；所述右反射棱镜和左反射棱镜在光学平台上调整好光路后，固定在光学模块底座上；所述PD光电探测器在光学平台上调整好光路后，将光电探测器与光学模块底座进行焊接固定；所述TO激光器、PD光电探测器通过自带多PIN金属插针与前置放大电路模块进行焊接连接；所述温度压力集成芯片通过排线与主控芯片进行连接通信；所述前置放大电路模块与MCU信号处理电路模块通过多PIN金属插针焊接进行信号传送；所述连接排线与外部系统连接；所述器件壳体包括壳体下盖、壳体上盖，壳体下盖呈圆柱形结构，内部组装有内部部件，上部呈厚度向内减薄的圆柱形台阶，用于与壳体上盖套封，底部与防尘透气网连接；壳体上盖为倒T形圆柱形，下端外套于壳体下盖的上部，上端开有外螺纹，与螺环配合使用，上端用于穿过连接排线。2.如权利要求1所述的一种集成化激光甲烷检测器件，其特征在于：所述光学模块基座的材料为314不锈钢。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛森，毛虎，谭武烈，陆凯，焦英豪，
申请(专利权)人：广东鸿芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：