基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统技术方案

本申请公开了一种基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统，涉及激光气体传感器技术领域，包括气室壳体，气室壳体内部设置有光束发生器、光电探测器、光阑和漫反射面，光束发生器、光电探测器和光阑设置在气室壳体内部的同一面，漫反射面设置在与光束发生器、光电探测器和光阑相对的另一面；光束发生器用于输出光束，输出的光束经漫反射面反射后通过光阑输入至光电探测器，光电探测器根据光束的光强信号自动调整放大倍数。本申请利用漫反射方式的光路结构，能够抑制复杂工况对光学测量带来的干扰，确保气室的稳定可靠，提高生产效率。提高生产效率。提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】
基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统


[0001]本申请涉及激光气体传感器
，具体涉及一种基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统。

技术介绍

[0002]TDLAS(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy，即可调谐激光二极管吸收光谱技术)激光气体传感器是采用光学镜头组成的气室。气室的作用是：将激光器中的激光传输至气室，在气室内转变为空间传输的光束然后照射到待测气氛中，若待测气氛还有待测气体，则待测气体会吸收激光中对应的波长能量，最后光束经过气室输出至光电探测器上；通过光电探测器可以分析激光光束的光强信号，从而根据吸收曲线强度反演计算出气体浓度。
[0003]传统的气室器件均为光学器件，采用镀增透膜的光学玻璃制成，通过角反射镜形式、平面镜形式或曲面反射镜形式，采用排列组合方式形成单次或多次反射方式，进而实现各种长度光程或形状气室，从而满足气体传感的测量应用。
[0004]但是，光学器件组成的光学测量系统易受各种干扰，包括：各类光学镜面易受到干扰，例如镜面处水汽结露、尘土或气溶胶附着等，其中，结露会导致在液滴的透射、折射和散射作用下发生原有光线偏离或功率大幅度降低，造成探测器端无法测量；附着的尘土和气溶胶会造成原有光线反射率下降直至无法测量。这些问题制约着光学器件的长期测量应用，例如在户外环境下的长期测量以及在出现冷凝水或液滴状态下的测量。
[0005]另外，固定光学器件的气室或固定装置也会因为各种原因产生变形或固定位置偏移，比如在受到振动或冲击的情况下，固定位置的偏移；采用胶水粘接的固定方式，在长期应用后胶水老化导致的器件松脱等；固定位置偏移会造成原有光线路径偏移，导致接收处光功率下降直至无法测量。这些问题同样制约光学器件在振动环境、高温潮湿(加速胶水老化)等情况下的测量应用。
[0006]综上，光学系统在面向复杂工况时测量存在难题。

技术实现思路

[0007]为此，本申请提供一种基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统，以解决现有技术存在的光学系统在面向复杂工况时易受干扰导致测量结果不准确的问题。
[0008]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0009]一种基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统，包括气室壳体，所述气室壳体内部设置有光束发生器、光电探测器、光阑和漫反射面，所述光束发生器、所述光电探测器和所述光阑设置在所述气室壳体内部的同一面，所述漫反射面设置在与所述光束发生器、所述光电探测器和所述光阑相对的另一面；
[0010]所述光束发生器用于输出光束，输出的光束经所述漫反射面反射后通过所述光阑输入至所述光电探测器，所述光电探测器根据光束的光强信号自动调整放大倍数；
[0011]其中，所述漫反射面为圆形，圆形的所述漫反射面的半径r为：r＝tanα*L，其中，α为光束发生器的出光发散角，L为光程；
[0012]所述光阑的深度为：连接所述漫反射面外沿和所述光电探测器中心点的直线与所述光阑的深度相切，切点到所述光电探测器的光窗平面距离即为所述光阑的深度。
[0013]作为优选，所述光束发生器为光源或准直器。
[0014]作为优选，所述光束发生器的光束直径大于光路干扰物的直径。
[0015]作为优选，所述漫反射面为金属材质、玻璃材质或塑料材质。
[0016]作为优选，所述漫反射面的轮廓算数平均偏差R
a
为3λ～1mm，其中，λ为入射波长，所述漫反射面的轮廓最大高度R
z
≤20um。
[0017]作为优选，所述气室壳体外部设置有过滤罩。
[0018]作为优选，所述过滤罩采用多孔结构过滤罩。
[0019]作为优选，所述气室壳体为黑色。
[0020]作为优选，所述光电探测器的光电转换电路为自动增益控制电路。
[0021]作为优选，所述光电探测器根据光束的光强信号自动调整放大倍数，具体为：
[0022]所述光电探测器探测到光强信号≤当前档位电阻对应的最大值的10％时，增大跨阻电阻阻值；所述光电探测器探测到光强信号≥当前档位电阻对应的最大值的90％时，减小跨阻电阻阻值。
[0023]相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：
[0024]本申请提供了一种基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统，包括气室壳体，气室壳体内部设置有光束发生器、光电探测器、光阑和漫反射面，光束发生器、光电探测器和光阑设置在气室壳体内部的同一面，漫反射面设置在与光束发生器、光电探测器和光阑相对的另一面；光束发生器用于输出光束，输出的光束经漫反射面反射后通过光阑输入至光电探测器，光电探测器根据光束的光强信号自动调整放大倍数。本申请利用漫反射方式的光路结构，能够抑制复杂工况对光学测量带来的干扰，确保气室的稳定可靠，可以应用在高低温、振动、高尘、易冷凝以及结露的环境。
[0025]气室的壳体加工为黑色，能够降低结构件反射光束造成的多径效应。
附图说明
[0026]为了更直观地说明现有技术以及本申请，下面给出几个示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本申请时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本申请揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。
[0027]图1为本申请提供的一种通过漫反射面反射的技术光路结构示意图；
[0028]图2为现有的光学镜面反射结构示意图；
[0029]图3为本申请提供的漫反射面的粗糙度示意图；
[0030]图4为本申请提供的一种基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统结构示意图；
[0031]图5为本申请提供的一种基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统仿真图；
[0032]图6为本申请提供的一种基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统在漫反射面镜面有水滴或角度干扰时的结果示意图。
[0033]附图标记说明：
[0034]1、光束发生器；2、光电探测器；3、漫反射面；3
’
、光学镜面；4、光阑。
具体实施方式
[0035]以下结合附图，通过具体实施例对本申请作进一步详述。
[0036]在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。
[0037]本申请中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本申请揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本申请表述的范畴。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统，其特征在于，包括气室壳体，所述气室壳体内部设置有光束发生器、光电探测器、光阑和漫反射面，所述光束发生器、所述光电探测器和所述光阑设置在所述气室壳体内部的同一面，所述漫反射面设置在与所述光束发生器、所述光电探测器和所述光阑相对的另一面；所述光束发生器用于输出光束，输出的光束经所述漫反射面反射后通过所述光阑输入至所述光电探测器，所述光电探测器根据光束的光强信号自动调整放大倍数；其中，所述漫反射面为圆形，圆形的所述漫反射面的半径r为：r＝tanα*L，其中，α为光束发生器的出光发散角，L为光程；所述光阑的深度为：连接所述漫反射面外沿和所述光电探测器中心点的直线与所述光阑的深度相切，切点到所述光电探测器的光窗平面距离即为所述光阑的深度。2.根据权利要求1所述的基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统，其特征在于，所述光束发生器为光源或准直器。3.根据权利要求1所述的基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统，其特征在于，所述光束发生器的光束直径大于光路干扰物的直径。4.根据权利要求1所述的基于复杂工况的漫反射激光气体传感器系统，其特征在于，所述漫反射面的轮廓算数平...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学健，魏占峰，周笑春，史小松，张远，张东阳，
申请(专利权)人：北京光感慧智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：