一种气体光谱吸收型传感装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种气体光谱吸收型传感装置,其不同之处在于：其包括外壳、DFB激光器、准直透镜、反射镜组、探测器、锁相放大器、激光器驱动和温度控制单元、微处理器、液晶显示单元，所述准直透镜与反射镜组固定在所述外壳上，外壳底部留有气孔，准直透镜与反射镜组之间留有间隙，各个射镜之间均留有间隙。本实用新型专利技术体积小，灵敏度高，结构简单。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种气体光谱吸收型传感装置,其不同之处在于：其包括外壳、DFB激光器、准直透镜、反射镜组、探测器、锁相放大器、激光器驱动和温度控制单元、微处理器、液晶显示单元，所述准直透镜与反射镜组固定在所述外壳上，外壳底部留有气孔，准直透镜与反射镜组之间留有间隙，各个射镜之间均留有间隙。本技术体积小，灵敏度高，结构简单。【专利说明】一种气体光谱吸收型传感装置
本技术涉及一种气体光谱吸收型传感装置，尤其涉及到以窄线宽光谱吸收为核心技术检测气体浓度的传感装置。
技术介绍
在工业生产领域中，实时、准确地对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测预报和自动控制已成为当前煤炭、石油、化工、电力等行业函待解决的重要问题之一。同样在生态环境领域中，人类对生态环境保护与净化的意识越来越高，迫切要求监测、监控有毒、有害气体以，减少环境污染，确保身心健康。因此，针对气体传感监测系统的研制势在必行，成为当今传感技术研发的一个重要课题。目前市场上气体检测方式主要有:光学式，半导体式，固体电解质式，接触燃烧式，电化学式等。其中光学式以其灵敏度高、动态扫描范围大，响应速度高、防电磁干扰等。而光学式气体传感根据检测原理又可分为:吸收光谱型、荧光型与干涉型等。其中吸收光谱型因其灵敏度高，可靠性高与寿命长等优势，而具有广泛的市场应用前景。与此同时，随着光纤传感技术和光纤通信网络技术的飞速发展，利用光纤带宽大、易于成网的特点，发展新一代免维护、抗干扰、高灵敏度的气体检测系统，是目前国际上最新的研究动向。利用波分复用技术，使多个传感器共用一根传输光纤和一个光源可以大大降低整个系统的成本，而且系统网络化方便了系统的维护管理，为光纤气体传感系统走向实用开辟了崭新的道路。具体而言，光谱吸收型气体检测方法，尤其是近红外吸收光谱定量检测技术实现原理原理是，物质对不同频率的电磁波有不同的吸收，因此对不同气体特定的吸收谱线进行分析，根据吸收谱线的位置和强度确定分子的成分和浓度。由于多数有机和无机污染成分在可见和红外波段都具有吸收线，利用这些吸收线可以定量分析各种污染成分。通常DFB激光器因其具有很高的光谱分辨率，而作为气体探测的光源使用，利用其对待测气体分子在该光谱范围内的一条振转线的光谱吸收进行测量，从而实现气体浓度的探测。根据比尔-朗伯特定律，出射光强I与入射光强IO和气体体积分数之间的关系为:Ι(ν)=Ι0 (V) EXP ，式中，v是激光中心频率，I(V)为光通过介质吸收后的透射光强，IO(V)为入射到介质的光强，a (V)为气体吸收系数，C是介质的浓度，L是吸收路径的长度。光源的光谱覆盖了气体的吸收谱线，光通过气体后发生了谱线吸收。但当气体浓度很小时，气体的吸收峰也很小，输出光强的变化也很小，测量效果比较差。
技术实现思路
本技术克服现有技术的不足，提供一种气体光谱吸收型传感装置，体积小，灵敏度高，结构简单。为实现上述目的，本技术的技术方案为:一种气体光谱吸收型传感装置，其不同之处在于:其包括外壳、DFB激光器、准直透镜、反射镜组、探测器、锁相放大器、激光器驱动和温度控制单元、微处理器、液晶显示单元，所述准直透镜与反射镜组固定在所述外壳上，外壳底部留有气孔，准直透镜与反射镜组之间留有间隙，各个射镜之间均留有间隙。按以上技术方案,所述DFB激光器为半导体激光二极管。按以上技术方案，所述准直透镜连接DFB激光器作为气室的入射端。按以上技术方案，所述反射镜组是由三个反射镜组合来控制光程。 按以上技术方案，所述探测器为光电二极管。按以上技术方案，所述锁相放大器、激光器驱动和温度控制单元、微处理器、液晶显示单元集成在一个电路板上。本技术与现有技术相比具有以下优势:I)、该气体光谱吸收型传感装置的信号处理单元、电源单元以及显示单元集成在一个电路板上，易于装配，便于操作；2)、该气体光谱吸收型传感装置采用反射镜组进行往返传递，极大的节省了装置的空间资源而且提高了气体检测的灵敏度与准确性。【专利附图】【附图说明】图1是本技术系统总框架图；图2是本技术实施例中气室结构示意图；其中:1_微处理器、2-锁相放大器、3-H)探测器、4-气室、5-DFB LD、6_激光器驱动和温度控制单元、7-液晶显示单元、8-外壳、9-DFB激光器、10-光纤、11-准直透镜、12-第一反射镜、13-第二反射镜、14-第三反射镜、15-第一气孔、16-第二气孔、17-探测器。【具体实施方式】下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本使用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于技术明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参考图1和图2，本技术实施例气体光谱吸收型传感装置，其包括外壳8、DFB激光器9、准直透镜11、反射镜组、探测器17、锁相放大器2、激光器驱动和温度控制单元6、微处理器1、液晶显示单元7，所述准直透镜11与反射镜组固定在所述外壳8上，外壳8底部留有气孔，准直透镜11与反射镜组之间留有间隙，各个射镜之间均留有间隙。具体的，所述DFB激光器9为半导体激光二极管。具体的，所述准直透镜11连接DFB激光器9作为气室4的入射端。具体的，所述反射镜组是由三个反射镜组合来控制光程。具体的，所述探测器17为光电二极管。具体的，所述锁相放大器2、激光器驱动和温度控制单元6、微处理器1、液晶显示单元7集成在一个电路板上。如图1所示，本技术实施例中，基于光谱吸收型二次谐波技术对甲烷气体进行检测，其吸收谱在1665nm附近，因此所使用DFB LD5中心波长也为1665nm。微处理器I控制激光器驱动和温度控制单元6使激光器在功率稳定的条件下输出30kHZ的正弦调制信号，在扫描带宽0.2nm情况下进行100HZ的三角波扫描。光信号通过气室4，气室4充满了所测环境的甲烷气体，ro探测器3将光信号转换成电信号。电信号经过锁相放大器2再反馈给微处理器1，由于激光器的中心平均波长对准了甲烷气体吸收峰的波长，所得30K调制信号的二次谐波分量幅值正比于甲烷气体浓度，因此微处理器I稍加处理便可等到准确的气体浓度，最后在液晶显示单元7上读出相关数据。如图2所示，该气体传感装置的气室包括外壳8、DFB激光器9、准直透镜11、第一反射镜12、第二反射镜13、第三反射镜14、探测器17。第一气孔15与第二气孔16位于外壳8底部以实现气体进出流通，DFB激光器9通过光纤10连接准直透镜11进入气室4，准直透镜11是用来对入射的激光器光束进行整形与减少回损。光信号进入气室4后会在第一反射镜12与第三反射镜14之间往返传递，其中第一反射镜12为平面反射镜，第三反射镜14为凹形反射镜。第二反射镜13是一个窄面形的平面反射镜，调整其角度使得光信号被探测器17完好的接收到。调整第二反射镜13位置及角度可改变气室4中的光程大小，从而实现小体积高灵敏度的甲烷气体检测。本技术不论在严酷的工业条件还是方便民用生态环境下都用良好的应用前景以上所述，仅是本技术的较佳实施例，并非对本技术作任何限制，凡是根据本技术技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体光谱吸收型传感装置，其特征在于：其包括外壳、DFB激光器、准直透镜、反射镜组、探测器、锁相放大器、激光器驱动和温度控制单元、微处理器、液晶显示单元，所述准直透镜与反射镜组固定在所述外壳上，外壳底部留有气孔，准直透镜与反射镜组之间留有间隙，各个射镜之间均留有间隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑光辉，孔轩，
申请(专利权)人：武汉六九传感科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42