CN104568831A - 一种光电气体传感器及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体传感器技术领域，特别是涉及一种光电气体传感器及一种包括该光电气体传感器的检测装置。其中，该光电气体检测装置包括：壳体、盖板、气体吸收池、一体化光收发器件以及光路结构。本发明的光电气体传感器将激光源和探测器封装在一体化光收发器件内，并将一体化光收发器件置于气体吸收池内部，大大减小了传感器的体积；并且通过光路结构增加了光程，有利于提高探测信噪比以及测量精度。

Description

一种光电气体传感器及检测装置

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，特别是涉及一种光电气体传感器及一种包括该光电气体传感器的检测装置。

背景技术

近年，随着对环境安全的要求日益高涨，各种气体检测技术层出不穷，其中红外光吸收技术以其探测范围大，精度高，寿命长等优良的特性而成为研究热点。

光学式气体传感器包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型、光纤化学材料型等，主要以红外吸收型气体分析仪为主，由于不同气体的红外吸收峰不同，通过测量和分析红外吸收峰来检测气体。

光学式气体传感器具有高抗振能力和抗污染能力，与计算机相结合，能连续测试分析气体，具有自动校正、自动运行的功能，精度高，反应快，同时因为它的结构关系一般造价高，主要应用于石油、采矿、半导体工业等工矿企业以及家庭中环境检测和控制。在石油、石化、采矿工业中，硫化氢、一氧化碳、氯气、甲烷和可燃的碳氢化合物是主要检测气体。在半导体工业中最主要是检测磷、砷和硅烷。家庭中主要是检测煤气和液化气的泄漏以及是否通风。

现有技术中的气体传感器大多采用激光源和探测器相对位置为直线式的气室结构，在传感器的体积受到限制的情况下，光路长度受到限制，待测气体对光的吸收不够充分，从而导致气体传感器的探测信噪比低、测量精度不高，并且也不利于设备的小型化。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光电气体传感器。

本发明采用如下技术方案：

一种光电气体传感器，包括：

壳体；

设于所述壳体顶部的盖板；

用于为待测目标气体提供吸收容积的气体吸收池，所述气体吸收池由壳体和盖板之间的腔体所构造形成，所述气体吸收池底部开设有多个通气孔；

设于所述气体吸收池底部中央的一体化光收发器件，其包括至少一个可调谐激光源和一个探测器，其中，所述探测器是接收所述可调谐激光源产生的调制激光束的光学传感器；

多反射光路结构，包括布设于所述一体化光收发器件周边的多个反光棱镜，从可调谐激光源发出的调制激光束经所述多个反光棱镜的多次反射被所述探测器接收。

一些实施方式中，所述一体化光收发器件被构造为一具有透光窗口的长方体盒状结构，可调谐激光源和探测器封装于长方体盒状结构内部，所述透光窗口分别与可调谐激光源和探测器对应设置。

一些实施方式中，所述盖板上设有金属滤网。

一些实施方式中，所述多个反光棱镜包括90°反射棱镜和180°反射棱镜。

一些实施方式中，所述气体吸收池的内壁经喷砂和镀膜处理。

一些实施方式中，所述多个通气孔的其中一个内设有用于反馈气体吸收池内温度的温度传感器。

一些实施方式中，所述一体化光收发器件内还设有用于防止光信号干扰的隔离器。 

一些实施方式中，该传感器还设有一个电子处理器，用于控制所述可调谐激光源并产生测量信号。

一些实施方式中，所述可调谐激光源为激光器芯片。

本发明进一步要解决的技术问题是提供一种光电气体检测装置，该装置包括上述的光电气体传感器。

 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的光电气体传感器将激光源和探测器封装在一体化光收发器件内，并将一体化光收发器件置于气体吸收池内部，大大减小了传感器的体积；并且通过光路结构增加了光程，有利于提高探测信噪比以及测量精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种光电气体传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例光电气体传感器中光路结构的第一种实现方式；

图3是本发明实施例光电气体传感器中光路结构的第二种实现方式。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

首先，需要说明的是，以下将以示例的方式对集成式格栅结构的具体结构及特点进行说明，不应将其理解为对本发明形成的任何限制。其次，在下列具体实施例中所提及（具体描述或隐含公开）的任何一个技术特征，以及被直接显示或隐含在各个附图中的任意一个技术特征，仍然可以在这些技术特征（或其等同物）之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本发明中直接提及的更多其他实施例。

请参阅图1至图3所示，通过这些附图以举例的方式示意性的示出了光电气体检测装置一个实施例的基本结构。如上述附图所示，在这个给出的实施例中，该光电气体检测装置包括：壳体11、盖板12、气体吸收池、一体化光收发器件14以及光路结构，下面对这些组成部分进行详细的说明。

盖板12设于壳体11的顶部；气体吸收池由壳体11和盖板12之间的腔体所构造形成，用于为待测目标气体提供吸收容积，另外，气体吸收池底部开设有多个通气孔131。

一体化光收发器件14设于气体吸收池底部中央，其包括至少一个可调谐激光源141和一个探测器142，可调谐激光源141产生调制激光束，探测器142是接收该调制激光束的光学传感器。

多反射光路结构包括布设于一体化光收发器件14周边的多个反光棱镜15，从可调谐激光源141发出的调制激光束经所述多个反光棱镜15的多次反射被探测器142接收。

与现有技术中采用的激光源和探测器相对位置为直线式的气室结构不同，本发明的光电气体传感器将激光源与探测器封装在一体化光收发器件内，并将一体化光收发器件置于气室结构（即为气体吸收池）的内部，并通过光路结构将从激光源出射的激光耦合至探测器内，在传感器的体积受到限制的情况下，增加了光路长度，待测气体对光的吸收充分，提高了光电气体传感器的探测信噪比和测量精度，并且有利于设备的小型化。

请继续参阅图1所示，在一个优选的实施方式中，一体化光收发器件14被构造为一具有透光窗口143的长方体盒状结构，可调谐激光源141和探测器142封装于长方体盒状结构内部，透光窗口143分别与可调谐激光源141和探测器142对应设置。另外，为了防止光信号对可调谐激光源141的干扰，在一体化光收发器件14内、可调谐激光源141与透光窗口143之间141还设有隔离器（图未示）。

本实施例的光路结构中的多个反光棱镜15外表面镀有反射膜，可以实现90°反射棱镜和180°反射棱镜的功能，具体排列方式只需满足使从可调谐激光源141发出的调制激光束经多次反射最终被探测器142接收即可。图2和图3分别示出了光路结构15的两个较佳的排列方式，本领域技术人员根据本发明的精神也可以对反光棱镜15的数量和位置进行调整，从而实现不同的光路长度不同的气体吸收光程。

另外，盖板12上设有金属滤网121，用来防止灰尘等污染气体吸收池内部，进一步地，气体吸收池的内壁经喷砂和镀膜处理，用来防止内壁对光的反射并起到防腐蚀的作用。

多个通气孔131的其中一个内设有用于反馈气体吸收池内温度的温度传感器132，反馈气体吸收池中的温度，当温度出现波动时及时实现环境温度补偿，达到进一步提高测量精度的目的。

另外，本发明的光电气体传感器还设有一个电子处理器，用于控制所述可调谐激光源并产生测量信号；可调谐激光源141可以是各类半导体激光器芯片。

本发明实施例还提供了一种光电气体检测装置，包括上述实施例的光电气体传感器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电气体传感器，其特征在于，该传感装置包括：

壳体；

设于所述壳体顶部的盖板；

用于为待测目标气体提供吸收容积的气体吸收池，所述气体吸收池由壳体和盖板之间的腔体所构造形成，所述气体吸收池底部开设有多个通气孔；

设于所述气体吸收池底部中央的一体化光收发器件，其包括至少一个可调谐激光源和一个探测器，其中，所述探测器是接收所述可调谐激光源产生的调制激光束的光学传感器；

多反射光路结构，包括布设于所述一体化光收发器件周边的多个反光棱镜，从可调谐激光源发出的调制激光束经所述多个反光棱镜的多次反射被所述探测器接收。

2.根据权利要求1所述的光电气体传感装置，其特征在于，所述一体化光收发器件被构造为一具有透光窗口的长方体盒状结构，可调谐激光源和探测器封装于长方体盒状结构内部，所述透光窗口分别与可调谐激光源和探测器对应设置。

3.根据权利要求1所述的光电气体传感装置，其特征在于，所述盖板上设有金属滤网。

4.根据权利要求1所述的光电气体传感装置，其特征在于，所述多个反光棱镜包括90°反射棱镜和180°反射棱镜。

5.根据权利要求1所述的光电气体传感装置，其特征在于，所述气体吸收池的内壁经喷砂和镀膜处理。

6.根据权利要求1所述的光电气体传感装置，其特征在于，所述多个通气孔的其中一个内设有用于反馈气体吸收池内温度的温度传感器。

7.根据权利要求1所述的光电气体传感装置，其特征在于，所述一体化光收发器件内还设有用于防止光信号干扰的隔离器。

8.根据权利要求1所述的光电气体传感装置，其特征在于，还设有一个电子处理器，用于控制所述可调谐激光源并产生测量信号。

9.根据权利要求1所述的光电气体传感装置，其特征在于，所述可调谐激光源为激光器芯片。

10.一种光电气体检测装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的光电气体传感器。