CN104914070B - 一种防爆防雾型激光气体检测仪气室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，包括气室管，气室管的前端连接有气室前端盖，气室管的前端内固定有前端基板，前端基板上固定有光学镜片，气室管的后端连接有气室后端盖，气室管的后端内固定有后端基板，后端基板上设置有光纤准直器和光电探测器。本发明将目标气体的浓度信息转变为光信息，整个检测过程无化学反应，不会产生物质损耗，因而使用寿命长，同时，该气室的光路调节可在气室管内的两块T形基板上完成，调节过程简易，此外，气室整体结构简单、成本低廉、组装方便等特点都为激光气体检测仪的性能稳定、批量生产提供了有利条件。
Description
技术领域
本发明涉及TDLAS技术的气体检测技术领域，具体涉及一种防爆防雾型激光气体检测仪气室。适用于用于探测收集有毒有害、可燃易爆气体，探测环境空气湿度等。
背景技术
传统的电化学型气体检测仪在实际检测气体浓度的过程中，其传感头需要定期更换，因为该传感头中封装的气体敏感材料在接触待测气体后产生电化学反应，不但反应较为缓慢，还会进行自身消耗，影响传感头的使用寿命，也给气体检测工作增添难度。同时，该气体敏感材料在接触到待测环境中其他干扰性气体时还会发生中毒、变质等现象，严重影响检测仪的气体检测效果，不能为处于危险气体环境中的人们提供理想的安全预警作用。
相比之下，基于TDLAS技术的气体检测仪(又称激光气体检测仪)具有响应速度快、灵敏度高、选择性强等显著优势，其通过气室接触待测环境，气室起到探测收集气体作用，相当于电化学型气体检测仪的传感头，能直接影响激光气体检测仪的检测效果，故气室是该类设备的重要组成部件之一。在激光气体检测仪的实际使用中，因应用环境通常较为恶劣，该类检测仪上的气室不仅需满足与检测环境连通性好、无残余气体积存的基本要求，还需满足耐腐蚀性强、抗老化效果好、光路调节过程简易、光路稳定、整体组装方便等诸多要求。
同时，因激光气体检测仪的工作原理是：气室内发射端发出特定中心波长的激光，该束激光穿透过充有气体的气室后由气室内接收端探测，由于在此传输过程中，激光强度的变化遵从Lambert-Beer定律，
I(v)＝I0(v)exp[-σ(υ)NL]
其中，I(v)是气体的吸收截面，N为气体浓度，L为光经过吸收气体的长度。由此可通过分析气室内激光强度的变化得出目标气体的浓度信息，从而达到安全预警的目的，故一旦该气室中各光学部件粘附雾气、水汽，势必会影响光信号的发送和接收，进而影响整个设备的检测效果，因此，气室还应具备优良的防爆防雾性能，以适用于潮湿、温差大的爆炸性气体环境中，比如在城市排水管网中检测甲烷浓度、在空气湿度大的环境中监测煤气、天然气泄漏等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种防爆防雾型激光气体检测仪气室。光路调节过程简易、光路稳定、整体组装方便、耐腐蚀抗老化。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，包括气室管，气室管的前端连接有气室前端盖，气室管的前端内固定有前端基板，前端基板上固定有光学镜片，气室管的后端连接有气室后端盖，气室管的后端内固定有后端基板，后端基板上设置有光纤准直器和光电探测器。
一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，还包括管状防尘滤网，气室前端盖与气室管前端通过螺纹连接，气室后端盖与气室管后端通过螺纹连接，防尘滤网的一端卡入气室前端盖与气室管的螺纹连接处，防尘滤网的一端卡入气室后端盖与气室管的螺纹连接处，气室后端盖与气室管后端之间设置有后端盖滤网。
如上所述的光学镜片与光纤准直器相对的一面设置有金膜及亲水膜，所述的前端基板设置有矩形凹槽和细长形通孔，矩形凹槽内固定有垫块，垫块上设置有半圆形槽，半圆形槽内固定有光纤准直器，光电探测器插入固定在细长形通孔内。
如上所述的气室前端盖包括第一连接管和第二连接管，第一连接管一端与气室管前端连接，第一连接管另一端与第二连接管一端连接，第二连接管另一端设置有连接管外螺纹，第一连接管和第二连接管内壁均设置有内螺纹。
如上所述的第二连接管上设置有退刀槽，退刀槽内嵌设有硅胶圈。
如上所述的第一连接管的直径大于第二连接管的直径，第一连接管上设置有沉头螺纹孔，沉头螺纹孔贯通第一连接管的侧面和第一连接管的端面，内六角机顶螺丝与沉头螺纹孔适配。
如上所述的气室管的前端内壁设置有环形的固定挡圈，气室管的前端内壁还设置有玻璃挡圈安装内螺纹，玻璃挡圈的外圈设置有与玻璃挡圈安装内螺纹适配的内螺纹，玻璃挡圈旋入气室管的前端内并将窗口玻璃板压紧在固定挡圈上，固定挡圈与窗口玻璃板之间以及窗口玻璃板与玻璃挡圈之间均设置有环形硅胶垫片，前端基板、光纤准直器和光电探测器均设置在窗口玻璃板与气室管的前端口之间，气室管的前端侧壁设置有灌胶沉头螺纹通孔，窗口玻璃板两端面均镀有亲水膜。
如上所述的气室后端盖内设置有内螺纹，滤网挡圈的外圈设置有与气室后端盖内螺纹适配的外螺纹，滤网挡圈旋入气室后端盖内并将后端盖滤网压紧在气室后端盖的端部。
本发明的优点在于：
提供了一种性能可靠、本质安全、适用环境广的防爆防雾型气室，该气室将目标气体的浓度信息转变为光信息，再经光电探测器接收，将光信号转换为电信号，最终将气体浓度值显示出来，整个检测过程无化学反应，不会产生物质损耗，因而使用寿命长，同时，该气室的光路调节可在气室管内的两块T形基板上完成，调节过程简易，此外，气室整体结构简单、成本低廉、组装方便等特点都为激光气体检测仪的性能稳定、批量生产提供了有利条件。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1防爆防雾型激光气体检测仪气室的立体结构视图；
图2防爆防雾型激光气体检测仪气室的爆炸视图；
图3防爆防雾型激光气体检测仪气室的剖视图；
图4气室管的剖视图。
其中：1-气室后端盖；2-后端盖滤网；3-滤网挡圈；3a-滤网挡圈盲孔；4-后端基板；4a-基板上平面；4b-后端基板螺纹孔；5-后端沉头螺钉；6-气室管；6a-长条形孔；6b-气室前端外螺纹；6c-气室后端外螺纹；6d-后端侧壁沉头通孔；6e-固定挡圈；6f-玻璃挡圈安装内螺纹；6g-灌胶沉头螺纹通孔；7-环形硅胶垫片；8-窗口玻璃板；9-玻璃挡圈；9a-玻璃挡圈盲孔；10-前端基板；10a-细长形通孔；10b-矩形凹槽；10c-前端基板螺纹孔；11-光电探测器；12-内六角机顶螺丝；13-气室前端盖；13a-沉头螺纹孔；13b-退刀槽；13c-连接管外螺纹；13d-螺纹通孔；13-1-第一连接管；13-2-第二连接管；14-硅胶圈；15-光纤准直器；16-垫块；16a-半圆形槽；17-密封沉头螺钉；18-防尘滤网；19-光学镜片。
具体实施方式
下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。
如图1～4所示，本发明公开了一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，该气室的结构件均选用高强度铝合金或304不锈钢材质制作，因而在户外环境中使用时具有较好的耐腐蚀、抗震、抗破坏性能。气室包括气室管6、气室前端盖13，气室后端盖1，其中，所述气室管6是一侧壁带有四条长条形孔6a的空心圆柱管，同时，所述气室管6内部设有一固定挡圈6e，用于安装窗口玻璃板8、环形硅胶垫片7及玻璃挡圈9，其中，窗口玻璃板8两端面均镀有亲水膜，以防止粘接雾气、水汽等，所述环形硅胶垫片7有两个，分别垫在窗口玻璃板8两侧，起到密封和防止玻璃板被玻璃挡圈9压破的作用，所述玻璃挡圈9的圆周侧壁加工有外螺纹，且玻璃挡圈9端面设有两玻璃挡圈盲孔9a，装配时依次向气室管6中放入环形硅胶垫片7、窗口玻璃板8、环形硅胶垫片7、玻璃挡圈9，气室管6的内壁加工有玻璃挡圈安装内螺纹6f，通过螺纹配合，并以常见的尖头镊子作治具(将尖头镊子的两个尖头分别插入玻璃挡圈9上的两个玻璃挡圈盲孔9a内)，转动尖头镊子以带动玻璃挡圈9的旋转，通过旋紧玻璃挡圈9，最终压紧固定气室管6中的窗口玻璃板8。
所述气室管6内部一端装有一后端基板4，所述后端基板4的基板上平面4a上装有光学镜片19，该光学镜片19呈矩形方块状，一面镀金膜(同时该面镀亲水膜)，起反光镜作用，所述后端基板4的底部带有后端基板螺纹孔4b，故穿过气室管6上两个后端侧壁沉头通孔6d，利用后端沉头螺钉5及胶水可将该后端基板4固定在气室管6内，其中，胶水涂在后端基板4与气室管6内壁接触的棱边上，后端沉头螺钉5起预先固定后端基板4的作用，不可用力锁紧，以避免结构中产生内应力。所述气室管6内部另一端装有前端基板10，所述前端基板10的轮廓尺寸与后端基板4大致相同，其上分别装有光电探测器11、光纤准直器15及垫块16，光电探测器11穿插在前端基板10一端的细长形通孔10a中，并点胶固定，垫块16底面点胶固定在细长形通孔10a旁边的矩形凹槽10b中，矩形凹槽10b起到给垫块16预先定位且便于点胶的作用，垫块16上带有半圆形槽16a，光纤准直器15安置在半圆形槽16a中，垫块16主要起抬高光纤准直器15的准心的作用，使得光纤准直器15的准心与光电探测器11圆心同一高度，在前端基板10上固定好光电探测器11、垫块16之后，将前端基板10放入气室管6中固定，前端基板10底部带有前端基板螺纹孔10c，其固定方式同后端基板4。所述光纤准直器15外连接激光器形成光源，借助特制的气室调光装置，调节所述光纤准直器15发出光的线路方向及光学镜片19的位置，使光线经所述光学镜片19反射后被所述光电探测器11最大限度接收，在调节好光路之后，点胶固定光纤准直器15及光学镜片19(该镜片底面贴紧后端基板的平面4a上)。
同时，所述气室管6的前后端口及其圆周侧壁外围分别装有气室前端盖13、气室后端盖1及防尘滤网18，所述气室前端盖13、气室后端盖1分别通过内螺纹与所述气室管6的气室前端外螺纹6b、气室后端外螺纹配合固定。所述防尘滤网18通过旋紧所述气室前端盖13、气室后端盖1来卡紧固定，所述气室后端盖1内装有后端盖滤网2及滤网挡圈3，所述滤网挡圈3的圆周侧壁加工有外螺纹，且滤网挡圈3端面设有两滤网挡圈盲孔3a，其安装方式同玻璃挡圈9，起到压紧固定后端盖滤网2的作用。所述气室前端盖13一端(第二连接管13-2)加工有沉头螺纹孔13c，用于将整个气室同所述激光气体检测仪的主机壳体装配，该螺纹末端留有退刀槽13b，用于放置硅胶圈14，该硅胶圈起到保证主机壳体密封性的作用，同时，气室前端盖13的中心加工有一螺纹通孔13d，光纤准直器15的尾纤及与光电探测器9相连的排线穿过此孔与主机壳体内部的主控电路板相连。
待气室光路调节完毕之后，在整个气室组装的最后阶段，气室前端盖13的螺纹通孔13d中会封堵防爆环氧树脂胶，所述防爆环氧树脂胶需借助注射器经由灌胶沉头螺纹通孔6g注入，灌注前应先竖直倒立整个气室，旋紧气室前端盖13，引出光纤准直器15的尾纤及与光电探测器9相连的排线，再用胶泥封住螺纹通孔13d的出口，最后开始灌胶。在胶水与光电探测器刚好接触时停止灌注，应避免胶水粘附在光纤准直器15的准心处或光电探测器11的圆心上(此要求可通过设置灌胶沉头螺纹通孔6g的位置来实现，若胶水过多则可自行从灌胶沉头螺纹通孔6g中流出)，灌胶完毕后再向灌胶沉头螺纹通孔6g中锁入密封沉头螺钉17，并点胶封死以确保密封性。螺纹通孔13d处的内螺纹并非用于装配，而是用于增大所述防爆环氧树脂胶与金属面接触的粘结牢靠程度，确保此处封堵的防爆环氧树脂胶在高低温环境下使用时不易脱落，从而进一步保证主机壳体的密封性，气室前端盖13的圆周侧壁上斜向加工有一个沉头螺纹孔13a，此处打入内六角机顶螺钉12，该内六角机顶螺钉旋入后会从气室前端盖12的端面露出部分，在将整个气室装配到所述气体检测仪的主机壳体上时，待连接管外螺纹13c完全拧入之后，打紧内六角机顶螺钉12，该螺钉会顶紧气室前端盖13与主机壳体接触的外表面，起到防止连接管外螺纹13c自然松脱或遭人为无意拧松的作用，再次确保主机壳体的密封性，有效消除了因主机壳体内部的主控电路板产生电火花而引发爆炸的安全隐患。
所述防尘滤网18及后端盖滤网2上均布有细小圆孔，防尘滤网18呈空心圆筒状，后端盖滤网2呈圆片状，此两个滤网在保证气体自由通过的同时滤去检测环境中较大固体颗粒物，且整个气室受任意方向水飞溅无有害影响，其防护等级可达到IP44级别，从而较好地避免所述气室中的光学器件遭到外界破坏，实现气体检测仪的长期正常运行，又因所述光电探测器11由所述气体检测仪主机部分的主控电路板供电，而所述主控电路板上设有安全栅，且所述气室通过传递光信号来检测气体，故所述气室在所述气体检测仪检测易燃易爆气体的过程中不会产生电火花，本质安全，由此再次提升了整套气体检测仪的防爆级别。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，包括气室管(6)，其特征在于，气室管(6)的前端连接有气室前端盖(13)，气室管(6)的前端内固定有前端基板(10)，前端基板(10)上设置有光纤准直器(15)和光电探测器(11)，气室管(6)的后端连接有气室后端盖(1)，气室管(6)的后端内固定有后端基板(4)，后端基板(4)上固定有光学镜片(19)，
气室前端盖(13)包括第一连接管(13-1)和第二连接管(13-2)，第一连接管(13-1)一端与气室管(6)前端连接，第一连接管(13-1)另一端与第二连接管(13-2)一端连接，第二连接管(13-2)另一端设置有连接管外螺纹(13c)，第一连接管(13-1)和第二连接管(13-2)内壁均设置有内螺纹，
第二连接管(13-2)上设置有退刀槽(13b)，退刀槽(13b)内嵌设有硅胶圈(14)。
2.根据权利要求1所述的一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，其特征在于，还包括管状防尘滤网(18)，气室前端盖(13)与气室管(6)前端通过螺纹连接，气室后端盖(1)与气室管(6)后端通过螺纹连接，防尘滤网(18)的一端卡入气室前端盖(13)与气室管(6)的螺纹连接处，防尘滤网(18)的另一端卡入气室后端盖(1)与气室管(6)的螺纹连接处，气室后端盖(1)与气室管(6)后端之间设置有后端盖滤网(2)。
3.根据权利要求1所述的一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，其特征在于，所述的光学镜片(19)与光纤准直器(15)相对的一面设置有金膜及亲水膜，所述的前端基板(10)设置有矩形凹槽(10b)和细长形通孔(10a)，矩形凹槽(10b)内固定有垫块(16)，垫块(16)上设置有半圆形槽(16a)，半圆形槽(16a)内固定光纤准直器(15)，光电探测器(11)插入固定在细长形通孔(10a)内。
4.根据权利要求1所述的一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，其特征在于，所述的第一连接管(13-1)的直径大于第二连接管(13-2)的直径，第一连接管(13-1)上设置有沉头螺纹孔(13a)，沉头螺纹孔(13a)贯通第一连接管(13-1)的侧面和第一连接管(13-1)的端面，内六角机顶螺丝(12)与沉头螺纹孔(13a)适配。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，其特征在于，所述的气室管(6)的前端内壁设置有环形的固定挡圈(6e)，气室管(6)的前端内壁还设置有玻璃挡圈安装内螺纹(6f)，玻璃挡圈(9)的外圈设置有与玻璃挡圈安装内螺纹(6f)适配的内螺纹，玻璃挡圈(9)旋入气室管(6)的前端内并将窗口玻璃板(8)压紧在固定挡圈(6e)上，固定挡圈(6e)与窗口玻璃板(8)之间以及窗口玻璃板(8)与玻璃挡圈(9)之间均设置有环形硅胶垫片(7)，前端基板(10)、光纤准直器(15)和光电探测器(11)均设置在窗口玻璃板(8)与气室管(6)的前端口之间，气室管(6)的前端侧壁设置有灌胶沉头螺纹通孔(6g)，窗口玻璃板(8)两端面均镀有亲水膜。
6.根据权利要求2所述的一种防爆防雾型激光气体检测仪气室，其特征在于，所述的气室后端盖(1)内设置有内螺纹，滤网挡圈(3)的外圈设置有与气室后端盖(1)内螺纹适配的外螺纹，滤网挡圈(3)旋入气室后端盖(1)内并将后端盖滤网(2)压紧在气室后端盖(1)的端部。
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