CN105651697B - 激光气体分析仪及其卡环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光气体分析仪的卡环，包括设置于发射管外的发射管卡环和设置于清洁管外的清洁管卡环；所述发射管卡环和所述清洁管卡环为一体式卡环，且所述一体式卡环内壁上设置有用于放置保护透镜的环状的台阶面，所述台阶面为倾斜面。应用本发明提供的激光气体分析仪的卡环时，台阶面与倾斜的透镜，两个斜面的组合可以使发射出来的光经过透镜组合再经过保护透镜的时候，透镜组合和保护透镜相互反射，反射光不会再返回到透镜组合上面，进而不会造成干扰信号。外界信号干扰的减少，实现了更加精确的测量，以获得误差较小的数据。本发明还公开了一种包括上述卡环的激光气体分析仪。

Description

激光气体分析仪及其卡环

技术领域

本发明涉及气体分析技术领域，更具体地说，涉及一种激光气体分析仪的卡环，还涉及一种包括上述卡环的激光气体分析仪。

背景技术

激光气体分析仪器是一台精密的仪器，包含了大量先进的激光和电子学技术。它采用了单线光谱技术、激光频率扫描技术、二次谐波检测技术、谱线展宽自修正技术等关键技术，能可靠的实现连续、在线测量气体浓度。在钢铁冶金，石油化工等行业中得到了广泛的应用。其基本测量方式是：从烟道一侧发射单元上发出的激光，经过被测气体被接收单元接收器接收。因此，通过检测激光光强的衰减即可计算出被测量气体的浓度。实际应用中通过调节半导体激光器激光的波长，使波长扫过被测气体选定的吸收谱线，于是接收器探测到的光强就随着激光波长的变化而变化。

为增加测量敏感性，采用波长调制技术：当扫描被测气体吸收谱线时，在半导体激光器的驱动信号上叠加一个较小的交流调制信号，并在信号检测时采用二次谐波信号来测量吸收气体的浓度。正因为利用了单线吸收光谱技术，其他背景气体的吸收就不存在，所以没有来自其他背景气体对测量结果的干扰。但是当外界环境发生变化，比如温度、压力的变化，会导致被测气体分子吸收谱线的展宽和高度发生变化，即使所有其他气体参数保持不变，测量结果也会发生较大误差。半导体激光气体分析仪器采用了谱线展宽自修正技术，通过对二次谐波信号的分析和计算，能够自动修正温度和压力变化对气体浓度测量的影响，从而保证了测量数据的精确性。

激光气体分析仪器在发射单元和接受单元都用到发射管卡环和清洁管卡环。请参阅图1，图1为现有技术中常见的卡环的结构示意图。卡环是保证整体密封性的关键点，而保护透镜的反射也是对仪器整体信号干扰的一部分。现有的清洁管卡环01和发射管卡环02是通过两个平面组合在一起的，然而发射出来的激光经过透镜组合再经过保护透镜03会产生相互反射，实验表明保护透镜03反射到透镜组合镜面上会产生信号的干扰，通过示波器看得到有很多多余的二次谐波造成干扰的信号。

综上所述，如何有效地解决激光气体分析仪清洁管卡环和发射管卡环造成激光经过透镜组合再经过保护透镜会产生相互反射，造成信号的干扰等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种激光气体分析仪的卡环，该激光气体分析仪的卡环的结构设计可以有效地解决激光经过透镜组合再经过保护透镜会产生相互反射，造成信号的干扰问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述卡环的激光气体分析仪。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光气体分析仪的卡环，包括设置于发射管外的发射管卡环和设置于清洁管外的清洁管卡环；所述发射管卡环和所述清洁管卡环为一体式卡环，且所述一体式卡环内壁上设置有用于放置保护透镜的环状的台阶面，所述台阶面为倾斜面。

优选地，上述激光气体分析仪的卡环中，所述台阶面与水平面的夹角范围为2.95度-3.05度。

优选地，上述激光气体分析仪的卡环中，所述台阶面与水平面的夹角为3度。

优选地，上述激光气体分析仪的卡环中，所述台阶面上设置有用于与所述保护透镜粘结的粘结层。

优选地，上述激光气体分析仪的卡环中，所述台阶面上开设有环状凹槽，所述环状凹槽内设置有密封圈。

优选地，上述激光气体分析仪的卡环中，所述台阶面距离位于所述保护透镜上方的部件的最小距离等于所述保护透镜的高度。

本发明提供的激光气体分析仪的卡环包括发射管卡环和清洁管卡环。其中，发射管卡环设置于发射管外，清洁管卡环设置于清洁管外，发射管卡环与清洁管卡环设置为一体式结构，也就是二者组合为一体式卡环。一体式卡环的内壁上设置有用于放置保护透镜的台阶面，也就是内壁包括呈阶梯形的部分，台阶面呈环状，且为倾斜面，也就是用于放置保护透镜的表面为倾斜面，进而保护透镜放置于台阶面上也呈倾斜状态。

应用本发明提供的激光气体分析仪的卡环时，其具体可以设置于发射单元或接受单元，由于发射管卡环和清洁管卡环是一体结构，且用于放置保护透镜的台阶面为倾斜面，因而台阶面与倾斜的透镜两个斜面的组合可以使发射出来的光经过透镜组合再经过保护透镜的时候，透镜组合和保护透镜相互反射，反射光不会再返回到透镜组合上面，进而不会造成干扰信号。外界信号干扰的减少，实现了更加精确的测量，以获得误差较小的数据。

同时，本发明提供的激光气体分析仪的卡环为一体结构，结构简单便于安装。

在一种优选的实施方式中，台阶面上设置有粘结层，进而保护透镜能够与台阶面粘结。由于一体式结构直接避免了发射管卡环与清洁管卡环连接面处的密封性问题，因而可以用石英玻璃(保护透镜)和卡环进行相互粘贴，即可保证整体结构的密封性。因此，上述卡环使整体结构的密封性能变得简单，且能够达到理想的密封效果。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种激光气体分析仪，该激光气体分析仪包括上述任一种激光气体分析仪的卡环。由于上述的激光气体分析仪的卡环具有上述技术效果，具有该卡环的激光气体分析仪也应具有相应的技术效果。

优选地，上述激光气体分析仪中，所述保护透镜与所述卡环的台阶面粘结。

优选地，上述激光气体分析仪中，发射接收管上涂有消光漆。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中常见的卡环的结构示意图；

图2为本发明提供的激光气体分析仪的卡环的结构示意图。

附图中标记如下：

一体式卡环1，保护透镜2。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种激光气体分析仪的卡环，以避免激光经过透镜组合再经过保护透镜产生相互反射，造成信号的干扰，同时简化安装程序。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，图2为本发明提供的激光气体分析仪的卡环的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明提供的激光气体分析仪的卡环包括发射管卡环和清洁管卡环。

其中，发射管卡环设置于发射管外，清洁管卡环设置于清洁管外。二者具体的位置及厚度等请参考现有技术，此处不再赘述。发射管卡环与清洁管卡环设置为一体式结构，也就是二者为一体式卡环1。需要说明的是，此处的一体式结构指经一体成型的结构，进而发射管卡环与清洁管卡环之间不存在连接面，也就不会在二者连接处造成泄露，无需额外设置密封结构。相较于现有技术中需在连接面处设置凹槽放置保护透镜2而言，由于采用一体式结构，需保证保护透镜2能够放置于卡环内，故设置台阶面，即卡环的内壁包括呈阶梯形的部分，台阶面呈环状，且为倾斜面，也就是用于放置保护透镜2的表面为倾斜面，进而保护透镜2放置于台阶面上也呈倾斜状态。具体根据保护透镜2上方部件的结构可在卡环上分别设置多个台阶面，其与用于放置保护透镜2的台阶面可以组合成内径依次减小的多级台阶。需要指出的是，上述及下文提到的倾斜指台阶面与水平面设置有大于零度的夹角，其具体倾斜角度的大小需根据保护透镜2的折射率及厚度、以及透镜组合的折射率和厚度等因素进行具体设置，以使倾斜后的保护透镜2的反射光不会返回再经过透镜组合产生干扰信号。

应用本发明提供的激光气体分析仪的卡环时，其具体可以设置于发射单元或接受单元，由于发射管卡环和清洁管卡环是一体结构，且用于放置保护透镜2的台阶面为倾斜面，因而台阶面与倾斜的透镜两个斜面的组合可以使发射出来的光经过透镜组合再经过保护透镜2的时候，透镜组合和保护透镜2相互反射，反射光不会再返回至透镜组合上面，进而不会造成干扰信号。外界信号干扰的减少，实现了更加精确的测量，以获得误差较小的数据。

具体的，根据常规的透镜组合的折射率及厚度等可以设置台阶面与水平面的夹角范围为2.95度-3.05度。当然，对于某一卡环而言，其台阶面的倾斜角度应为一确定的值，且该值在上述数值范围内。将倾斜角度设置为上述数值范围内，具体的可以设置台阶面与水平面的夹角为3度，在该倾斜状态下，发射出的激光经透镜组合再经过保护透镜2时，反射光的方向改变，不会再反射至透镜组合上，而是反射至发射接收管上，而发射接收管上可以涂设消光漆，进而避免了信号干扰。当然，根据透镜的具体情况可以适当调整台阶面的倾斜角度，使其对激光反射后不会返回至透镜组合即可。

在上述各实施例的基础上，台阶面上可以设置用于与保护透镜2粘结的粘结层。也就是使用时，将保护透镜2粘结于台阶面上即可。由于一体式结构直接避免了发射管卡环与清洁管卡环连接面处的密封性问题，因而可以用石英玻璃(保护透镜2)和卡环进行相互粘贴，即可保证整体结构的密封性。因此，上述卡环使整体结构的密封性能变得简单，且能够达到理想的密封效果。且采用上述卡环，在安装时，仅需直接将保护透镜2粘贴于台阶面上即可，安装简单，由原有技术中需两个步骤减少为仅需黏贴一个步骤即可。

进一步地，为了更有效的保证密封性，可以在台阶面上开设环状凹槽，在环状凹槽内设置密封圈。环状凹槽也即为了便于放置密封圈，在环形的台阶面上开设一圈凹槽。通过密封圈结合保护透镜2与台阶面的粘结共同进行密封，密封效果更为可靠。当然，设置密封圈使得使用时卡环的安装过程较为复杂，一般的通过设置粘结层将保护透镜2与台阶面粘结即可保证仪器整体密封性，其结构较为简单。

更进一步地，可以设置台阶面距离位于保护透镜2上方的部件的最小距离等于保护透镜2的厚度。也就是用于放置保护透镜2的倾斜表面其到位于保护透镜2上方的部件的距离应是由小至大的，将最小距离设置为等于保护透镜2的高度，则保护透镜2设置于台阶面上述，其一端的顶端是与位于其上部的部件相齐的，进而有效利用了空间，避免了倾斜设置后造成空间占用过大的问题，且相齐设置便于装配。需要指出的是，此处保护透镜2的高度并非指保护透镜2的实际厚度，而是指其放置与台阶面上后由于是倾斜的而实际占据的高度，对于厚度均匀的保护透镜2一般大于其厚度。

基于上述实施例中提供的激光气体分析仪的卡环，本发明还提供了一种激光气体分析仪，该激光气体分析仪包括透镜组合、保护透镜2和卡环，透镜组合、保护透镜2的结构请参考现有技术，此处不再赘述，卡环为上述实施例中任意一种卡环。由于该激光气体分析仪采用了上述实施例中的卡环，所以该激光气体分析的有益效果请参考上述实施例。

具体的，保护透镜2可以与卡环的台阶面粘结，进而有效保证密封性的同时简化结构及安装过程。

为了避免反射光线产生干扰信号，可以在激光气体分析仪的发射接收管上设置消光漆，进而将反射至发射接收管上的光线吸收。当然，也可以设置保护透镜2的倾斜角度，保证其反射的光线不返回至透镜组合即可显著降低干扰信号，提高测试精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种激光气体分析仪的卡环，包括设置于发射管外的发射管卡环和设置于清洁管外的清洁管卡环；其特征在于，所述发射管卡环和所述清洁管卡环为一体式卡环，且所述一体式卡环内壁上设置有用于放置保护透镜的环状的台阶面，所述台阶面为倾斜面。

2.根据权利要求1所述的激光气体分析仪的卡环，其特征在于，所述台阶面与水平面的夹角范围为2.95度-3.05度。

3.根据权利要求2所述的激光气体分析仪的卡环，其特征在于，所述台阶面与水平面的夹角为3度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的激光气体分析仪的卡环，其特征在于，所述台阶面上设置有用于与所述保护透镜粘结的粘结层。

5.根据权利要求4所述的激光气体分析仪的卡环，其特征在于，所述台阶面上开设有环状凹槽，所述环状凹槽内设置有密封圈。

6.根据权利要求1所述的激光气体分析仪的卡环，其特征在于，所述台阶面距离位于所述保护透镜上方的部件的最小距离等于所述保护透镜的高度。

7.一种激光气体分析仪，包括透镜组合、保护透镜和卡环，其特征在于，所述卡环为如权利要求1-6任一项所述的卡环。

8.根据权利要求7所述的激光气体分析仪，其特征在于，所述保护透镜与所述卡环的台阶面粘结。

9.根据权利要求7所述的激光气体分析仪，其特征在于，发射接收管上涂有消光漆。