CN110554001A - 激光甲烷遥测装置的光学系统结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光甲烷遥测装置的光学系统结构，涉及激光甲烷遥测技术领域，包括镜筒、聚焦透镜、光电探测器；镜筒包括筒体、准直透镜、螺旋测微器、激光器；筒体的一端开设有安装空腔；准直透镜安装在安装空腔的前段；螺旋测微器安装在筒体的另一端；激光器设在安装空腔的后段并与准直透镜同轴设置，激光器的输出端朝向准直透镜并位于准直透镜的焦点上，激光器的另一端与螺旋测微器固定连接；聚焦透镜的中心设有镜筒安装孔，镜筒安装在镜筒安装孔中；光电探测器设在聚焦透镜的焦点上。本发明的优点在于：整个光学系统的结构更加紧凑，便于携带和操作。

Description

激光甲烷遥测装置的光学系统结构
技术领域
本发明涉及激光甲烷遥测技术领域，尤其涉及一种激光甲烷遥测装置的光学系统结构。
背景技术
传统的可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)测试甲烷浓度多采用气体吸收池的方法，而遥测技术使得TDLAS技术真正实现了从实验室走向现场测量。遥测技术不仅能够实现实时监测，而且给一些危险气体的测量提供了安全的操作环境。TDLAS技术虽然能够实现痕量气体浓度的高精度检测，但是需要使用多种昂贵的仪器设备且对操作要求较高。因此，将一些零部件整合到一起以实现整个系统结构的紧凑显得尤为重要。授权公告号为CN104819962B的专利公开了一种手持式甲烷遥测仪，包括壳体、控制装置、激光器、测量装置，控制装置、激光器设在壳体内部一侧，测量装置设在壳体内部另一侧，测量装置包括透镜、反射镜、光纤准直镜。现有激光甲烷遥测装置的光学系统中，激光器、准直透镜、聚焦透镜分立放置，空间分布较散乱，结构不够紧凑。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构更加紧凑的激光甲烷遥测装置的光学系统结构。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：激光甲烷遥测装置的光学系统结构，包括镜筒(1)、聚焦透镜(2)、光电探测器(3)；所述镜筒(1)包括筒体(11)、准直透镜(12)、螺旋测微器(13)、激光器(14)；所述筒体(11)的前端开设有安装空腔；所述准直透镜(12)安装在所述安装空腔的前段；所述螺旋测微器(13)安装在所述筒体(11)的后端，所述螺旋测微器(13)的螺杆伸入所述安装空腔中并与所述准直透镜(12)同轴设置，所述螺旋测微器(13)的旋钮位于所述筒体(11)的外部；所述激光器(14)设在所述安装空腔的后段并与所述准直透镜(12)同轴设置，所述激光器(14)的输出端朝向所述准直透镜(12)并位于所述准直透镜(12)的焦点上，所述激光器(14)的另一端与所述螺旋测微器(13)的螺杆固定连接；所述聚焦透镜(2)的中心设有镜筒安装孔，所述镜筒(1)安装在所述镜筒安装孔中；所述光电探测器(3)设在所述聚焦透镜(2)的焦点上。该光学系统结构将激光器与准直透镜级联在同一镜筒中，并且可以通过螺旋测微器对激光器与准直透镜之间的距离进行微调，确保激光器的输出端准确位于准直透镜的焦点上，将原本分立放置的激光器、准直透镜、聚焦透镜整合在一起，克服了现有激光甲烷遥测装置的光学系统中元器件空间分布较散乱的问题，使整个光学系统的结构更加紧凑，便于携带和操作。
作为优化的技术方案，所述筒体(11)为圆柱体，所述安装空腔为圆柱体并与所述筒体(11)同轴设置，所述准直透镜(12)与所述安装空腔同轴设置；所述镜筒安装孔为圆柱体并与所述聚焦透镜(2)同轴设置，所述镜筒安装孔的内径尺寸与所述筒体(11)的外径尺寸相同，所述筒体(11)与所述镜筒安装孔同轴设置。
作为优化的技术方案，所述准直透镜(12)采用非球面透镜。
作为优化的技术方案，所述激光器(14)采用可调谐分布反馈式激光器。
作为优化的技术方案，所述聚焦透镜(2)采用菲涅尔透镜。
作为优化的技术方案，所述光电探测器(3)的可测波长范围为900～1700nm。
作为优化的技术方案，所述指示器(5)采用红色激光指示器。
作为优化的技术方案，该光学系统结构还包括光束集中器(4)，所述光束集中器(4)安装在所述光电探测器(3)的接收端。光束集中器用于更高效地将经漫反射回来并穿过聚焦透镜的光束聚焦到聚焦透镜的焦点上，利于光电探测器进行光信号的采集。
作为优化的技术方案，该光学系统结构还包括PCB板(6)、引脚(7)，所述激光器(14)和所述光电探测器(3)分别通过引脚(7)连接PCB板(6)。PCB板上嵌有数据采集模块、激光器的驱动模块、光电探测器的放大模块以及其它的控制电路，用于各种元器件的电路控制。
作为优化的技术方案，该光学系统结构还包括指示器(5)，所述指示器(5)设在所述聚焦透镜(2)的下方，所述指示器(5)通过所述引脚(7)连接所述PCB板(6)。指示器用于指示系统的工作情况，系统正常工作时指示器亮，系统不工作或者出现其他异常时指示器不亮；指示器设在聚焦透镜的下方可以更好地利用空间并且不影响光学系统的正常工作。
本发明的优点在于：该光学系统结构将激光器与准直透镜级联在同一镜筒中，并且可以通过螺旋测微器对激光器与准直透镜之间的距离进行微调，确保激光器的输出端准确位于准直透镜的焦点上，将原本分立放置的激光器、准直透镜、聚焦透镜整合在一起，克服了现有激光甲烷遥测装置的光学系统中元器件空间分布较散乱的问题，使整个光学系统的结构更加紧凑，便于携带和操作。
附图说明
图1是本发明实施例激光甲烷遥测装置的光学系统结构的结构示意图。
图2是本发明实施例镜筒的剖面示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，激光甲烷遥测装置的光学系统结构，包括镜筒1、聚焦透镜2、光电探测器3、光束集中器4、指示器5、PCB板6、引脚7。
镜筒1包括筒体11、准直透镜12、螺旋测微器13、激光器14；筒体11为圆柱体，筒体11的前端开设有安装空腔，所述安装空腔为圆柱体并与筒体11同轴设置；准直透镜12安装在所述安装空腔的前段并与所述安装空腔同轴设置，准直透镜12采用非球面透镜；螺旋测微器13安装在筒体11的后端，螺旋测微器13的螺杆伸入所述安装空腔中并与准直透镜12同轴设置，螺旋测微器13的旋钮位于筒体11的外部；激光器14设在所述安装空腔的后段并与准直透镜12同轴设置，激光器14的输出端朝向准直透镜12并位于准直透镜12的焦点上，激光器14的另一端与螺旋测微器13的螺杆固定连接；激光器14采用可调谐分布反馈式激光器(DFB)，其中心波长在1653.7nm附近，这种激光器可以通过改变温度和电流来改变中心波长的位置，其输出线型宽度约为10MHZ，功率为10mW。
聚焦透镜2的中心设有镜筒安装孔，所述镜筒安装孔为圆柱体并与聚焦透镜2同轴设置，所述镜筒安装孔的内径尺寸与筒体11的外径尺寸相同，镜筒1安装在所述镜筒安装孔中，筒体11与所述镜筒安装孔同轴设置。聚焦透镜2采用菲涅尔透镜，其直径约为28mm，厚度为2mm。激光器14的输出光束经准直透镜12准直后穿过一段开放性光程，被目标气体吸收，再经漫反射后再次穿过开放性光程，然后穿过聚焦透镜2被收集。
光电探测器3设在聚焦透镜2的焦点上，由于经目标气体吸收，再经过漫反射返回的光信号较微弱，所以光电探测器3必须位于聚焦透镜2的焦点上。光电探测器3的可测波长范围为900～1700nm，有效探测面直径为1000μm。光电探测器3用于将照射到其表面的激光光辐射转变为电流信号或者电压信号进行测量。
光束集中器4安装在光电探测器3的接收端，光束集中器4用于更高效地将经漫反射回来并穿过聚焦透镜2的光束聚焦到聚焦透镜2的焦点上，利于光电探测器3进行光信号的采集。
指示器5设在聚焦透镜2的下方，指示器5采用红色激光指示器。指示器5用于指示系统的工作情况，系统正常工作时指示器5亮，系统不工作或者出现其他异常时指示器5不亮。
PCB板6设在整个光学系统结构的最底端，PCB板6上嵌有数据采集模块、激光器14的驱动模块、光电探测器3的放大模块以及其它的控制电路，PCB板6用于各种元器件的电路控制，PCB(Printed Circuit Board)即印制电路板，是电子元器件电气连接的载体。
激光器14、光电探测器3、指示器5分别通过引脚7连接PCB板6，指示器5和各引脚7均焊接在PCB板6上。
该激光甲烷遥测装置的光学系统结构的制作方法为：首先选择一款聚光效果好的菲涅尔透镜作为聚焦透镜2；再选择一款准直效果好的非球面透镜作为准直透镜12，准直透镜12的尺寸参照激光器14的尺寸而定，不宜过大；然后将准直透镜12与激光器14分别安装到筒体11中，将激光器14与螺旋测微器13的螺杆固定安装，激光器14的输出端初始位置设在准直透镜12的焦点附近，通过旋转螺旋测微器13的旋钮可以细微调整激光器14与准直透镜12之间的距离，确保激光器14的输出端准确位于准直透镜12的焦点上；然后在聚焦透镜2的中心开一个与聚焦透镜2同轴并且内径尺寸与筒体11的外径尺寸相同的镜筒安装孔，将镜筒1嵌入所述镜筒安装孔中；然后调整光电探测器3的位置，使光电探测器3位于聚焦透镜2的焦点上；最后将指示器5以及各引脚7焊接到PCB板6上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)

1.一种激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：包括镜筒(1)、聚焦透镜(2)、光电探测器(3)；所述镜筒(1)包括筒体(11)、准直透镜(12)、螺旋测微器(13)、激光器(14)；所述筒体(11)的前端开设有安装空腔；所述准直透镜(12)安装在所述安装空腔的前段；所述螺旋测微器(13)安装在所述筒体(11)的后端，所述螺旋测微器(13)的螺杆伸入所述安装空腔中并与所述准直透镜(12)同轴设置，所述螺旋测微器(13)的旋钮位于所述筒体(11)的外部；所述激光器(14)设在所述安装空腔的后段并与所述准直透镜(12)同轴设置，所述激光器(14)的输出端朝向所述准直透镜(12)并位于所述准直透镜(12)的焦点上，所述激光器(14)的另一端与所述螺旋测微器(13)的螺杆固定连接；所述聚焦透镜(2)的中心设有镜筒安装孔，所述镜筒(1)安装在所述镜筒安装孔中；所述光电探测器(3)设在所述聚焦透镜(2)的焦点上。
2.如权利要求1所述的激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：所述筒体(11)为圆柱体，所述安装空腔为圆柱体并与所述筒体(11)同轴设置，所述准直透镜(12)与所述安装空腔同轴设置；所述镜筒安装孔为圆柱体并与所述聚焦透镜(2)同轴设置，所述镜筒安装孔的内径尺寸与所述筒体(11)的外径尺寸相同，所述筒体(11)与所述镜筒安装孔同轴设置。
3.如权利要求1所述的激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：所述准直透镜(12)采用非球面透镜。
4.如权利要求1所述的激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：所述激光器(14)采用可调谐分布反馈式激光器。
5.如权利要求1所述的激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：所述聚焦透镜(2)采用菲涅尔透镜。
6.如权利要求1所述的激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：所述光电探测器(3)的可测波长范围为900～1700nm。
7.如权利要求1所述的激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：所述指示器(5)采用红色激光指示器。
8.如权利要求1-7任一项所述的激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：该光学系统结构还包括光束集中器(4)，所述光束集中器(4)安装在所述光电探测器(3)的接收端。
9.如权利要求1-7任一项所述的激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：该光学系统结构还包括PCB板(6)、引脚(7)，所述激光器(14)和所述光电探测器(3)分别通过引脚(7)连接PCB板(6)。
10.如权利要求9所述的激光甲烷遥测装置的光学系统结构，其特征在于：该光学系统结构还包括指示器(5)，所述指示器(5)设在所述聚焦透镜(2)的下方，所述指示器(5)通过所述引脚(7)连接所述PCB板(6)。
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