CN111707640A - 一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气体传感器技术领域，涉及一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，包括探头防爆外壳，该探头防爆外壳的一端连接有配套隔爆箱，另一端设置为封闭端且在该探头防爆外壳内装配有甲烷探测气室；探头防爆外壳的封闭端上开设有若干个与甲烷探测气室连通的气体扩散孔；探头防爆外壳内还填充有绝缘防爆材料。本发明整体操作、装配简单，结构强度高，特别适用于煤矿等冲击振动、跌落、潮湿等具有防爆要求场所配套使用。
Description
技术领域
本发明属于气体传感器技术领域，涉及一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头。
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。
国内外基于可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术甲烷气体传感一直是研究的热点。近几年随着矿用甲烷传感器推广量大，要求产品集成度高，功耗低，成本低是未来趋势，近年来，各种小型化的激光甲烷传感探头不断被研发和生产，并被使用到煤炭，智慧城市等有可能出现瓦斯突出或天然气泄露爆炸性环境的领域。这些小型化的激光甲烷传感探头在一定程度上有效地减少探头的体积，但是均采用多部件集成，是应用中探头未实现光电分离，大多产品设计由于设备非防爆、浸水、高温高湿高粉尘等造成探头损坏，维修成本高，制约了大面积批量应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，整体操作、装配简单，结构强度高，特别适用于煤矿等冲击振动、跌落、潮湿等具有防爆要求场所配套使用。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，包括探头防爆外壳，该探头防爆外壳的一端连接有配套隔爆箱，另一端设置为封闭端且在该探头防爆外壳内装配有甲烷探测气室；
探头防爆外壳的封闭端上开设有若干个与甲烷探测气室连通的气体扩散孔；探头防爆外壳内还填充有绝缘防爆材料。
可选的，甲烷探测气室包括用于连接激光器的光纤准直器，与该光纤准直器配合使用的第一反射面、第二反射面以及光电探测器；
甲烷探测气室还包括温度压力补偿芯片，该温度压力补偿芯片与光电探测器均连接有探头主板。
可选的，第一反射面与第二反射面为研磨抛光后镀金处理，镀金层厚度为 0.003～0.005mm，第一反射面与第二反射面的抛光镀金面90°互相垂直。
可选的，光纤准直器与第一反射面呈45°设置，其远离第一反射面的一端连接有用于连通激光器的激光器连接法兰。
可选的，光电探测器上还设有聚焦透镜。
可选的，探头主板上还设置有探头主板连接排线。
可选的，甲烷探测气室在靠近探头防爆外壳封闭端的一端装配有防爆过滤片，该防爆过滤片与甲烷探测气室过盈配合，其上还设有与气体扩散孔配合的若干通孔。
可选的，防爆过滤片采用90/10铜-锡或304不锈钢基烧结粉末冶金制成，厚度大于3mm，通孔的孔隙超过80目。
可选的，探头防爆外壳上设置有用于与配套隔爆箱连接用的防爆螺纹，该防爆螺纹长度大于8mm且至少具有8扣螺纹。
可选的，绝缘防爆材料为环氧树脂或甲醛树脂。
本发明的有益效果在于：
1、本发明一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，采用探头防爆外壳、防爆螺纹与环氧树脂浇封防爆，同时甲烷探测气室装配有防爆过滤片，保证防爆性能。
2、本发明一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，甲烷探测气室为不锈钢或铜材质，互相垂直镀金两个反射面，探头结构紧凑，甲烷探测气室光路二次反射三条光线长度叠加，实现探头体积相同光路长度最小化，光路部分操作装配简单，与传统光路相比金属层直接镀金，无粘接调整反光镜片等复杂步骤，结构强度高，特别适用于煤矿等冲击振动、跌落、潮湿等具有防爆要求场所配套使用。
3、本发明一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，光路通过自聚焦透镜耦合聚焦平行光进入光电探测器内芯片，光电探测器通过内置芯片将光强度信号转化为电信号输出，产品加工无需进行光路复杂调试，易进行批量制造。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明整体剖视图；
图2为本发明甲烷探测气室的结构示意图。
附图标记：防爆螺纹1、探头防爆外壳2、环氧树脂3、甲烷探测气室4、自聚焦透镜5、第二反射面6、防爆过滤片7、第一反射面8、探头主板9、光电探测器10、温度压力补偿芯片11、光纤准直器12、激光器连接法兰13、探头主板连接排线14、气体扩散孔15。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图2，为一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，包括探头防爆外壳 2，该探头防爆外壳2的一端连接有配套隔爆箱，探头防爆外壳2上设置有用于与配套隔爆箱连接用的防爆螺纹1，该防爆螺纹1长度大于8mm且至少具有8扣螺纹，另一端设置为封闭端且在该探头防爆外壳2内装配有甲烷探测气室4，甲烷探测气室4为圆柱结构，外圆为隔爆结合面与探头防爆外壳2的内圆配合，其配合间隙满足防爆控制要求；探头防爆外壳2的封闭端上开设有若干个与甲烷探测气室4连通的气体扩散孔15；探头防爆外壳2内用环氧树脂3浇封防爆，甲烷探测气室4在靠近探头防爆外壳2封闭端的一端装配有防爆过滤片7，该防爆过滤片7与甲烷探测气室4过盈配合，其上还设有与气体扩散孔15配合的若干通孔，防爆过滤片7采用90/10铜-锡或304不锈钢基烧结粉末冶金制成，厚度大于3mm，通孔的孔隙超过80目。甲烷探测气室4包括用于连接激光器的光纤准直器12，与该光纤准直器12配合使用的第一反射面8、第二反射面6以及光电探测器10；甲烷探测气室4为不锈钢或铜材质，第一反射面8与第二反射面6为研磨抛光后镀金处理，镀金层厚度为0.003～0.005mm，镀金层工序为“去油→电解→活化→遇水→预镀镍→光镍→镀金”(此工序为常规现有技术，故在本专利中不再赘述)；第一反射面8与第二反射面6的抛光镀金面90°互相垂直，与传统光路相比金属层直接镀金，无粘接调整反光镜片等复杂步骤，结构强度高，特别适用于煤矿等冲击振动、跌落、潮湿等具有防爆要求场所配套使用；光电探测器10上还设有聚焦透镜，该聚焦透镜为自聚焦透镜5，光路通过自聚焦透镜5耦合聚焦平行光进入光电探测器10内芯片，通过内置芯片将光强度信号转化为电信号输出，产品加工无需进行光路复杂调试，易进行批量制造；光纤准直器12与第一反射面8呈45°设置，其远离第一反射面8的一端连接有用于连通激光器的激光器连接法兰13；甲烷探测气室4还包括温度压力补偿芯片11，该温度压力补偿芯片11与光电探测器10均连接有探头主板9，该探头主板9上还设置有探头主板连接排线14；探头主板9处理光电探测器10、温度压力补偿芯片11等核心检测数据，并通过探头主板9前置放大信号、锁相放大并数据解调后输出甲烷浓度信号。
在本实施例中，光谱吸收甲烷探头为扩散式结构，待测气体通过扩散方式经气体扩散孔 15通过防爆过滤片7进入甲烷探测气室4；由激光器发出的光源经激光器连接法兰13连接光纤准直器12进入甲烷探测气室4，入射光经第一反射面8反射后进入第二反射面6，其中入射光与第一反射面8呈45°入射，反射光线与第二反射面6呈45°入射，经2次反射光出射后经聚焦透镜5进入光电探测器10，甲烷探测气室4光路光谱吸收池光程为45°入射、一次反射、二次反射三条光线长度叠加，实现探头体积相同光路长度最小化。
本发明一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，采用探头防爆外壳2、防爆螺纹1 与环氧树脂3浇封防爆，同时甲烷探测气室4装配有防爆过滤片7，保证防爆性能；光路通过自聚焦透镜5耦合聚焦平行光进入光电探测器10内芯片，光电探测器10通过内置芯片将光强度信号转化为电信号输出，产品加工无需进行光路复杂调试，易进行批量制造。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：包括探头防爆外壳，该探头防爆外壳的一端连接有配套隔爆箱，另一端设置为封闭端且在该探头防爆外壳内装配有甲烷探测气室；
所述探头防爆外壳的封闭端上开设有若干个与甲烷探测气室连通的气体扩散孔；所述探头防爆外壳内还填充有绝缘防爆材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：所述甲烷探测气室包括用于连接激光器的光纤准直器，与该光纤准直器配合使用的第一反射面、第二反射面以及光电探测器；
所述甲烷探测气室还包括温度压力补偿芯片，该温度压力补偿芯片与光电探测器均连接有探头主板。
3.根据权利要求2所述的一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：第一反射面与第二反射面为研磨抛光后镀金处理，镀金层厚度为0.003～0.005mm，第一反射面与第二反射面的抛光镀金面90°互相垂直。
4.根据权利要求2所述的一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：所述光纤准直器与第一反射面呈45°设置，其远离第一反射面的一端连接有用于连通激光器的激光器连接法兰。
5.根据权利要求2所述的一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：所述光电探测器上还设有聚焦透镜。
6.根据权利要求2所述的一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：所述探头主板上还设置有探头主板连接排线。
7.根据权利要求1～6任一所述的一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：所述甲烷探测气室在靠近探头防爆外壳封闭端的一端装配有防爆过滤片，该防爆过滤片与甲烷探测气室过盈配合，其上还设有与气体扩散孔配合的若干通孔。
8.根据权利要求7所述的一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：防爆过滤片采用90/10铜-锡或304不锈钢基烧结粉末冶金制成，厚度大于3mm，通孔的孔隙超过80目。
9.根据权利要求1所述的一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：所述探头防爆外壳上设置有用于与配套隔爆箱连接用的防爆螺纹，该防爆螺纹长度大于8mm且至少具有8扣螺纹。
10.根据权利要求1所述的一种具有防爆性能的扩散式光谱吸收甲烷探头，其特征在于：所述绝缘防爆材料为环氧树脂或甲醛树脂。
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