CN111855611A - 一种光程可调气体吸收池及气体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光程可调气体吸收池及气体检测装置，光程可调气体吸收池包括气室、导向机构、安装块、反射镜组及驱动机构，导向机构包括固定块及导杆；安装块套设于导杆上；反射镜组固定于安装块上；驱动机构与安装块连接。本发明提出的技术方案的有益效果是：通过在气室的侧壁上布置多个光输入口，并通过驱动机构使反射镜组依次到达与各个光输入口对应的位置，若在各个光输入口内输入不同波长的激光光束，各个波长分别对应一种待检测气体的吸收波长，可同时检测多种待测气体的浓度，若在各个光输入口内输入相同波长的激光光束，则可通过调节反射镜组的位置改变射出的激光光束的光程，以测试出某一气体达到一定测试精度的最小光程。

Description

一种光程可调气体吸收池及气体检测装置

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其是涉及一种光程可调气体吸收池及气体检测装置。

背景技术

基于TDLAS技术的气体检测装置结合了光电子学，光谱学，以及微弱信号处理等高新技术。该设备与传统的气体传感器装置(电化学法，气象色谱法，吸附法等)相比具有更高的灵敏度，更精确的测量数据，更快的响应速度，以及在线实时测量等特点。通过可更换的气室选择，完成不同环境下的测试任务。并且可以根据客户的要求进行定制气体(H2O，NO，CH4，FH等)的检测。

目前大多数基于TDLAS技术的气体检测装置仅仅能检测某一特定气体的浓度，而无法对多种气体同时进行检测，局限性较大；此外，对于气室内的某一特定的气体，从理论上讲，穿过其内的激光光束的光程越大，气体检测精确度越高，但是长光程气室费用高昂，因此有必要测试出待测气体达到一定测试精度的最小光程(为方便描述，将其称为最优光程)，然而，目前大多数基于TDLAS技术的气体检测装置的气室内激光光束的光程不可调节，从而不能根据具体情况将激光光束的光程调节到最优光程。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可同时对多种气体进行检测，且光程可调节、从而便于将气室内激光光束的光程调节到最优光程的气体检测装置。

第一方面，本发明提供了一种光程可调气体吸收池，包括：气室、导向机构、安装块、反射镜组及驱动机构，

所述气室具有一长形吸收腔，所述气室的侧壁上沿所述气室的长度方向开设有若干个与所述吸收腔连通的光输入口，所述气室的顶壁或底壁上开设有与所述吸收腔连通的光接收口，所述气室上还开设有与所述吸收腔连通的进气口和出气口；

所述导向机构包括固定块及导杆，所述固定块位于所述吸收腔内且固定于所述气室的内壁上，所述导杆位于所述吸收腔内且固定于所述固定块上，所述导杆沿所述气室的长度方向延伸；

所述安装块上开设有与所述导杆相配合的槽孔，所述安装块套设于所述导杆上且可沿着所述导杆滑动；

所述反射镜组固定于所述安装块上且用于将从所述光输入口射入的激光光束进行至少一次反射，以使所述激光光束从所述光接收口射出；

所述驱动机构与所述安装块连接且用于使所述安装块移动。

第二方面，本发明还提供了一种气体检测装置包括本发明提供的光程可调气体吸收池、若干个输入装置以及一接收装置，

所述输入装置的个数与所述光程可调气体吸收池的光输入口的个数相同且一一对应，各个所述输入装置均安装于对应的所述光输入口处，各个所述输入装置均用于向对应的所述光输入口内射入激光光束；

所述接收装置安装于所述光程可调气体吸收池的光接收口处，所述接收装置用于接收从所述光接收口内射出的激光射线并对接收到的激光射线进行检测。

与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：通过在气室的侧壁上布置多个光输入口，并通过驱动机构使反射镜组依次到达与各个光输入口对应的位置，若在各个光输入口内输入不同波长的激光光束，各个波长分别对应一种待检测气体的吸收波长，可同时检测多种待测气体的浓度，若在各个光输入口内输入相同波长的激光光束，则可通过调节反射镜组的位置改变射出的激光光束的光程，从而可测试出某一特定气体达到一定测试精度的最小光程。

附图说明

图1是本发明提供的光程可调气体吸收池(省略前盖)的一实施例的；

图2是图1中的光程可调气体吸收池的主视图；

图3是图1中的光程可调气体吸收池的左视图；

图4是图3中剖面A-A的剖视图；

图5是图3中剖面B-B的剖视图；

图中：1-光程可调气体吸收池、11-气室、111-光输入口、112-光接收口、113-第一光学准直器、114-第二光学准直器、115-固定孔、116-密封槽、12-导向机构、121-固定块、122-导杆、13-安装块、14-反射镜组、15-驱动机构、151-丝杆、152-步进电机。

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。

请参照图1，本发明提供了一种光程可调气体吸收池1，包括气室11、导向机构12、安装块13、反射镜组14及驱动机构15。

请参照图1和图2，所述气室11具有一长形吸收腔，所述气室11的侧壁上沿所述气室11的长度方向开设有若干个与所述吸收腔连通的光输入口111，所述气室11的顶壁或底壁上开设有与所述吸收腔连通的光接收口112，所述气室11上还开设有与所述吸收腔连通的进气口和出气口(未示出)。本实施例中，光接收口112开设于气室11的底壁上。

请参照图2-图5，所述导向机构12包括固定块121及导杆122，所述固定块121位于所述吸收腔内且固定于所述气室11的内壁上，所述导杆122位于所述吸收腔内且固定于所述固定块121上，所述导杆122沿所述气室11的长度方向延伸。本实施例中，导杆122的个数为两个，两个导杆122相互平行，固定块121的个数也为两个，两个导杆122的两端分别固定于两个固定块121上。

请参照图2-图5，所述安装块13上开设有与所述导杆122相配合的槽孔，所述安装块13套设于所述导杆122上且可沿着所述导杆122滑动。本实施例中，槽孔的个数为两个，两个导杆122分别穿过两个槽孔从而使安装块13可沿着导杆122滑动。

请参照图1、图2及图4，所述反射镜组14固定于所述安装块13上且用于将从所述光输入口111射入的激光光束进行至少一次反射，以使所述激光光束从所述光接收口112射出。本实施例中，反射镜组14为单块反射镜，该反射镜的镜面与各个光输入口111的轴心的夹角为45°，从而可将侧向射入的激光光束向下反射。在其他实施例中，反射镜组14可包括多块反射镜，从而增加激光光束的光程，需要指出的是，仅仅通过改变反射镜组14中反射镜的个数和排列方式而获得的其他实施例均落入本发明的保护范围。

请参照图1和图2，所述驱动机构15与所述安装块13连接且用于使所述安装块13移动。

具体地，请参照图1和图2，所述安装块13上开设有螺孔；所述驱动机构15包括丝杆151及步进电机152，所述丝杆151螺纹连接于所述螺孔上，所述丝杆151与所述导杆122平行，所述丝杆151还与所述安装块13转动连接，所述步进电机152与所述丝杆151连接且用于驱动所述丝杆151转动。在使用时，步进电机152驱动丝杆151转动，由于安装块13受到导杆122的限位无法转动，从而丝杆151的转动转化为了安装块13的平移移动，安装块13沿着丝杆151移动，从而带动反射镜组14移动。

具体地，请参照图1和图2和图4，所述光输入口111的个数为三个，在其他实施例中，光输入口111的个数也可以多于三个，本发明对此不作限定，各个所述光输入口111均匀布置于所述气室11的侧壁上。各个所述光输入口111位于一条直线上，各个所述光输入口111及光接收口112处于一个平面上，且该平面与导杆122平行。

优选地，请参照图1和图2和图4，各个所述光输入口111内均嵌设有第一光学准直器113，各个所述第一光学准直器113均与对应的所述光输入口111同轴设置。第一光学准直器113的作用是将输入光纤(未示出)内的激光光束转变成准直光(平行光)，再射入气室11内。

优选地，请参照图1和图2和图4，所述光接收口112内嵌设有第二光学准直器114，所述第二光学准直器114与所述光接收口112同轴设置。第二光学准直器114的作用是将从气室11内射出的平行(或近似平行)激光光束耦合至输出光纤(未示出)内，再通过输出光纤将激光光束导入接收器内。

优选地，请参照图1，所述气室11包括气室主体及前盖(未示出)，所述前盖与所述气室主体可拆卸连接。本实施例中，进气口和出气口开设在盖板上，气室主体上开设有若干个固定孔115，从而方便将前盖从气室主体上拆下或装上。当气室出现故障时，可以打开前盖进行检修。

优选地，请参照图2，所述气室主体上还开设有与所述前盖相配合的密封槽116，所述光程可调气体吸收池还包括与所述密封槽116相配合的密封垫(未示出)，所述密封垫用于嵌设于所述密封槽116内，从而配合盖板实现气室11的密封，确保气体只从盖板上的进气口和出气口进出。

本发明还提供了一种气体检测装置，包括光程可调气体吸收池1、若干个输入装置以及一接收装置(未示出)。

所述输入装置的个数与所述光程可调气体吸收池1的光输入口111的个数相同且一一对应，各个所述输入装置均安装于对应的所述光输入口111处，各个所述输入装置均用于向对应的所述光输入口111内射入激光光束，本实施例中，输入装置的数量为三个，各个输入装置通过光纤与对应的第一光学准直器113连接。

所述接收装置安装于所述光程可调气体吸收池1的光接收口112处，所述接收装置用于接收从所述光接收口112内射出的激光射线并对接收到的激光射线进行检测，本实施例中，接收装置通过光纤与第二光学准直器114连接。

为了更好地理解本发明，以下结合图1-图5来对本发明提供的气体检测装置的工作过程进行详细说明：该气体检测装置包括两种工作模式：

(1)多种气体同时检测模式

将待检测气体混合物导入气室11内，再通过各个输入装置向各个光输入口111内射入不同波长的激光光束，每个波长对应一种特定待检测气体的吸收波长，本实施例中，三个输入装置可分别输出一种特定待检测气体的吸收波长对应的激光光束，从而三个输入装置可对应三种气体，再启动步进电机152，使安装块13沿着导杆122滑动，从而使反射镜组14到达与第一个光输入口111对应的位置，此时反射镜组14将第一个输入装置射入的激光光束向下反射，并从光接收口112射出，并被接收装置接收，接收装置检测该激光光束的功率，并根据该功率及光程长度计算气室11内与第一个输入装置对应的待检测气体的浓度；接着继续通过步进电机152带动丝杆151转动，使反射镜组14到达与第二个光输入口111对应的位置，从而可以通过相同的方法对第二个输入装置对应的待检测气体的浓度进行检测，继续通过步进电机152带动反射镜组14到达第三个光输入口111对应的位置，对第三个输入装置对应的待检测气体的浓度进行检测，从而实现了对三种气体的同时检测；

(2)同种气体最优光程测试模式

将待检测气体导入气室11内，再通过各个输入装置向各个光输入口111内射入相同波长的激光光束，该波长对应待检测气体的吸收波长，再启动步进电机152，使安装块13沿着导杆122滑动，从而使反射镜组14到达与第一个光输入口111对应的位置，此时反射镜组14将第一个输入装置射入的激光光束向下反射，并从光接收口112射出，并被接收装置接收，接收装置检测该激光光束的功率，并根据该功率及光程长度计算气室11内待检测气体的浓度；接着继续通过步进电机152带动丝杆151转动，使反射镜组14依次到达与第二个光输入口111及第三个光输入口111对应的位置，通过同样的方法可对待检测气体的浓度进行检测，将三次检测得到的待测气体浓度值及对应的光程长度进行分析，从而得出该种气体达到一定测试精度的最小光程。

综上所述，本发明通过在气室11的侧壁上布置多个光输入口111，并通过驱动机构15使反射镜组14依次到达与各个光输入口111对应的位置，若在各个光输入口111内输入不同波长的激光光束，各个波长分别对应一种待检测气体的吸收波长，可同时检测多种待测气体的浓度，若在各个光输入口111内输入相同波长的激光光束，则可通过调节反射镜组14的位置改变射出的激光光束的光程，从而可测试出某一特定气体达到一定测试精度的最小光程。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光程可调气体吸收池，其特征在于，包括：气室、导向机构、安装块、反射镜组及驱动机构，

所述气室具有一长形吸收腔，所述气室的侧壁上沿所述气室的长度方向开设有若干个与所述吸收腔连通的光输入口，所述气室的顶壁或底壁上开设有与所述吸收腔连通的光接收口，所述气室上还开设有与所述吸收腔连通的进气口和出气口；

所述导向机构包括固定块及导杆，所述固定块位于所述吸收腔内且固定于所述气室的内壁上，所述导杆位于所述吸收腔内且固定于所述固定块上，所述导杆沿所述气室的长度方向延伸；

所述安装块上开设有与所述导杆相配合的槽孔，所述安装块套设于所述导杆上且可沿着所述导杆滑动；

所述反射镜组固定于所述安装块上且用于将从所述光输入口射入的激光光束进行至少一次反射，以使所述激光光束从所述光接收口射出；

所述驱动机构与所述安装块连接且用于使所述安装块移动。

2.如权利要求1所述的光程可调气体吸收池，其特征在于，所述安装块上开设有螺孔；

所述驱动机构包括丝杆及步进电机，所述丝杆螺纹连接于所述螺孔上，所述丝杆与所述导杆平行，所述丝杆还与所述安装块转动连接，所述步进电机与所述丝杆连接且用于驱动所述丝杆转动。

3.如权利要求2所述的光程可调气体吸收池，其特征在于，所述光输入口的个数为三个，各个所述光输入口均匀布置于所述气室的侧壁上。

4.如权利要求1所述的光程可调气体吸收池，其特征在于，各个所述光输入口内均嵌设有第一光学准直器，各个所述第一光学准直器均与对应的所述光输入口同轴设置。

5.如权利要求1所述的光程可调气体吸收池，其特征在于，所述光接收口内嵌设有第二光学准直器，所述第二光学准直器与所述光接收口同轴设置。

6.如权利要求1所述的光程可调气体吸收池，其特征在于，所述气室包括气室主体及前盖，所述前盖与所述气室主体可拆卸连接。

7.如权利要求6所述的光程可调气体吸收池，其特征在于，所述气室主体上还开设有与所述前盖相配合的密封槽，所述光程可调气体吸收池还包括与所述密封槽相配合的密封垫，所述密封垫用于嵌设于所述密封槽内。

8.一种气体检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的光程可调气体吸收池、若干个输入装置以及一接收装置，

所述输入装置的个数与所述光程可调气体吸收池的光输入口的个数相同且一一对应，各个所述输入装置均安装于对应的所述光输入口处，各个所述输入装置均用于向对应的所述光输入口内射入激光光束；

所述接收装置安装于所述光程可调气体吸收池的光接收口处，所述接收装置用于接收从所述光接收口内射出的激光射线并对接收到的激光射线进行检测。

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