CN114047132A - 一种多气体检测的长光程气体吸收池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光光谱气体传感器技术领域，特别涉及一种多气体检测的长光程气体吸收池，气室为矩形体结构，其顶部设置气室盖板，气室盖板中心设有通气孔；气室的右下角相邻的两侧壁分别设有两个激光器尾纤接口，气室的左上角和右上角分别设有一个光电探测器，在气室的四个气室内壁处分别安装有一组多点反射光路模块。本发明的有益效果是：本发明通过在气室四个面上加装反射镜，两两平行面之间相互反射，实现了一个气室应用于多种气体的同时检测。通过反射光路的多次光束反射，在吸收池内增加了总的探测光程，有利于提高探测信噪比以及测量精度；由于多次反射光路减小了吸收池的体积，从而减少了测量的响应时间。

Description

一种多气体检测的长光程气体吸收池
技术领域
本发明涉及激光光谱气体传感器技术领域，特别涉及一种多气体检测的长光程气体吸收池。
背景技术
TDLAS技术利用气体分子对特定波长的激光具有选择性吸收的特点，从而能够对气体进行定量定性分析。在测量系统中，往往需要提供一个气体与激光充分接触的场所，即我们所熟知的气体吸收池（气室）。现如今的技术中，一套系统配备一个气室，只能完成对一种气体的检测，而在应对复杂环境的情况下，如须同时检测不同气体时，则传统设备无法满足要求。
目前面对多气体的检测常规解决方法是再增加一套前端检测设备，共用后端分析设备。这就大大增加设备体积，不利于实际现场的测量。
为此，本申请设计了一种多气体检测的长光程气体吸收池，以解决上述问题。
发明内容
本发明为了弥补现有技术中的不足，提供了一种多气体检测的长光程气体吸收池。
一种多气体检测的长光程气体吸收池，包括气室，其特征在于：
所述气室为矩形体结构，其顶部设置气室盖板，气室盖板中心设有通气孔；
所述气室的右下角相邻的两侧壁分别设有一个激光器尾纤接口，气室的左上角和右上角分别设有一个光电探测器，在气室的四个气室内壁处分别安装有一组多点反射光路模块。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述气室的右下角的下侧的一个激光器尾纤接口与左上角的一个光电探测器之间通过多点反射光路模块形成一个第一气体检测光路；
所述气室的右下角的右侧的一个激光器尾纤接口与右上角的一个光电探测器之间通过多点反射光路模块形成一个第二气体检测光路。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述第一气体检测光路中，位于下方气室内壁处的多点反射光路模块由10个反射镜呈45°首尾相接组成，位于上方气室内壁处的多点反射光路模块由10个反射镜呈45°首尾相接组成；所述第二气体检测光路中，位于右方气室内壁处的多点反射光路模块由10个反射镜呈45°首尾相接组成，位于左方气室内壁处的多点反射光路模块由12个反射镜呈45°首尾相接组成；所述下方气室内壁处的多点反射光路模块与左方气室内壁处的多点反射光路模块的交界处共用一块反射镜，此反射镜的长度大于其他反射镜长度。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述气室盖板的通气孔上设有烧结过滤网，气室和气室盖板的壳体材料为金属。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述反射镜为平面反射镜或将镜面底板光学抛光、镀反射膜而形成的反射镜面或由45°反射棱镜的反射面组成的反射镜面。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述气室的内壁和气室盖板的内壁涂有黑色的用于减少反射光的涂层。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述激光器尾纤接口处由前端DFB激光器经过调谐之后通过激光器尾纤接口接入到气室中；所述光电探测器的位于气室中的内部端设置有透镜。
本发明的有益效果是：
本发明通过在气室四个面上加装反射镜，两两平行面之间相互反射，实现了一个气室应用于多种气体的同时检测。通过反射光路的多次光束反射，在吸收池内增加了总的探测光程，有利于提高探测信噪比以及测量精度；由于多次反射光路减小了吸收池的体积，从而减少了测量的响应时间。通过采用平行光光源和带有聚焦透镜的光电探测器的收发设计，利用精密机械加工的高精度和尺寸一致性，保证了镜面的入射角精度；整体发明设计不但减少了生产工艺的复杂性，并且也提高产品的成品率，便利于大规模生产。
附图说明
图1为本发明的去掉气室盖板的立体结构示意图；
图2为本发明的气室盖板的立体结构示意图；
图3为本发明的第一气体检测光路的示意图；
图4为本发明的第二气体检测光路的示意图。
图中，
1、激光器尾纤接口，2、气室，3、气室内壁，4、反射镜，5、光电探测器，6、气室盖板，7、通气孔，8、烧结过滤网，9、第一气体检测光路，10、第二气体检测光路。
具体实施方式
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1-图4为本发明的一种具体实施例，该实施例为一种多气体检测的长光程气体吸收池。采用了多反射光路模块、激光器和探测器组成的气室2。多反射光路模块由N个反射元件（平面反射镜或反射棱镜）组成。每一条光路和它相邻的直线光路是相互垂直的；每两条相邻直线光路之间有一个与直线光路成45°的反射镜4。
图1和图2展示了一种装有41个反射镜的气体吸收池，以便说明本发明的基本概念和原理。图1图2中1为激光器尾纤接口，接入激光光源，气体通过装有金属材质的烧结过滤网8的通气孔7扩散进入气室2，各波长的激光光源通过一个激光器尾纤接口接入后射出激光，以45°的入射角入射在各自对面反射镜上，其反射光束则以45°角从反射镜反射出，并且再次以45°入射到另一端的反射镜，以此不断反射到下一反射镜。当光束经过最后一片反射镜后到达光电探测器5，并由光电探测器5将光信号转换为电信号，再经过信号处理电路形成带有被测气体浓度的输出信号。
在目前的气体检测系统中，一个气室往往只能用于一种气体的检测，对于气室的利用不够完全。由图3和图4可以看出，本实施例的一种多气体检测的气室，通过加装两个激光尾纤接口，分别射入不同波长的激光，再利用气室两两平行的两面装上反射镜进行激光的反射，在增加气室光程的情况下又实现了多种气体的检测。
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，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种多气体检测的长光程气体吸收池，包括气室（2），其特征在于：
所述气室（2）为矩形体结构，其顶部设置气室盖板（6），气室盖板（6）中心设有通气孔（7）；
所述气室（2）的右下角相邻的两侧壁分别设有一个激光器尾纤接口（1），气室（2）的左上角和右上角分别设有一个光电探测器（5），在气室（2）的四个气室内壁（3）处分别安装有一组多点反射光路模块。
2.根据权利要求1所述的多气体检测的长光程气体吸收池，其特征在于：
所述气室（2）的右下角的下侧的一个激光器尾纤接口（1）与左上角的一个光电探测器（5）之间通过多点反射光路模块形成一个第一气体检测光路（9）；
所述气室（2）的右下角的右侧的一个激光器尾纤接口（1）与右上角的一个光电探测器（5）之间通过多点反射光路模块形成一个第二气体检测光路（10）。
3.根据权利要求2所述的多气体检测的长光程气体吸收池，其特征在于：
所述第一气体检测光路（9）中，位于下方气室内壁（3）处的多点反射光路模块由10个反射镜（4）呈45°首尾相接组成，位于上方气室内壁（3）处的多点反射光路模块由10个反射镜（4）呈45°首尾相接组成；
所述第二气体检测光路（10）中，位于右方气室内壁（3）处的多点反射光路模块由10个反射镜（4）呈45°首尾相接组成，位于左方气室内壁（3）处的多点反射光路模块由12个反射镜（4）呈45°首尾相接组成；
所述下方气室内壁（3）处的多点反射光路模块与左方气室内壁（3）处的多点反射光路模块的交界处共用一块反射镜（4），此反射镜（4）的长度大于其他反射镜长度。
4.根据权利要求1所述的多气体检测的长光程气体吸收池，其特征在于：
所述气室盖板（6）的通气孔（7）上设有烧结过滤网（8），气室（2）和气室盖板（6）的壳体材料为金属。
5.根据权利要求1所述的多气体检测的长光程气体吸收池，其特征在于：
所述反射镜（4）为平面反射镜或将镜面底板光学抛光、镀反射膜而形成的反射镜面或由45°反射棱镜的反射面组成的反射镜面。
6.根据权利要求1所述的多气体检测的长光程气体吸收池，其特征在于：
所述气室（2）的内壁和气室盖板（6）的内壁涂有黑色的用于减少反射光的涂层。
7.根据权利要求1所述的多气体检测的长光程气体吸收池，其特征在于：
所述激光器尾纤接口（1）处由前端DFB激光器经过调谐之后通过激光器尾纤接口（1）接入到气室（2）中；
所述光电探测器（5）的位于气室（2）中的内部端设置有透镜。
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