CN201203577Y - 瓦斯气体红外检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于矿井安全的防爆气体探测设备范围的一种瓦斯气体红外检测装置。所述检测装置的采样吸收气室的红外光学吸收腔由上下两个球面反射镜凹面相对组成，并设计为独特的多次反射的准光学谐振腔；上球面反射镜固定在传感器外壳上部，下球面反射镜、光源和探测器固定在内支架上，内支架固定在内底座上，光源与探测器经多次光路折叠后符合成像关系，使探测器上的光分布均匀，从而探测器放置在以光源为物的光学系统共轭成像的位置上或设置在光路上离焦位置上。提高了光信号的信噪比。既缩小了吸收腔的体积，还提高了被测气体对光的吸收效果，实现了小型、高效和高灵敏度的要求。用于煤矿井下瓦斯气体浓度的监测和报警。
Description
技术领域
本发明属于矿井安全的防爆气体探测设备范围，特别涉及一种瓦斯气体红外检测装置。
背景技术
当前中国国内煤矿井下各点瓦斯浓度的监测，石化行业的炼油厂，输油管道的监控，天然气生产与输送管道等需要监控泄漏的场合，采用的绝大多数的探头是催化燃烧式的，其缺点是因中毒现象造成误报或是失效，可靠性差，标定时间周期短，标定成本高，工作中需在有氧环境下工作，不能检测100％LEL(最低爆炸极限)浓度。
利用待测气体对红外光谱的吸收特性，来检测目标气体浓度的技术近年来有很大的发展。红外气体检测技术通常应用在需要实时和高精度监控目标气体浓度的场合，例如煤矿井下各点瓦斯浓度的监测和报警。世界先进国家多采用红外检测类的报警器，几乎无一例外的是高成本，导致报警器价格昂贵，在我国难以普及。
利用瓦斯气体对红外光谱的吸收特性，来检测其气体浓度的装置至少包括一个红外辐射源、一个和一个探测器。本实用新型的采样吸收气室采用独特的准光学谐振腔设计，选用两片镀金球面反射镜组成吸收腔，使光源与接收器经多次光路折叠后符合成像关系，提高光能利用率，并将折叠次数少的光线泄露出吸收腔，也有而到达接收器的光线基本满足等光程的要提高了光信号的信噪比。在接收器上光的成像是弥散像，使接收器上的光分布均匀，减小了光路偏移对系统稳定性的影响。对光路调整与生产工艺没有特殊要求，实现了小型、高效和高灵敏度的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的吸收腔探测灵敏度和光能利用率低的不足而提供一种瓦斯气体红外检测装置，其特征在于，所述检测装置的下球面反射镜1、光源3和红外探测器4固定在内支架8上，内支架8固定在内底座10上，上球面反射镜2与外壳6上固定，上球面反射镜2和下球面反射镜1组成气体红外吸收腔，顶盖11安装在外壳6上，外壳6及内底座10固定在外底座12上。
所述下球面反射镜1上有两个通光孔，光源3安装在一个通光孔内或下球面反射镜1的反射面附近，红外探测器4的光敏面对准另一个通光孔，红外光窗片(5)安装在光敏面对准的通光孔上，光源3和红外探测器4的电极都连接到电路板9上，电路板9安装在内底座10上。
所述红外探测器4和光源3的放置位置为互为共轭位置。
所述上球面反射镜2和下球面反射镜1为凹球面反射镜，其凹面相对。
所述上球面反射镜2和下球面反射镜1的凹面均选择高反射率的反射镜。
所述传感器外壳6上部圆周上、顶盖11或在上部圆周上、顶盖11有均匀分布的通气孔7。
所述上球面反射镜2和下球面反射镜1组成气体红外吸收腔为准光学谐振腔。
本实用新型的有益效果是，上下球面反射镜组成的气体红外吸收腔为一种准光学谐振腔，使光源与探测器经多次光路折叠后符合成像关系，并将折叠次数少的光线泄露出吸收腔，解决吸收腔内光能利用率低的不足。探测器上的光分布均匀，从而在吸收腔内光路折叠多次，光被充分吸收，既缩小了吸收腔的体积，还提高了被测气体对光的吸收效果，提高了光信号的信噪比。实现对瓦斯气体的高效探测。
附图说明
图1为瓦斯气体红外检测装置结构示意图。
图2为第二实施例的结构示意图。
图3为瓦斯气体红外检测装置实施例的外形图。
具体实施方式
本实用新型提供一种瓦斯气体红外检测装置。下面结合说明书附图及实施例对本实用新型予以说明。
实施例1
在图1所示的瓦斯气体红外检测装置的结构示意图中，上球面反射镜2和下球面反射镜1为凹球面反射镜，其凹面相对并且均选择为高反射率的反射镜。由上球面反射镜2和下球面反射镜1组成了气体红外吸收腔，该腔设计为准光学谐振腔。光源3与探测器4位于下球面反射镜1一侧，从光源3发出的出射光束，经在上球面反射镜2和下球面反射镜1来回反射，经多次反射后会聚到红外探测器4接收表面。从而使光源与接收器经多次光路折叠后符合成像关系，形成了红外探测器4在以光源为物的光学共轭成像的位置，或将红外探测器4设置在光路上离焦位置上，以使光源像的明暗分布不至影响光束在红外探测器上的均匀性；由此提高光信号的信噪比及提高数据的稳定性及测量精度。
下球面反射镜1、光源3和红外探测器4固定在内支架8上，内支架8固定在内底座10上，上球面反射镜2固定在传感器外壳6上部，顶盖11安装在传感器外壳6上，外壳6、内底座10上固定在外底座12上。下球面反射镜1上有两个通光孔，光源3安装在右通光孔，红外探测器4的光敏面对准左通光孔，红外光窗片5安装在左通光孔上，阻隔被测气体通向红外探测器4，确保红外探测器的测量精度，光源3和红外探测器4的电极都连接到电路板9上，电路板9安装在内底座10上。传感器外壳6上部圆周上、顶盖11或在上部圆周上、顶盖11有均匀分布的通气孔7，使吸收腔内外的气体能实时交换。光源3为脉冲调制的升降温速度快的细钨丝灯或其他光源，产生周期性红外光。
实施例2
在图2所示的第二实施结构示意图中。光源3置于上球面反射镜2附近，其余结构与实施例1相同，光源3与红外探测器4仍处于互为共轭位置关系，光源入射角几乎达360度，是光能利用率最高的一种设计，同时由于采用凹面镜反射，使得光束具有成像会聚作用，比光学积分腔的光路更好满足等光程，且能量定向集中在接收器上，提高了光信号的信噪比。
所述瓦斯气体红外检测装置的结构还可以采用单光源，双探测器结构、采用双光源，双探测器结构或双光源、单探测器结构。在一个探测器的前面放置一个目标气体对应波长的带通滤波片，在另一个探测器的前面放置一个对应参考波长的带通滤波片。所述红外气体传感器带通滤波片可以放在探测器的前面，也可以放在光源的前面。
图3为瓦斯气体红外检测装置实施例的外形图。如图所示，检测装置的通气孔7在外壳6的圆周上均匀分布，使气体能在气体吸收腔内部形成对流，因此提高了探测反应速度。
Claims (8)
1.一种瓦斯气体红外检测装置，所述瓦斯气体红外检测装置主要由吸收腔、光源和红外探测器组成，其特征在于，所述检测装置的下球面反射镜(1)、光源(3)和红外探测器(4)固定在内支架(8)上，内支架(8)固定在内底座(10)上，上球面反射镜(2)与外壳(6)上固定，上球面反射镜(2)和下球面反射镜(1)组成多次反射的准光学谐振腔式的气体红外吸收腔，顶盖(11)安装在外壳(6)上，外壳(6)及内底座(10)固定在外底座(12)上。
2.根据权利要求1所述瓦斯气体红外检测装置，其特征在于，所述下球面反射镜(1)上有两个通光孔，光源(3)安装在一个通光孔内或下球面反射镜(1)的反射面附近，红外探测器(4)的光敏面对准另一个通光孔，红外光窗片(5)安装在光敏面对准的通光孔上，光源(3)和红外探测器(4)的电极都连接到电路板(9)上，电路板(9)安装在内底座(10)上。
3.根据权利要求1所述瓦斯气体红外检测装置，其特征在于，所述红外探测器(4)和光源(3)的放置位置为互为共轭位置或离焦位置上。
4.根据权利要求1所述瓦斯气体红外检测装置，其特征在于，所述上球面反射镜(2)和下球面反射镜(1)为凹球面反射镜，其凹面相对。
5.根据权利要求1所述瓦斯气体红外检测装置，其特征在于，所述上球面反射镜(2)和下球面反射镜(1)的凹面均选择高反射率的反射镜。
6.根据权利要求1所述瓦斯气体红外检测装置，其特征在于，所述传感器外壳(6)上部圆周上、顶盖(11)或在上部圆周上、顶盖(11)有均匀分布的通气孔(7)。
7.根据权利要求1所述瓦斯气体红外检测装置，其特征在于，所述瓦斯气体红外检测装置采用单光源，双探测器结构，在一个探测器的前面放置一个目标气体对应波长的带通滤波片，在另一个探测器的前面放置一个对应参考波长的带通滤波片。
8.根据权利要求1所述瓦斯气体红外检测装置，其特征在于，所述瓦斯气体红外检测装置采用双光源，双探测器结构，或单探测器结构，带通滤波片可以放在探测器的前面，也可以放在光源的前面。
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