CN204028007U - 用于工业过程气体分析仪的气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种检测光输出功率高的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置。用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，包括激光器和检测腔，所述检测腔设置在所述激光器的前反射镜和后反射镜之间。本实用新型将检测腔置于前反射镜和后反射镜之间，由于激光能量可以在前发射镜和后反射镜之间不断反射，将能量放大几百倍；在充分利用氦氖激光器高稳定性和高光束质量的同时，克服了氦氖激光器输出功率低的缺点。本实用新型可作为核心检测模块应用在各种工业过程气体分析仪上，可广泛应用于石油化工、钢铁冶金、水泥建材、生化制药、微电子、煤矿安全、科学研究、航空航天等行业，可以实现多成分混合气体的实时定性定量检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于工业过程气体分析仪的气体检测装置。
背景技术
过程分析仪器又称在线分析仪器，是用于工业生产流程中对物质的成分及性质进行自动分析与测量仪器的总称，显示的数据反映生产过程中的实时状况。工业过程分析仪器包括液体分析仪器、气体分析仪器和固体分析仪器三种，工业过程气体分析仪器用于工业过程中气体浓度或成分的在线实时分析。
激光拉曼散射是光和物质相互作用引起的，光子和散射物质分子碰撞过程中，散射物质可能会从入射光子吸收部分能量或把自身部分能量加到入射光子上去，因此发射的散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为拉曼线。在拉曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。由于激光照射到不同的散射物质中，产生的拉曼线是不同的，因此可以根据产生的拉曼线的频率对散射物质进行判断。
由于激光拉曼效应与激发光的波长无关，但是对激发的激光功率、功率稳定性、单色性有一定要求，综合分析目前常用的固体激光器、半导体激光器、光纤激光器及传统结构的HE-NE激光器。固体激光器发热量大，必须配置冷却系统才能保证激光器的正常连续使用，固体激光器的总体效率非常低。半导体激光器的缺点是激光性能受温度影响大，光束的发散角较大(一般在几度到20度之间)，所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。光纤激光器光束质量差，对于精确检测难以普及。
现有的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置将检测单元与激光器单元相分离，不仅检测光输出功率低，仅有几个mw，并且激光器和检测腔需要两套检测环境控制系统，集成度不高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种检测光输出功率高的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，包括激光器和检测腔，所述检测腔设置在所述激光器的前反射镜和后反射镜之间。
进一步的，所述激光器按光路依次包括前反射镜、激光管、布儒斯特窗口、后反射镜、滤光片和光电探测器，所述激光管前端固定前反射镜，后端设置布儒斯特窗口。
进一步的，所述激光管、后反射镜和滤光片同轴。
进一步的，在所述激光管外设置有激光器保护套；在所述激光器保护套外设置有散热器；激光器保护套通过连接套与检测腔连接在一起；后反射镜固定在后反射镜固定腔上；调节板设置在检测腔与反射镜固定腔之间。
进一步的，在所述检测腔上设置有过滤室，过滤室上设置有过滤盖，过滤盖上设置有输入气管。
进一步的，在所述检测腔内设置有传气玻璃管；所述检测腔两侧开有检测窗口，在所述检测窗口上设置有传光光路镜片组。
进一步的，所述传光光路镜片组依次包括透镜、检测特定中心波长的拉曼滤光片、聚焦镜片组和雪崩光电二极管。
进一步的，在所述检测腔的外表面设置有功率电阻。
进一步的，在所述检测腔上设置有保护气体输入腔，并在保护气体输入腔上设置有气室盖，气室盖上设置有保护气体输入孔。
进一步的，在所述检测腔和反射镜固定腔上设置有输出气孔。
本实用新型的有益效果是：本实用新型将检测腔置于前反射镜和后反射镜之间，由于激光能量可以在前发射镜和后反射镜之间不断反射，将能量放大几百倍；在充分利用氦氖激光器高稳定性和高光束质量的同时，克服了氦氖激光器输出功率低的缺点，检测腔内激光功率可达1w，外部输出功率可达5mw；本实用新型的半内腔式结构在保证检测能量的同时，实现了检测腔与激光器检测环境一致，在降低成本的同时，提高了设备集成度，并为后期光电信号的接收处理以及元器件的选型降低了难度。本实用新型可作为核心检测模块应用在各种工业过程气体分析仪上，可广泛应用于石油化工、钢铁冶金、水泥建材、生化制药、微电子、煤矿安全、科学研究、航空航天等行业，可以实现多成分混合气体的实时定性定量检测。
附图说明
图1是本实用新型的主视图。
图2是图1的A-A剖视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型的气体检测装置包括激光器和检测腔16，检测腔16设置在激光器的前反射镜1和后反射镜4之间，由于激光器的激光能量在前反射镜1和后反射镜4之间不断反射，检测腔16中的激光能量可以放大几百倍。
激光器按光路依次包括前反射镜1、激光管2、布儒斯特窗口3、后反射镜4、滤光片5和光电探测器6，激光管2前端固定前反射镜1，后端设置布儒斯特窗口3。上述激光管2、后反射镜4和滤光片5同轴。滤光片5和光电探测器6用于检测输出激光能量，保证检测过程激光功率稳定，最终检测结果的稳定。
在上述激光管2外还设置有激光器保护套7，用于保护激光管2；在激光器保护套7外还设置有散热器8，用于散热；激光器保护套7通过连接套9与检测腔16连接在一起；后反射镜4固定在后反射镜固定腔10上；调节板12设置在检测腔16与反射镜固定腔10之间，用于对后反射镜4的微调，以优化光能量。
在检测腔16上设置有过滤室14，过滤室14上设置有过滤盖15，过滤盖15上设置有输入气管13，用于待检测气体进入过滤室14中；检测腔16内设置有传气玻璃管17，用于待检测气体的传输并产生拉曼散射光；检测腔16两侧开有检测窗口，检测窗口根据检测需求可在两侧各设置1-4个，典型结构是各设置四个；在各个检测窗口上设置有传光光路镜片组23，所述传光光路镜片组23依次包括透镜、检测特定中心波长的拉曼滤光片、聚焦镜片组和雪崩光电二极管，当然也可以采用其它光路，只要可以实现选波长和聚焦的作用就可以了。在检测腔16和反射镜固定腔10上设置有输出气孔22，输入气管13、过滤盖15、过滤室14、传气玻璃管17和输出气孔22构成本实用新型的待检测气体的传输通道。
本实用新型在检测腔16的外表面设置有功率电阻21，用于控制检测腔16的加热。热敏电阻21由控制电路控制，保证检测腔16的检测温度稳定。
布儒斯特窗口3的清洁将直接影响最终的输出能量，所以必须保证布儒斯特窗口3的清洁。在检测腔16上设置有保护气体输入腔18，并在保护气体输入腔18上设置有气室盖19，气室盖19上设置有保护气体输入孔20，用于在平时维护时清洁气体的输入，清洁激光管2的布儒斯特窗口3。
上述设置在检测腔16上的输出气孔22可以设置在光学保护气体输入腔18上。
本实用新型的气体检测装置工作过程如下：
在检测过程开始后，待检测气体经过固定在过滤盖15的输入气管13，进入过滤室14，经过过滤的待检测气体进入检测腔16中的2根传气玻璃管17，最后通过分别位于光学保护气体输入腔18和反射镜固定腔10的输出气孔22，输出到过程气体分析仪的气体控制模块，待检测气体在气体控制模块的作用下反过来控制待检测气体以一定的速度流过检测腔16。激光器经过预热后开始工作，在高压作用下，激光管2中气体分子跃迁产生激光，产生的激光在由前反射镜1和后反射镜4构成的谐振腔内产生振荡的同时，也不断与传气玻璃管17中的待检测气体发生碰撞产生拉曼效应，产生的拉曼散射光通过设置在检测腔16上的传光光路镜片组23，进入气体分析仪的检测电路模块。
本实用新型的激光管2采用HE-NE激光管，HE-NE激光管具有单色性好、稳定性好、操作简单、价格低廉等优良特性。
本实用新型的气体检测装置是一种基于氦氖激光器拉曼效应的工业过程气体分析仪的核心模块，将氦氖激光器作为检测光源，具有窄线宽、高光束质量的优点。但氦氖激光器由于输出能量小的缺点严重制约了其在气体检测领域的应用。本实用新型创新性采用半内腔检测装置，检测能量可高达输出能量的几百倍，同时检测腔和检测激光器一体化，保证了检测环境的稳定。可以实现多成分混合气体的实时定性定量检测，检测精度高，可靠性好。
Claims (10)
1.用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，包括激光器和检测腔(16)，其特征在于：所述检测腔(16)设置在所述激光器的前反射镜(1)和后反射镜(4)之间。
2.如权利要求1所述的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，其特征在于：所述激光器按光路依次包括前反射镜(1)、激光管(2)、布儒斯特窗口(3)、后反射镜(4)、滤光片(5)和光电探测器(6)，所述激光管(2)前端固定前反射镜(1)，后端设置布儒斯特窗口(3)。
3.如权利要求2所述的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，其特征在于：所述激光管(2)、后反射镜(4)和滤光片(5)同轴。
4.如权利要求2所述的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，其特征在于：在所述激光管(2)外设置有激光器保护套(7)；在所述激光器保护套(7)外设置有散热器(8)；激光器保护套(7)通过连接套(9)与检测腔(16)连接在一起；后反射镜(4)固定在后反射镜固定腔(10)上；调节板(12)设置在检测腔(16)与反射镜固定腔(10)之间。
5.如权利要求2所述的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，其特征在于：在所述检测腔(16)上设置有过滤室(14)，过滤室(14)上设置有过滤盖(15)，过滤盖(15)上设置有输入气管(13)。
6.如权利要求2所述的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，其特征在于：在所述检测腔(16)内设置有传气玻璃管(17)；所述检测腔(16)两侧开有检测窗口，在所述检测窗口上设置有传光光路镜片组(23)。
7.如权利要求6所述的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，其特征在于：所述传光光路镜片组(23)依次包括透镜、检测特定中心波长的拉曼滤光片、聚焦镜片组和雪崩光电二极管。
8.如权利要求2所述的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，其特征在于：在所述检测腔(16)的外表面设置有功率电阻(21)。
9.如权利要求2所述的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，其特征在于：在所述检测腔(16)上设置有保护气体输入腔(18)，并在保护气体输入腔(18)上设置有气室盖(19)，气室盖(19)上设置有保护气体输入孔(20)。
10.如权利要求2所述的用于工业过程气体分析仪的气体检测装置，其特征在于：在所述检测腔(16)和反射镜固定腔(10)上设置有输出气孔(22)。
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|---|---|---|---|---|
| CN105241865A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-01-13 | 杭州电子科技大学 | 柱矢量光场激发空心光子晶体光纤的拉曼气体分析装置 |
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2014
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