CN208999304U - 激光气体遥测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气体检测技术领域，公开了一种激光气体遥测仪，用于对气体的浓度进行检测，该激光气体遥测仪具有壳体，在壳体内设置有激光器、光发射透镜组件、光接收透镜组件以及光探测器，激光器被设置成与壳体的内壁相靠近，激光气体遥测仪还包括导光组件，导光组件将激光器发出的光束传导至光发射透镜组件。本实用新型提供的激光气体遥测仪，利用导光组件将激光器发出的光束传导至光发射透镜组件，从而能够在不影响气体检测的情况下对激光器的位置进行调整，使得激光器在工作过程中能够良好散热，从而延长激光器的使用寿命，并且确保激光器发出的光束的波长能够用于气体检测，从而提高激光气体遥测仪的检测精度。

Description

激光气体遥测仪

技术领域

本实用新型涉及气体检测技术领域，特别涉及一种激光气体遥测仪。

背景技术

目前，石油气、天然气等易燃易爆气体或者一些有毒气体在工业生产和日常生活中被广泛应用，然而上述这些气体是否能够安全地被使用成为了重要的技术课题。

以天然气的主要成分甲烷为例，由于甲烷具有易燃易爆属性，因此在生产、加工及运输过程中，若发生甲烷泄漏、且浓度达到爆炸极限，可能遇火则会发生爆炸造成严重的损失和甚至伤亡。鉴于上述原因，导致在甲烷的生产制造及运输过程中需要对甲烷是否泄露以及甲烷浓度等进行严密的监控。

常见的激光气体遥测仪的形式有手持式激光气体遥测仪和固定式激光气体遥测仪。其中，固定式激光气体遥测仪的功能较为单一且检测范围相对固定。而现有的手持式激光气体遥测仪相较于固定式激光气体遥测仪而言具有更高的灵活度，能够根据需要对不同的区域进行检测。

在现有技术中，常用的激光气体遥测仪基于光谱吸收原理(TDLAS)进行检测。具体来说，激光气体遥测仪通过控制电路对激光器进行电流调制，使激光器发出特定波长的激光，激光穿过气体监测区域后，到达反射面并被反射回激光探测器，若激光穿过的气体区域中存在被检测的特征气体，激光将被该特征气体吸收，特征气体浓度越高，吸收量越大，激光探测器监测到激光数据的变化并进行处理，最终将浓度结果显示出来。

但由于工作环境特殊，激光器在密闭的腔体内工作，因此在工作过程无法及时散热。激光器的温度过高会影响其使用寿命，并当发热严重时激光器内的发光元件可能受到影响，导致发出的激光光束的波长发生改变，从而影响激光气体遥测仪的检测精度。

实用新型内容

本实用新型是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种激光气体遥测仪，能够通过改变激光气体遥测仪内部的光路结构，解决激光器在使用过程中发热严重的问题，从而提高激光气体遥测仪的测量性能和使用寿命。

具体地，本实用新型提供的激光气体遥测仪，用于对气体的浓度进行检测，该激光气体遥测仪具有壳体，在壳体内设置有激光器、光发射透镜组件、光接收透镜组件以及光探测器，激光器被设置成与壳体的内壁相靠近，激光气体遥测仪还包括导光组件，导光组件将激光器发出的光束传导至光发射透镜组件。

相较于现有技术而言，本实用新型提供的激光气体遥测仪利用导光组件将激光器发出的光束传导至光发射透镜组件，从而能够在不影响气体检测的情况下对激光器的位置进行调整。通过将激光器设置在靠近壳体内壁的位置，使得激光器贴近壳体，便于热量从壳体传递出去，在工作过程中能够良好地散热，从而延长激光器的使用寿命。同时，确保激光器发出的光束的波长能够用于气体检测，从而提高激光气体遥测仪的检测精度。

作为优选，在壳体的顶部设置有冷却装置，激光器被设置成与冷却装置相靠近。

冷却装置与激光器相靠近，能够吸收激光器在工作过程中产生的热量，从而降低激光器的温度，延长激光器的使用寿命。冷却装置为激光器提供良好的工作环境，从而确保激光器能够产生用于检测气体且为特定波长的光束。

进一步地，作为优选，导光组件为光纤。

光纤能够对光束传导的方向进行调节，使光束的传导方向发生改变。根据光束沿着光纤传导的特性，可以在壳体内合理改变光纤的排布方式，使得光束能够沿着特定的路线传导，增强对激光气体遥测仪内的光路的控制。

进一步地，作为优选，光纤的入射端与激光器进行光学耦合从而将光束耦合至光纤进行传导，光纤的出射端被设置于光发射透镜组件的焦平面上，光发射透镜组件对被传导的光束进行准直并发射至待测空间中。

光纤设置于激光器和光发射透镜组件之间，用于传导激光器产生的光束。由于采用了光纤来传导光束，因此光束可以不再沿着直线传播且激光器和光发射透镜组件也无需设置在同一条直线上，从而可以任意调节激光器和光发射透镜组件的位置，有利于将激光器设置在更容易散热的位置，并且能够减少激光器对光接收透镜组件接收到的光束的遮挡。

另外，作为优选，冷却装置为金属散热件。

由于金属本身具有良好的导热性能和散热性能，因此采用金属散热件作为冷却装置，能够有效地吸收激光器在工作过程中产生的热量，从而确保激光器的温度在激光器正常工作的温度范围之内，有利于提高检测精度。

另外，作为优选，冷却装置为与激光器接触的冷却管，冷却管为闭合管件，且在冷却管内预存有冷却液。

冷却管与激光器接触，能够更好地吸收激光器所产生的热量，并且冷却管内的冷却液能够进一步吸收热量并汽化，将热量传至别处，再逐渐液化并再一次地吸收热量，从而确保激光器的温度在激光器正常工作的温度范围内。

另外，作为优选，还包括设置在壳体内的分析模块以及与分析模块通信连接的显示设备，显示设备设置在壳体外壁且远离光接收透镜组件。

分析模块用于对光接收透镜组件接收到的光线进行分析，得出相应的数据，根据测得的数据计算得出在检测区域内的气体浓度，并将相应的数值在显示设备上示出。显示设备设置在远离光接收透镜组件的位置处，有效防止显示设备遮挡光接收透镜组件接收的光线而影响检测结果。

另外，作为优选，还包括激光指示器，激光指示器与激光器的发射方向平行。

激光指示器用于对检测方向进行指示。将激光指示器与激光器的发射方向设置为平行，能够更精确地对具体的检测位置进行指示，提高指示的精度。

另外，作为优选，还包括发声装置，发声装置与分析模块通信连接，能够接收分析模块的结果而发出预警。

当激光气体遥测仪检测到现场的气体浓度超过正常指标时，分析模块则会控制发声装置及时发出警报提醒在场的工作人员。

进一步地，作为优选，还包括与分析模块通信连接的信息储存器，能够储存从分析通信模块接受到的数据。

在每次测量之后，信息储存器会将测得的数据和获取的图像关联，并通过交换设备将这些数据存储至外界设备中，构建检测结果的数据库，对一些气体浓度经常超标的位置进行更频繁的监测和维护，从而更好地对气体浓度进行监测，提高生产的安全性。

附图说明

图1是本实用新型激光气体遥测仪的部分剖视图；

图2是本实用新型激光气体遥测仪的右视图；

图3是本实用新型激光气体遥测仪的左视图；

图4是本实用新型的第一实施方式的激光气体遥测仪的局部剖视图；

图5是本实用新型的第一实施方式的激光气体遥测仪的局部剖视图；

图6是本实用新型的第二实施方式的激光气体遥测仪的局部剖视图

图7是本实用新型的第三实施方式的激光气体遥测仪的局部剖视图；

图8是本实用新型的第三实施方式的激光气体遥测仪的局部剖视图。

附图标记说明：

1-壳体；2-激光器；3-光发射透镜组件；4-光接收透镜组件；5-光探测器；6-导光组件；7-冷却装置；7a-金属散热件；7b-吸热部件；7c-冷却管；7d-冷却液；8-显示设备；9-激光指示器；10-支撑结构；11-遮光件；12-开口；13-密封件；14-螺栓；15-螺母。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型进行进一步的详细说明。附图中示意性地简化示出了激光气体遥测仪的结构等。

实施方式一

本实施方式提供了一种激光气体遥测仪，参见图1和图2所示，用于对气体的浓度进行检测。其中，激光气体遥测仪具有壳体1，在壳体1内设置有激光器2、光发射透镜组件3、光接收透镜组件4以及光探测器5，激光器2被设置成与壳体1的内壁相靠近，激光气体遥测仪还包括导光组件6，导光组件6将激光器2发出的光束传导至光发射透镜组件3。

在本实施方式中，以被检测的气体为甲烷进行描述。当然，本实施方式提供的激光气体遥测仪同样能够对其他气体进行检测，具体的检测的步骤与甲烷检测的方式基本相同，在此不再赘述。

本实用新型中的激光气体遥测仪可以是手持式激光气体遥测仪也可以是固定式激光气体遥测仪。本实施方式以手持式激光气体遥测仪为例进行说明。

具体来说，本实施方式中的激光气体遥测仪的壳体1可以形成为枪型结构。采用枪型结构的外型设计更符合人体工学，使得检测人员更方便、更灵活地进行气体检测。枪型结构包括一体形成的枪体和手柄，其中，激光器2、光发射透镜组件3、光接收透镜组件4以及光探测器5均设置于枪体内。光发射透镜组件3和光接收透镜组件4均设置在枪体的一端，光探测器5设置在靠近枪体另一端的位置并且设置在光接收透镜组件4的光轴上，反射回来的光线经过光接收透镜组件4的会聚到达光探测器5。在本实施方式中，激光器2设置在距离壳体1的内壁3-20mm的范围内。

此外，在本实施方式中，在枪体结构内可以设置支撑机构10，支撑机构10用于在壳体1内划分出不同的空间，将光路部分和电路部分隔开。简单来说，支撑机构10可以形成为筒状，电路部分中的各种电器元件安装在壳体1和支撑机构10之间，光路部分设置在筒状的支撑机构10内。具体地，光接收透镜组件4和光发射透镜组件3设置在筒状支撑机构10的一端，光探测器5设置在筒状支撑机构10的另一端。激光器2属于电路部分，设置于壳体1和支撑机构10之间，并通过导光组件6将光束传导至光发射透镜组件3，从而实现电路部分和光路部分的连接。这样既能够实现光电分离设置以提高激光气体遥测仪的使用安全性，又能够减少电器元件对光路部分的遮挡，提高气体检测的效果。

优选地，在本实施方式中，导光组件6为光纤。光纤具有尺寸细小，韧性高、抗干扰性高以及传输损耗小等优点，因此有利于减小导光组件6的尺寸，进而减小激光气体遥测仪的尺寸，提高使用时的灵活性。在本实施方式中，光纤主要用于对光束传导的方向进行调节，在壳体1内合理改变光纤的排布方式，并让光束能够沿着特定的路线传导，使光束的传导方向发生改变，可以增强对激光气体遥测仪内的光路的控制。

具体来说，在本实施方式中，光纤的一端与激光器2射出激光的部位连接，另一端与光发射透镜组件3连接，从而实现光纤的传导。并且光纤可以贴着壳体1的内侧壁或支撑机构10的外侧壁设置，为其他电器元件的安装留下空间。其中，光纤的入射端与激光器2进行光学耦合从而将光束耦合至光纤进行传导，光纤的出射端被设置于光发射透镜组件3的焦平面上，光发射透镜组件3对被传导的光束进行准直并发射至待测空间中。

光纤设置于激光器2和光发射透镜组件3之间，用于传导激光器2产生的光束。由于采用了光纤来传导光束，因此光束可以沿着光纤的设定路径传播且激光器2和光发射透镜组件3也无需设置在同一条直线上，从而可以任意调节激光器2和光发射透镜组件3的位置，有利于将激光器2设置在更容易散热的位置，并且能够减少激光器2对光接收透镜组件4接收到的光线的遮挡。

虽然通过光纤的排布可以将激光器2设置在靠近壳体1的位置处，并增强散热效果，但由于壳体1通常采用塑料等材质制成，本身的散热能力有限，因此仍旧可能导致激光器2温度过高的情况。为了进一步缓解发热问题，在本实施方式中，壳体1的顶部设置有冷却装置7，激光器2被设置成与冷却装置7相靠近。

具体来说，冷却装置7可以与激光器2相互接触，也可以设置在壳体1内壁与激光器2之间且与激光器2的距离为1-5mm。冷却装置7能够吸收激光器2在工作过程中产生的热量，为激光器2提供良好的工作环境，从而降低激光器2的温度，延长激光器2的使用寿命。当然，在本实施方式中，激光器2也可以设置在壳体1与支撑机构10之间的其他位置上，冷却装置7则对应于激光器2的位置进行调整，设置在激光器2的附近，从而实现良好地散热效果。

优选地，在本实施方式中，参见图4所示，冷却装置7为金属散热件7a。

由于金属本身具有良好的导热性能和散热性能，因此采用金属散热件7a作为冷却装置7，能够有效地吸收激光器2在工作过程中产生的热量，从而确保激光器2的温度在激光器2正常工作的温度范围之内，有利于提高检测精度。

更加优选地，在本实施方式中，参见图5所示，冷却装置7可以采用金属散热件7a和吸热部件7b组合的形式，其中吸热部件7b可以采用比热容较大的材料。由于比热容较大的材料通常为液体，因此可以将作为吸热部件7b的液体设置在金属散热件7a上。其中，液体通过容器进行密封，容器采用导热性能良好的材料制成，例如金属等，并且容器设置在金属散热器与壳体1之间且与金属散热件7a的表面接触。

具体地，在激光器2工作时，其产生的热量被金属散热件7a吸收，并被传导至吸热部件7b，吸热部件7b中的液体吸收热量。由于液体的比热容较大，相较于金属而言，吸收相同的热量后液体的温度变化较小，对激光器2工作的温度环境影响较小，因此能够更好地调节壳体1内的温度环境，延长激光器2的使用寿命。其中，常用于降温的液体有水等液体。

综合上述考量，本实用新型提供的激光气体遥测仪利用导光组件6对光路进行引导，从而能够在不影响气体检测的情况下对激光器2的位置进行调整。并且，将激光器2设置在靠近壳体1内壁的位置，使得激光器2在工作过程中能够良好地散热，从而延长激光器2的使用寿命，提高激光气体遥测仪的检测精度。

实施方式二

本实用新型的第二实施方式提供了一种激光气体遥测仪，本实施方式是对第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实施方式中，参见图6所示，冷却装置7为与激光器2接触的冷却管7c，冷却管7c为闭合管件，且在冷却管7c内预存有冷却液。其中，常用的冷却液为氟利昂等。

具体来说，在本实施方式中，冷却管7c为封闭管件，能够预存用于降温的冷却液，防止冷却液泄漏，其中冷却液在重力作用下储存在冷却管7c靠近激光器2的位置处。当激光器2工作时，冷却管7c内的冷却液吸收激光器2产生的热量，冷却液汽化并沿管道流动。汽化的冷却液在流动的过程中，能够与外界进行热交换，从而使自身降温后液化并重新回到冷却管7c底部、靠近激光器2的位置，降温后液化的冷却液能够再次吸热，重复上述过程，从而确保激光器2的温度在激光器2能够正常工作的温度范围内，使产生的光束的波长符合要求，提高检测精度，并延长寿命。

另外，在本实施方式中，冷却管7c可以设置有多个，且并列设置于激光器2周围，从而进一步增强冷却效果，避免发生局部过热。

在本实施方式中，冷却管7c可以与激光器2接触设置，也可以与激光器2保持2-5mm的距离，只要能够保证冷却管7c的散热效果即可。

实施方式三

本实用新型的第三实施方式提供了一种激光气体遥测仪，第三实施方式是对第一或第二实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实施方式中，参见图7所示，激光气体遥测仪的壳体1的顶部设置有用于安装冷却装置7(在本实施方式中，以冷却装置7为金属散热件7a为例进行说明)的开口12，金属散热件7a的一部分能够与外界进行热交换，从而提高散热效率，能够更有效地将激光器2的温度控制在正常工作的温度范围内。

壳体1上开口12的位置与安装激光器2的位置对应。例如，开口12设置在激光器2的正上方，便于金属散热件7a从开口12露出，从而提高散热速度，防止由于散热不及时而导致激光器2温度过高。具体地，金属散热件7a可以通过螺栓和螺母配合而安装在开口12处，也可以通过卡合件或其他安装件进行安装，只要能够将金属散热件7a牢固地安装在壳体1上即可。

由于激光气体遥测仪的工作环境比较特殊，因此壳体1具有较高的密封性要求。在壳体1上开孔的设计，可能会影响壳体1的密封性，为了解决这一问题，参见图8所示，可以在开口12和金属散热件7a之间增设密封件13，从而提高激光气体遥测仪的密封性能。其中，常用的密封件13为耐热密封圈。

参见图8所示，在本实施方式中，在开口12附近的壳体1与金属散热件7a之间设置密封件13，并且在壳体1、金属散热件7a及密封件13上设均置能够使螺栓14通过的通孔。在安装时，螺栓14穿过通孔，再将螺母15拧紧使得密封件13处于受到挤压的状态，从而填满缝隙以提高结构的密封性。

优选地，在本实施方式中，还可以采用具有良好气密性的粘合剂(如密封胶等)来安装金属散热件7a，既能够固定金属散热件7a，又能够起到密封金属散热件7a与壳体1之间的缝隙的效果。

在其他实施方式中，冷却装置7可以为冷却管7c或金属散热件7a与吸热部件7b。在这些实施方式中，开口的形式会相应调整，但目的均为通过与外界进行热交换提高散热效率，因而在此不再赘述。

在另外的实施方式中，壳体1的顶部本身为金属材料制成，壳体1的金属顶部即作为冷却装置7，激光器2被设置成贴合或靠近该金属顶部。

实施方式四

本实用新型的第四实施方式提供了一种激光气体遥测仪，第四实施方式是对第一、第二或第三实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实施方式中，参见图3所示，激光气体遥测仪还包括设置在壳体1内的分析模块(未图示)以及与分析模块通信连接的显示设备8，并且显示设备8设置在壳体1的外壁，且远离光接收透镜组件4。

分析模块用于对光接收透镜组件4接收到光线进行分析，得出相应的数据，根据测得的数据计算得出在检测区域内的气体浓度，并将相应的数值在显示设备8上示出。此时，能够将显示设备8设置在远离光接收透镜组件4的位置处，有效防止显示设备8遮挡光接收透镜组件4接收到的光线而影响检测结果。

优选地，在本实施方式中，参见图3所示，显示设备8嵌入设置在外壳内，在显示设备8的上方还对应设置有遮光件11。在户外遇到光线较强的情况时，遮光件11能够遮挡照射到显示设备8上的光线，从而确保操作人员能够看清显示设备8上显示的信息。

实施方式五

本实用新型的第五实施方式提供了一种激光气体遥测仪，本实施方式是对第四实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本实施方式中，参见图2所示，激光气体遥测仪还包括激光指示器9，激光指示器9与激光器2的发射方向平行。

激光指示器9用于对检测方向进行指示。将激光指示器9与激光器2的发射方向设置为平行，能够更精确地对具体的检测位置进行指示，提高指示的精度。

另外，在本实施方式中，激光气体遥测仪还包括发声装置(未图示)，发声装置与分析模块通信连接，能够接收分析模块的结果而发出预警。

当激光气体遥测仪检测到现场的气体浓度超过正常指标时，分析模块则会控制发声装置及时发出警报提醒在场的工作人员。

优选地，在本实施方式中，激光气体遥测仪还包括与分析模块通信连接的信息储存器(未图示)，能够储存从分析通信模块接收到的数据。

在每次测量之后，信息储存器会将测得的数据和获取的图像关联，并通过交换设备将这些数据存储至外界设备中，构建检测结果的数据库，对一些气体浓度经常超标的位置进行更频繁的监测和维护，从而更好地对气体浓度进行监测，提高生产的安全性。

优选地，在本实施方式中，在激光气体遥测仪上还设置有数据交换设备，能够与外接设备进行信息交互。

具体来说，在本实施方式中，常用的数据信息交换设备为数据线接口。数据线接口可以设置在壳体1上，能够通过数据线与外接设备(如：电脑等)进行数据连接，根据在监测过程中获取的图像信息和气体浓度信息所建立的数据库，并分析经常出现气体浓度较高的区域，从而加强对这些区域的监测，提高生产安全性。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光气体遥测仪，用于对气体的浓度进行检测，所述激光气体遥测仪具有壳体，在所述壳体内设置有激光器、光发射透镜组件、光接收透镜组件以及光探测器，其特征在于，所述激光器被设置成与所述壳体的内壁相靠近，所述激光气体遥测仪还包括导光组件，所述导光组件将所述激光器发出的光束传导至所述光发射透镜组件。

2.根据权利要求1所述的激光气体遥测仪，其特征在于，所述壳体的顶部设置有冷却装置，所述激光器被设置成与所述冷却装置相靠近。

3.根据权利要求2所述的激光气体遥测仪，其特征在于，所述导光组件为光纤。

4.根据权利要求3所述的激光气体遥测仪，其特征在于，所述光纤的入射端与所述激光器进行光学耦合从而将所述光束耦合至所述光纤进行传导，所述光纤的出射端被设置于所述光发射透镜组件的焦平面上，所述光发射透镜组件对被传导的所述光束进行准直并发射至待测空间中。

5.根据权利要求2所述的激光气体遥测仪，其特征在于，所述冷却装置为金属散热件。

6.根据权利要求2所述的激光气体遥测仪，其特征在于，所述冷却装置为与所述激光器接触的冷却管，所述冷却管为闭合管件，且在所述冷却管内预存有冷却液。

7.根据权利要求1所述的激光气体遥测仪，其特征在于，还包括设置在所述壳体内的分析模块以及与所述分析模块通信连接的显示设备，所述显示设备设置在所述壳体外壁且远离所述光接收透镜组件。

8.根据权利要求1所述的激光气体遥测仪，其特征在于，还包括激光指示器，所述激光指示器与所述激光器的发射方向平行。

9.根据权利要求7所述的激光气体遥测仪，其特征在于，还包括发声装置，所述发声装置与所述分析模块通信连接，能够接收所述分析模块的结果而发出预警。

10.根据权利要求9所述的激光气体遥测仪，其特征在于，还包括与所述分析模块通信连接的信息储存器，能够储存从所述分析通信模块接受到的数据。