CN210037603U - 一种手持式激光气体分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手持式激光气体分析仪。包括外壳（1），所述外壳（1）上部设置进气嘴（2）、出气嘴（3）；前部设置显示屏（4）、电源开关（5）、信号输出及调试接口（6）、电源充电插口（7）；外壳（1）的两侧中部为波纹形状；外壳（1）内部设置有电池（8）、激光气体分析单元（11）、光电信号板（10）；激光气体分析单元（11）通过气室固定支架（12）固定在外壳（1）上；激光气体分析单元（11）连接光电信号板（10），光电信号板（10）连接显示屏（4）和信号输出及调试接口（6），进气嘴（2）和出气嘴（3）分别通过导气管连接激光气体分析单元（11）。本实用新型采用微型气室，体积小，方便携带。

Description

一种手持式激光气体分析仪

技术领域

本实用新型属于激光气体检测分析技术领域，具体涉及一种手持式激光气体分析仪。

背景技术

目前，气体分析仪已经广泛应用在医疗、工农业、电力等行业中，主要用于测量气体中各种特定气体的含量。目前，应用较为广泛的为电化学法和红外吸收法。电化学法是以定电位电解为基本原理，当被检测气体扩散到气体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给采样电路，化学能转化为电能，经过中间电路转换放大输出，完成气体浓度检测。电化学法成本低，操作便利，但是由于样气中的气体间可能存在交叉干扰，测量可靠性差，样气浓度超过量程时容易发生传感器中毒，传感器使用寿命有限，一般使用1-2年必须更换传感器。红外吸收法的原理是：光源发出的红外光定向通过电机驱动的旋转滤光轮，依次通过参比室和分析室，之后形成参比信号和分析信号，参比信号和分析信号通过气室后再经过滤光片，到达检测器将信号检测出来。这种气体分析仪成本适中，但对样气要求较高，而且存在运动的光学部件，而机械运动必然会引起磨损，导致仪器的使用寿命缩短。同时相关光学部件结构复杂，能耗高，体积偏大。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种易于携带，操作方便，使用寿命长，测量精度高的手持式激光气体分析仪。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：一种手持式激光气体分析仪，包括外壳；

所述外壳上部设置进气嘴、出气嘴；

所述外壳前部设置显示屏、电源开关、信号输出及调试接口、电源充电插口；

所述外壳的两侧中部为波纹形状，增加壳体摩擦力，方便手持；

所述外壳内部设置有电池、激光气体分析单元、光电信号板；电池通过电池固定支架固定在外壳上，激光气体分析单元通过气室固定支架固定在外壳上；激光气体分析单元连接光电信号板，光电信号板连接显示屏和信号输出及调试接口，进气嘴和出气嘴分别通过导气管连接激光气体分析单元。

根据本实用新型实施例，在外壳内部进气嘴后，或者外壳外部进气嘴前串接过滤器。

根据本实用新型实施例，所述激光气体分析单元包括激光发射单元、探测单元以及连接气室；激光发射单元、探测单元分别位于连接气室的两端，激光发射单元和探测单元结构对称。

根据本实用新型实施例，所述导气管上串接微型抽气泵。

根据本实用新型实施例，所述激光发射单元包括激光器，通过管脚焊接在激光器板上，激光器板通过螺钉固定在透镜基座上，激光器板和透镜基座中间压有用于密封的O型圈，透镜、导气环通过透镜压环和密封圈压紧在透镜基座上；所述的激光器发光点位于透镜的焦点处。

根据本实用新型实施例，导气环和透镜压环上开有导气槽，用来导通激光发射单元和探测单元的被检测气体。

根据本实用新型实施例，所述探测单元的探测器通过管脚焊接在探测器板上。

根据本实用新型实施例，所述光电信号板内置有激光器驱动模块、信号处理模块；激光器驱动模块连激光器板，信号处理模块连接探测单元的输出端；激光器驱动模块对激光器的温度、电流等信号进行控制；信号处理模块对探测器采集到的信号进行光电转化，并对电信号进行运算处理，处理后的结果通过信号传输到信号输出及调试接口，同时通过显示屏进行同步数据显示。

根据本实用新型实施例，所述气室为微型气室。

所述光电信号板的信号处理模块对采集到的信号进行运算处理：在未饱和的弱吸收情况下，半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用Beer-Lambert关系表述。

所述光电信号板信号处理模块包括激光器温度控制部分、激光器驱动部分、前置放大器、调制解调器，单片机信号计算处理部分等；其中所述的激光器温度控制部分控制所述的激光器温度，所述的激光器驱动部分驱动所述的激光器发出特定波长的激光，所述的前置放大器连接所述的探测单元的输出端，将探测的光信号转换为电信号，所述的调制解调器将所述的激光器驱动信号进行调制，对所述的前置放大器输出的电信号进行解调实现对信号的滤波，然后将信号进行放大后传输给所述的单片机信号计算处理部分进行运算处理。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1.由于本实用新型采用激光测量法的原理，可以针对不同种类的被测气体更换不同波长的激光器，从而实现对不同种气体进行测量；2.本实用新型通过单一激光器对被测气体进行测量，响应速度快，测量精度高，不受背景气体干扰，稳定性好；3.由于本实用新型光学部件中无运动部件，部件之间没有磨损，激光器的使用寿命一般为8-10年，延长了仪器的使用寿命；4.本实用新型采用微型气室，体积小，方便携带；5. 相比红外吸收法，本实用新型对样气要求较低；6.本实用新型可采用可充电锂电池供电，绿色环保。

本实用新型可广泛应用在各种不同环境不通气体含量的检测中。

附图说明

图1是一种手持式激光气体分析仪的外观示意图。

图2是一种手持式激光气体分析仪的内部结构示意。

图3是一种手持式激光气体分析仪的内部结构示意。

图4是激光气体分析单元结构示意图。

图中：1-外壳；2-进气嘴；3-出气嘴；4-显示屏；5-电源开关；6-信号输出及调试接口；7-电源充电插口；8-电池；9-电池固定支架；10-光电信号板；11-激光气体分析单元；12-气室固定支架；1A-激光发射单元；1B-探测单元；101-激光器板；102-激光器管脚；103-O型圈；104-激光器；105-透镜基座；106-进气口；107-导气环；108-透镜；109-密封圈；110-密封圈；111-透镜压环；112-连接气室；113-出气口；114-探测器；115-；116-探测器板.。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，一种手持式激光气体分析仪包括手持式外壳1，外壳1上设置有进气嘴2、出气嘴3、显示屏4、电源开关5、信号输出及调试接口6和电源充电插口7；本实施例中信号输出及调试接口6采用485串口，但不仅限于此。

如图2、图3所示，手持式外壳1内部设置有激光气体分析单元11、光电信号板10和电池8；激光气体分析单元11通过气室固定支架12固定在外壳1上，电池8通过电池固定支架9固定在外壳1上。

激光气体分析单元11连接光电信号板10，光电信号板10同时连接显示屏4和信号输出及调试接口6，进气嘴2和出气嘴3分别通过导气管连接激光气体分析单元11。

本实施例中电池8采用的是可充电锂电池，也可采用可更换的锂电池或干电池，可在外壳上设置电池开盖，但不仅限于此；电池8连接电源充电插口7和电源开关5，受电源开关5控制，为光电信号板10供电。

一种手持式激光气体分析仪操作时，首先将电源开关5打开，待显示屏4上显示的数字稳定后，再通过进气嘴2向仪器中正压通入被测气体，被测气体通过激光气体分析单元11，激光气体分析单元11对被测气体进行测量，测量的结果输送给光电信号板10进行数据运算处理，之后输送给显示屏4以直读浓度值的形式显示出来，或者通过信号输出及调试接口6进行数据输出。

一种手持式激光气体分析仪操作时，若被测气体无法正压输入，可在外壳1内部气路中串接一个微型抽气泵；若被测气体工况过于恶劣，可在外壳1内部进气嘴2后或外壳1外部进气嘴前串接一个过滤器；若要调整本手持式激光气体分析仪的零点，可先通入零气标零再通入标气标定，建议此操作半年一次。

如图4所示，激光气体分析单元11包括激光发射单元1A、探测单元1B以及连接气室112；所述的激光发射单元1A、探测单元1B分别位于连接气室112的两端，激光发射单元和探测单元结构对称；激光发射单元1A和探测单元1B通过两端的密封圈110密封。

如图4所示，激光气体分析单元11的激光发射单元1A包括激光器104，通过激光器管脚102焊接在激光器板101上，激光器板101通过螺钉固定在透镜基座105上，激光器板101和透镜基座105中间压有用于密封的O型圈103，透镜108、导气环107通过透镜压环111和密封圈109压紧在透镜基座105上；所述的激光器104发光点位于透镜108的焦点处；导气环107和透镜压环111上开有导气槽。

探测单元1B的探测器114通过管脚焊接在探测器板116上，其他结构与激光发射单元1A对称。连接气室112通过螺纹和密封圈旋紧在激光发射单元1A和探测单元1B上。

被测气体通过进气嘴2、导气管进入进气口106后，经过导气槽进入连接气室112后经过导气槽，再通过出气口113排出到出气嘴3。

如图2、3、4，光电信号板10对激光器104的功率、波长等信号进行控制，激光器104发光，光源通过透镜108聚焦后通过被测气体吸收，之后通过探测单元1B的透镜后聚焦在探测器114上，光电信号板10上的信号处理模块连接探测单元1B的输出端，对探测器114采集到的信号进行运算处理，处理后的结果通过信号传输到信号输出及调试接口6，同时通过显示屏4进行同步数据显示。

在未饱和的弱吸收情况下，半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用Beer-Lambert关系表述：

I_v= I₀exp[-S(T)g(v-v₀)PXL]

式中：I₀和I_ν分别表示频率为ν的单色激光入射时和经过光程L、气体压力P和体积浓度为X的气体后的光强。线形函数g (ν-ν₀ )表征该吸收谱线的形状，它与气体温度T、压力P有关；S(T)表示气体吸收谱线的强度，是气体温度的函数。

上述实施例中，各部件的结构、外形、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本实用新型的技术方案的基础上，对个别部件进行的改变和等同变换，不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种手持式激光气体分析仪，包括外壳（1），其特征在于：

所述外壳（1）上部设置进气嘴（2）、出气嘴（3）；

所述外壳（1）前部设置显示屏（4）、电源开关（5）、信号输出及调试接口（6）、电源充电插口（7）；

所述外壳（1）的两侧中部为波纹形状；

所述外壳（1）内部设置有电池（8）、激光气体分析单元（11）、光电信号板（10）；电池（8）通过电池固定支架（9）固定在外壳（1）上，激光气体分析单元（11）通过气室固定支架（12）固定在外壳（1）上；激光气体分析单元（11）连接光电信号板（10），光电信号板（10）连接显示屏（4）和信号输出及调试接口（6），进气嘴（2）和出气嘴（3）分别通过导气管连接激光气体分析单元（11）。

2.根据权利要求1所述的一种手持式激光气体分析仪，其特征在于：在外壳（1）内部进气嘴（2）后，或者外壳（1）外部进气嘴（2）前串接过滤器。

3.根据权利要求1所述的一种手持式激光气体分析仪，其特征在于：所述激光气体分析单元（11）包括激光发射单元（1A）、探测单元（1B）以及连接气室（112）；激光发射单元（1A）、探测单元（1B）分别位于连接气室（112）的两端，激光发射单元（1A）和探测单元（1B）结构对称。

4.根据权利要求1所述的一种手持式激光气体分析仪，其特征在于：所述导气管上串接微型抽气泵。

5.根据权利要求3所述的一种手持式激光气体分析仪，其特征在于：所述激光发射单元（1A）包括激光器（104），通过管脚焊接在激光器板（101）上，激光器板（101）通过螺钉固定在透镜基座（105）上，激光器板（101）和透镜基座（105）中间压有用于密封的O型圈（103），透镜（108）、导气环（107）通过透镜压环（111）和密封圈（109）压紧在透镜基座（105）上；所述的激光器（104）发光点位于透镜（108）的焦点处。

6.根据权利要求5所述的一种手持式激光气体分析仪，其特征在于：导气环（107）和透镜压环（111）上开有导气槽。

7.根据权利要求3所述的一种手持式激光气体分析仪，其特征在于：所述探测单元（1B）的探测器（114）通过管脚焊接在探测器板（116）上。

8.根据权利要求5所述的一种手持式激光气体分析仪，其特征在于：所述光电信号板（10）内置有激光器驱动模块、信号处理模块；激光器驱动模块连激光器板（101），信号处理模块连接探测单元（1B）的输出端。

9.根据权利要求3所述的一种手持式激光气体分析仪，其特征在于：所述气室（112）为微型气室。

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