CN212410441U - 一种中远红外激光检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种中远红外激光检测装置，涉及光电通讯技术领域。包括安装导光柱的盒体、底板以及安装在底板上的电路板，其特征在于，设置用于将接收的中远红外光信号转换为电流信号的中远红外激光探测器，与将电流转换为电压信号的电流电压转换模块、用于将电压信号放大的电压放大模块连接，构成信号转换放大电路，以及用于稳定电源电压以及滤除电源纹波的电源稳压滤波模块。该中远红外激光检测装置对收到的中远红外激光信号可转化为电压信号并输出。相对现有技术而言，本实用新型有效的避免了设置外围电路，降低安装调试难度，同时大幅度减小外围电路板的面积，降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种中远红外激光检测装置，涉及光电通讯技术领域。
背景技术
由于物质分子在中红外波段特有的指纹吸收峰，可以高灵敏度检测出微量元素，同时量子级联激光器出射激光波长在中远红外波段的单频性好，且量子级联激光器体积小、使用寿命长、稳定性高。因此，中红外激光被广泛应用于传感检测、医疗、环境监测等领域。
特别地在工业油气开采、矿产开发领域随着钻探开关释放出天然气，其中包含大量的甲烷、乙烷、丙烷等各种烷烃。实际现场勘探过程中，要求快速地测量气体当中包含的各种参数从而推测勘探当地的地质条件；在易燃易爆化学危险气体泄漏（如一氧化碳，甲烷等）检测，需要检测微量气体的泄漏。
在实际测量中，广泛采用光谱法进行测量，然而传统的近红外激光测量技术对于被检测物质的浓度有较高要求，实际应用时，往往不符合实际测量标准。随着量子级联激光器的发展及应用，在实际测量中，改用中远红外激光器，可以大幅度降低对物质浓度和纯度的要求。中远红外激光器的广泛应用，推动了中远红外激光检测的发展。在精密测试场景下，稳定、可靠的激光器需配合同样精度的激光检测器。
量子级联激光器的发射功率较小，很多在10W左右，激光探测器检测到的光信号较弱，在检测物质有无领域对电信号的信号质量并没有太大要求；然而在精密测量场景下，想要详细测量物质组分的领域，比如同位素比值测量，是区分千分之一的差别，这种情况下对于激光检测器的稳定性、灵敏度、暗噪声、基线漂移等性能都提出较高要求；同时，在仪器生产安装时，还需要考虑到安装的空间大小、安装操作的简易程度等，在仪器后续维护保养时，还需要考虑维修更换难度、长期稳定性等。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种可以直接用于精密测量场景（比如同位素比值测量）的中远红外激光检测装置，在满足精度要求的条件下，大幅度降低中远红外激光检测仪器的安装及维护的难度，并且可快速更换激光探测器，满足不同波长仪器需求。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
设置中红外激光探测器基座，可适配不同的中远红外光电转换模块，用于安装连接不同波长、不同规格的中远红外探测器，其中探测器包括碲镉汞红外探测器；
电压稳压滤波模块，稳压部分用于将供电电压稳定在固定数值；
滤波部分用于滤除电源中的噪声；
电流电压转换模块，用于将电流信号转换为电压信号；
电压放大模块，用于将电压信号按比例放大。
一种中远红外激光检测装置，包括激光探测器和基座以及工作电源,安装导光柱的盒体、底板以及安装在底板上的电路板，其特征在于，设置用于将激光探测器接收的中远红外光信号转换为电流信号的中远红外激光探测器，与将电流转换为电压信号的电流电压转换模块、用于将电压信号放大的电压放大模块连接，构成信号转换放大电路，以及用于稳定工作电源电压以及滤除电源纹波的电源稳压滤波模块。
所述中红外激光探测器包括碲镉汞红外探测器，所述电流电压转换模块包括带反馈电容的跨阻抗运算放大器；所述电源稳压滤波模块包括三端集成稳压器以及电容、电感、电容组成的Π型滤波网络；所述电压放大模块包括负反馈运算放大器。
所述电压稳压滤波模块中的电压稳压部分，是利用齐纳稳压二极管和三端稳压器实现，将一定范围的输入电压稳压至固定电压。滤波部分使用电容、电感、电容组成的π滤波电路，第一级电容可以滤除电源中部分交流分量，电感可以有效降低电流的纹波，第二级电容进一步滤除电源中交流分量。
所述电流电压转换模块，包括跨阻抗的放大器，将电流转换为电压。跨阻抗运算放大器反向输入端与光电探测器基座一个管脚相接，跨阻抗运算放大器的同相输入端与电源地连接，信号输出端用于输出电压信号。
所述电压放大模块，包括反相运算放大器，跨阻抗运算放大器信号输出管脚连接反相运算放大器的反相管脚，反相放大器的同相管脚与电源地连接，反相放大器的输出管脚用于输出待测的电压信号。
所述检测装置还包括信号处理电路板，所述光探测器安装基座、电压稳压滤波模块、电流电压转换模块、电压放大模块集成在所述的信号处理电路板上，所述信号处理电路板上还焊接有SMA（Small A Type）母头座，用于连接数据采集设备。
所述检测装置还包括封装所述信号处理电路板的封装外壳，所述封装外壳包括开口的盒体和用于封装盒体的底板。盒体上开有电源座孔、指示灯孔、SMA母座孔，还设置有多个螺丝盲孔，用于固定封装底板。
所述的信号采集放大电路板，所述的中红外激光探测器、电源稳压滤波模块、电流电压模块和电压放大模块集成在所述信号采集放大电路板上，所述信号采集放大电路板上设有连接中红外激光探测器的基座。
还包括封装所述信号采集放大电路板的封装外壳，所述外壳包括固定信号采集放大电路板的底板和四面开孔的盒体，所述盒体上设有光信号窗口、电源接口、电信信号接口和上电状态指示窗口。
所述的底板上设置有多个贯穿的螺丝孔，所述螺丝孔用于固定信号采集放大电路板及盒体。
所述的底板上设置有固定装置用的盲螺丝孔。
所述中红外激光探测器基座，出三个焊接管脚与三个探测器针座。焊接管脚用于将中红外激光探测器基座固定并连接于电路板；探测器针座用于将探测器固定并连接于基座，针对不同波长需求可以快速方便的更换不同探测器。基座三个焊接管脚中，一个管脚与跨阻抗放大器反相输入端相连接，一个管脚与地相连接，还有一个管脚经过电阻后连接至2.5V。2.5V用于给探测器增加偏置电压，随着偏置电压增加，可以减小光电探测器响应时间，增加响应速度。
所述封装底板，设置有多个贯穿的螺丝孔，用于固定信号处理电路板和盒体。底板上还设置有用于固定检测器的螺丝盲孔。
本实用新型提供的中远红外激光检测装置将光探测器安装基座、电压稳压滤波模块、电流电压转换模块、电压放大模块集成为一体，该中远红外激光检测装置对收到的中远红外激光信号可转化为电压信号并输出。相对现有技术而言，本实用新型有效的避免了设置外围电路，降低安装调试难度，同时大幅度减小外围电路板的面积，降低了成本。
附图说明
图1为本实用新型盒体的外形结构图。
图2为本实用新型底板以及安装在底板上的电路板的结构示意图。
图3为本实用新型的内部结构展开图。
图4为本实用新型的电源稳压滤波模块的电路图。
图5为本实用新型中电流电压转换模块、电压放大模块的电路图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型的实施例，下面将对描述本实用新型实施例中所需要用到的附图进行简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其他附图。
下面详细描述本实用新型的实施例。本实施例中，中远红外激光检测装置由四大部分组成：盒体（300）、电路板（200）、底板（100）、导光柱（310）。底板（100）上开有三组孔，第一组用于封盖盒体的贯穿螺丝孔（110）4个，第二组用于固定电路板的贯穿螺丝孔（111）3个，第三组用于固定装置的盲螺丝孔（112）1个；盒体上开有四组孔，第一组是用于固定导光柱（310）的贯穿通孔（示意图中被导光柱挡住，未示出），第二组孔是用于固定底板的盲螺丝孔（321）4个，第三组孔是用于安装光电探测器的天窗孔（322），第四组孔是用于适配电路板（200）上SMA座（260）的拱形孔（323），第五组孔是用于适配电路板（200）上电源接口（250）的长方形孔（324）。
将螺丝柱（120）固定于底板第二组孔（111）上，形成可用于固定电路板（200）的支架。使用螺丝将电路板（200）固定于底板螺丝柱（120）上，安装上中远红外探测器，确保红外探测器的光学面刚好处于天窗（322）处，将电源接口（250）伸入长方形孔（324）中，同时盖上盒体。盖上盒体后，导光柱刚好在贴片LED灯（270）上方，可以将LED灯的灯光导出壳体外，便于观察上电情况。盲螺丝孔（112）用于将检测器固定于支架上，使用螺丝穿过支架后，将螺丝锁在螺丝孔（112）上，可以根据需求调整检测器的固定角度。
电源连接器出3个脚，分别连接正电源，电源地，负电源，其中正负电源处均有稳压模块和滤波模块。齐纳二极管（221）和三端稳压器（222）构成正电源的稳压模块，齐纳二极管（226）和三端稳压器（227）构成负电源的稳压模块。电容（223）、电感（224）、电容（225）构成正电源滤波模块，电容（228）、电感（229）、电容（2210）构成负电源的滤波模块。正负电源通过电源接口（250）输入到电路板（200）后，两端之间接上指示灯，指示电源输入是否正常，然后分别经各自的稳压、滤波模块后给放大器供电。
中红外激光探测器信号输出管脚与跨阻抗运算放大器（233）的反相输入端相连接，跨阻抗运算放大器（233）的同相输入端接地，跨阻抗电阻（231）阻值大小决定了跨阻抗运算放大器（233）转换光电流的能力。跨阻抗运算放大器（233）将电流信号转换为电压信号后经输入匹配电阻（241）输出到运算放大器（244），经运算放大器（244）放大后输出，反馈电阻（242）与输入匹配电阻（241）的比值决定了运算放大器（244）放大电压的比例。运算放大器（244）放大后电压信号经输出匹配电阻（261）输出SMA座，数据采集卡通过连接SMA获取信号。反馈电容（232）与反馈电容（243）用来滤除高频信号，防止信号激荡。去耦电容（234）和去耦电容（245）用于滤除放大器输出信号中高频信号，同时降低电流突变对输出电压的干扰。
Claims (7)
1.一种中远红外激光检测装置，包括激光探测器和基座以及工作电源,安装导光柱的盒体、底板以及安装在底板上的电路板，其特征在于，设置用于将激光探测器接收的中远红外光信号转换为电流信号的中远红外激光探测器，与将电流转换为电压信号的电流电压转换模块、用于将电压信号放大的电压放大模块连接，构成信号转换放大电路，以及用于稳定工作电源电压以及滤除电源纹波的电源稳压滤波模块。
2.根据权利要求1所述的中远红外激光检测装置，其特征是所述电流电压转换模块包括带反馈电容的跨阻抗运算放大器；所述电源稳压滤波模块包括三端集成稳压器以及电容、电感、电容组成的Π型滤波网络；所述电压放大模块包括负反馈运算放大器。
3.根据权利要求2所述的中远红外激光检测装置，其特征是所述电压稳压滤波模块中的电压稳压部分，是利用齐纳稳压二极管和三端稳压器实现，将一定范围的输入电压稳压至固定电压；滤波部分使用电容、电感、电容组成的π滤波电路，第一级电容可以滤除电源中部分交流分量，电感可以有效降低电流的纹波，第二级电容进一步滤除电源中交流分量。
4.根据权利要求2所述的中远红外激光检测装置，其特征是所述电流电压转换模块，包括跨阻抗的放大器，将电流转换为电压，跨阻抗运算放大器反向输入端与光电探测器基座一个管脚相接，跨阻抗运算放大器的同相输入端与电源地连接，信号输出端用于输出电压信号。
5.根据权利要求2所述的中远红外激光检测装置，其特征是所述电压放大模块，包括反相运算放大器，跨阻抗运算放大器信号输出管脚连接反相运算放大器的反相管脚，反相放大器的同相管脚与电源地连接，反相放大器的输出管脚用于输出待测的电压信号。
6.根据权利要求1所述的中远红外激光检测装置，其特征是还包括封装所述信号采集放大电路板的封装外壳，所述外壳包括固定信号采集放大电路板的底板和四面开孔的盒体，所述盒体上设有光信号窗口、电源接口、电信信号接口和上电状态指示窗口。
7.根据权利要求1所述的中远红外激光检测装置，其特征是所述的底板上设置有多个贯穿的螺丝孔，所述螺丝孔用于固定信号采集放大电路板及盒体。
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| CN117168612A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-05 | 华安钢宝利高新汽车板加工(常熟)有限公司 | 一种激光器发光功率监测装置 |
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