CN215768236U - 一种激光气体分析仪的气室 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种激光气体分析仪的气室，包括：气室管、进气接口、出气接口；气室管外周设有加热器；气室管一端设有激光发射组件、激光接收组件、第一隔热片；第一隔热片设于所述激光发射组件、激光接收组件与所述气室管之间，用于为激光发射组件、激光接收组件阻隔所述气室管与加热器热量；气室管另一端设有反射镜组件；进气接口、出气接口均与气室管连接。加热器包括设于所述气室管外壁的支撑架、加热片，支撑架设有与所述进气接口、出气接口对应的避位槽。所述第一隔热片设有透光通槽，其用于透过所述激光发射组件、反射镜组件发出的激光束。本实用新型旨在降低加热器热传递对激光发射组件、激光接收组件干扰，使气体测量更加精确。

Description

一种激光气体分析仪的气室

技术领域

本申请涉及气体监测设备技术领域，具体是一种激光气体分析仪的气室。

背景技术

需要说明的是，本部分所记载的内容并不代表都是现有技术。

在燃煤电厂、冶炼厂、垃圾发电站、水泥厂和化工厂等工业领域中，燃烧烟气脱硝中含大量的有害气体(NH3、HC I、HF、CO、CO2等)，为了防止环境污染和节约成本，业界都在大力对这些有害气体进行连续在线监测。

目前在固定污染源气体检测中，可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)得到了广泛的应用。其基本原理是被测气体被充入气室后，特定波长的激光束穿过被测气体，激光强度的衰减与气体的浓度成比例，因此可以通过检测激光强度的衰减信息分析获得被测气体的浓度。

现有的激光气体分析仪中，大多选用加热器对气室进行加热，以对气室待测气体中的水气处理；但是加热器的热传递效应对激光束的激光强度发射、接收装置造成干扰，使分辨率降低，导致测量不精确。

发明内容

本实用新型主要针对以上问题，提出了一种激光气体分析仪的气室，旨在降低加热器热传递对激光发射组件、激光接收组件干扰，使气体测量更加精确。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种激光气体分析仪的气室，包括：

气室管，所述气室管外周设有加热器；

所述气室管一端设有激光发射组件、激光接收组件、第一隔热片；所述第一隔热片设于所述激光发射组件、激光接收组件与所述气室管之间，用于为所述激光发射组件、激光接收组件阻隔所述气室管与所述加热器热量；

所述气室管另一端设有反射镜组件；

进气接口、出气接口，所述进气接口、出气接口均与所述气室管连接。

进一步地，包括第一窗口片、第二窗口片，所述第一窗口片、第二窗口片分别连接所述气室管两端，与所述气室管内壁围合成容气腔；所述第一窗口片、第二窗口片均包括透镜底座、安装于所述透镜底座的平面透镜、第二隔热片，所述进气接口、出气接口均与所述容气腔连通，所述第一窗口片、第二窗口片均与所述气室管之间设有密封圈、第三隔热片。

进一步地，所述加热器包括设于所述气室管外壁的支撑架、加热片，所述支撑架设有与所述进气接口、出气接口对应的避位槽。

进一步地，所述第一隔热片设有透光通槽，所述透光通槽用于透过所述激光发射组件、反射镜组件发出的激光束。

进一步地，包括第一安装架、第二安装架，所述第一安装架、第二安装架分别与所述第一窗口片、第二窗口片连接，所述激光发射组件、激光接收组件、第一隔热片安装于所述第一安装架，所述反射镜组件安装于所述第二安装架。

进一步地，包括安装于所述支撑架的过滤器、射流泵；所述过滤器与所述进气接口连接；所述射流泵与所述出气接口连接。

进一步地，所述激光发射组件包括激光器底座；所述激光器底座设有激光器、散热气嘴、第一凸透镜。

进一步地，所述激光接收组件包括光电池底座、安装在所述光电池底座上的光电池板与第二凸透镜。

进一步地，所述反射镜组件包括反射镜底座、安装于所述反射镜底座上的反射镜片。

进一步地，包括分别设于所述气室管两端的第一防护罩、第二防护罩；所述支撑架包括上盖、底座，所述支撑架材料为铝或铝合金；所述气室管、射流泵材料为不锈钢；所述气室管内壁喷氟且无光处理；所述进气接口、出气接口均为直通卡套接头，且通过密封胶带与所述气室管连接；所述平面透镜通过胶黏剂固定在所述透镜底座；所述激光器为红外可调谐激光器；所述激光器位于所述第一凸透镜的焦点处；所述光电池板位于所述第二凸透镜的焦点处；所述平面透镜镀有增透膜；所述第一窗口片、第二窗口片、第一安装架、第二安装架、气室管为可拆卸连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种激光气体分析仪的气室，能够将第一隔热片设于激光发射组件、激光接收组件与气室管之间，用于为激光发射组件、激光接收组件阻隔气室管与加热器热量热辐射，使气体测量更加精确。待测气体从进气接口进入气室管，加热器对气室管加热，激光束从激光发射组件发出，穿过第一隔热片，进入气室管内后到达气室管另一端的反射镜组件，激光束再次进入气室管内后穿过第一隔热片，被激光接收组件接收，气室管内被加热的高温气体从出气接口排出。这种采用多次折返设计，相比大多为单光道设计的气室，在气室管大小不变的情况下，检测光程更长，总光程可达到1300～1500mm，可有效降低检测下限，提高分辨率和缩短响应时间。第二隔热片、第三隔热片一方面避免加热器对气室管加热的热量通过热传递逸散流失，造成能量损失，另一方面降低对气室管两端的激光发射组件、激光接收组件、反射镜组件的工作性能影响，提高气体测量精确度。第一防护罩、第二防护罩套接笼罩第一安装架、第二安装架，能够起到防尘防水作用。平面透镜镀有增透膜，增透膜设置在平面透镜与容气腔邻近的一侧，能有效避免平面透镜被气体腐蚀、污染，且在清理污染物的时候能够很好的保护平面透镜不受到损伤。使标定气体更加直接，现场维护更加方便，

附图说明

图1为本申请一种激光气体分析仪的气室结构示意图。

图2为本申请一种激光气体分析仪的气室结构爆炸图。

图3为本申请一种激光气体分析仪的气室的气室管半剖图。

图4为本申请一种激光气体分析仪的气室的第一隔热片结构示意图。

图5为本申请一种激光气体分析仪的气室的激光发射组件结构爆炸图。

图6为本申请一种激光气体分析仪的气室的激光接收组件结构爆炸图。

图7为本申请一种激光气体分析仪的气室的反射镜组件结构爆炸图。

图8为本申请一种激光气体分析仪的气室的第一窗口片结构爆炸图。

图9为本申请一种激光气体分析仪的气室的光线走向示意图。

图中所示的附图标记：1、气室管；110、容气腔；2、加热器；210、支撑架；211、上盖；212、底座；220、加热片；230、避位槽；3、激光发射组件；310、激光器底座；320、激光器；330、散热气嘴；340、第一凸透镜；4、激光接收组件；410、光电池底座；420、光电池板；430、第二凸透镜；5、第一隔热片；510、透光通槽；6、反射镜组件；610、反射镜底座；620、反射镜片；7、进气接口；8、出气接口；9、第一窗口片；910、透镜底座；920、平面透镜；930、第二隔热片；10、第二窗口片；11、密封圈；12、第三隔热片；13、第一安装架；14、第二安装架；15、过滤器；16、射流泵；17、第一防护罩；18、第二防护罩。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1-图9，本实施例提供了一种激光气体分析仪的气室，包括：气室管1，进气接口7、出气接口8；气室管1外周设有加热器2；气室管1一端设有激光发射组件3、激光接收组件4、第一隔热片5；第一隔热片5设于激光发射组件3、激光接收组件4与气室管1之间，用于为激光发射组件3、激光接收组件4阻隔气室管1与加热器2热量；气室管1另一端设有反射镜组件6；进气接口7、出气接口8均与气室管1连接。

热传递的三种方式是：传导、对流和辐射。加热器2对气室管1进行热传导加热后，位于气室管1周围的激光发射组件3、激光接收组件4均会受到加热器2、气室管1、以及出气接口8处的高温热量影响，使激光接收组件4接收激光束的激光强度、波长准确度降低，通过设置第一隔热片5，能够很好的阻隔来自加热器2、气室管1、出气接口8的热辐射，使气体测量更加精确。

待测气体从进气接口7进入气室管1，加热器2对气室管1加热，激光束从激光发射组件3发出，穿过第一隔热片5，进入气室管1内后到达气室管1另一端的反射镜组件6，激光束再次进入气室管1内后穿过第一隔热片5，被激光接收组件4接收，气室管1内被加热的高温气体从出气接口8排出。这种采用多次折返设计，相比大多为单光道设计的气室，在气室管1大小不变的情况下，检测光程更长，总光程可达到1300～1500mm，可有效降低检测下限，提高分辨率和缩短响应时间。

请参照图2、图3和图8，包括第一窗口片9、第二窗口片10，第一窗口片9、第二窗口片10分别连接气室管1两端，与气室管1内壁围合成容气腔110；第一窗口片9、第二窗口片10均包括透镜底座910、安装于透镜底座910的平面透镜920、第二隔热片930，进气接口7、出气接口8均与容气腔110连通；第一窗口片9、第二窗口片10均与气室管1之间设有密封圈11、第三隔热片12。密封圈11保证第一窗口片9、第二窗口片10与气室管1连接的密封性，平面透镜920便于激光束穿过气室管1；第二隔热片930、第三隔热片12一方面避免加热器2对气室管1加热的热量通过热传递逸散流失，造成能量损失；另一方面阻隔热量，降低热传递对气室管1两端的激光发射组件3、激光接收组件4、反射镜组件6的工作性能影响，提高气体测量精确度。

请参照图1和图2，加热器2包括设于气室管1外壁的支撑架210、加热片220，支撑架210设有与进气接口7、出气接口8对应的避位槽230。加热片220通过支撑架210对气室管1加热，降低了水气对被测气体的影响，且支撑架210能够很好地固定气室管1，提高了测量的准确度；避位槽230为进气接口7、出气接口8伸出支撑架210让位，避免支撑架210对进气接口7、出气接口8覆盖影响。

请参照图1、图2和图4，第一隔热片5设有透光通槽510，透光通槽510用于透过激光发射组件3、反射镜组件6发出的激光束。当第一隔热片5选用非透明材料时，在第一隔热片5上开设透光通槽510对激光发射组件3、反射镜组件6发出的激光束进行避让，使激光束通过透光通槽510。

请参照图1、图2，包括第一安装架13、第二安装架14，第一安装架13、第二安装架14分别与第一窗口片9、第二窗口片10连接，激光发射组件3、激光接收组件4、第一隔热片5安装于第一安装架13，反射镜组件6安装于第二安装架14。

请参照图1和图2，包括安装于支撑架210的过滤器15、射流泵16；过滤器15与进气接口7通过管道(未图示)连接；射流泵16与出气接口8通过管道(未图示)连接。压缩气源(未图示)进入射流泵16产生动力抽取采样气体通过容气腔110，保证本激光气体分析仪的气室管1长时间稳定运行。优选的，过滤器15选用高过滤精度器件，能够过滤掉0.2um的灰尘。

请参照图1、图2和图5，激光发射组件3包括激光器底座310；激光器底座310设有激光器320、散热气嘴330、第一凸透镜340。散热气嘴330通过气管与压缩气体(未图示)相连后固定在第一安装架13下方对激光发射组件3循环气体降温，降低了激光器320工作时产生的高温对激光束波长的影响，提高了测量的准确度。

请参照图1、图2和图6，激光接收组件4包括光电池底座410、安装在光电池底座410上的光电池板420与第二凸透镜430。本激光气体分析仪的气室选用光电池板420方案作为激光接收器。

请参照图1、图2和图7，反射镜组件6包括反射镜底座610、安装于反射镜底座610上的反射镜片620。反射镜片620用于反射来自激光发射组件3的激光束。这种采用多次折返设计，相比大多为单光道设计的气室，在气室管1大小不变的情况下，检测光程更长，可有效降低检测下限，提高分辨率和缩短响应时间。

请参照图1和图2，包括分别设于气室管1两端的第一防护罩17、第二防护罩18；支撑架210包括上盖211、底座212，支撑架210材料为铝或铝合金；气室管1、射流泵16材料为不锈钢；气室管1内壁喷氟且无光处理；进气接口7、出气接口8均为直通卡套接头，且通过密封胶带与气室管1连接；平面透镜920通过胶黏剂固定在透镜底座910；激光器320为红外可调谐激光器；激光器320位于第一凸透镜340的焦点处；光电池板420位于第二凸透镜430的焦点处；平面透镜920镀有增透膜；第一窗口片9、第二窗口片10、第一安装架13、第二安装架14、气室管1为可拆卸连接。

第一防护罩17、第二防护罩18套接笼罩第一安装架13、第二安装架14，能够起到防尘防水作用。

支撑架210包括上盖211、底座212，支撑架210材料为铝或铝合金；加热片220通过导热性强，材质为铝的上盖211和底座212对气室管1热传递加热，降低了水气对被测气体的影响。

气室管1、射流泵16材料为不锈钢；能够有效保护气室管1、射流泵16不被气体腐蚀，延长使用寿命。

气室管1内壁喷氟且无光处理；内壁喷氟能够有效避免气室管1被气体腐蚀，且在清理污染物时能够很好的保护气室管1内壁受到损伤。无光处理可以降低杂散光带来的干扰，提高测量精度。

进气接口7、出气接口8均为直通卡套接头，且通过密封胶带(未图示)与气室管1连接，保证了容气腔110的密封性。

激光器320为红外可调谐激光器，红外可调谐激光器射出只被检测气体吸收波长的单线光谱，避免了背景气体交叉干扰。配合可调谐半导体激光吸收光谱技术和多次折返设计的激光发射组件3、激光接收组件4、反射镜组件6的气室管1，极大地提高了测量的准确度和分辨率，检出下限可做到0.1ppm以下，具有更长光程、更高分辨率、不受背景气体干扰，特定激光波长响应好。

激光器320位于第一凸透镜340的焦点处，第一凸透镜340对入射光聚焦；光电池板420位于第二凸透镜430的焦点处，第二凸透镜430对反射光聚焦。便于激光束通过第一隔热片5的透光通槽510。

平面透镜920镀有增透膜，增透膜设置在平面透镜920与容气腔110邻近的一侧，能有效避免平面透镜920被气体腐蚀、污染，且在清理污染物的时候能够很好的保护平面透镜920不受到损伤。优选的，增透膜增透的波长范围为1200～1700nm。

第一窗口片9、第二窗口片10、第一安装架13、第二安装架14、气室管1为可拆卸连接。这种可分离拆卸式设计易于调试，便于维护，可对平面透镜920、反射镜片620、第一凸透镜340、第二凸透镜430、气室管1的内壁快速有效的清洁和维修，减少了后期维护的工作量。

本技术实用新型不局限于上述实施方式，还有以下实施例：

优选的，本激光气体分析仪的气室的各个部件均去内应力处理，避免因内部产生的形变而影响激光束传播的角度，提高结构稳定性。

优选的，第一窗口片9、第二窗口片10通过螺钉固定在气室钢管两端。第一凸透镜340通过旋转螺纹固定在激光器底座310上；第二凸透镜430通过胶黏剂固定在光电池底座410上。反射镜片620通过胶黏剂固定在反射镜底座610上，反射镜底座610通过螺钉固定在第二安装架14上。第二隔热片930、第三隔热片12通过螺钉与气室管1端部相固定，以及第一隔热片5通过卡槽固定在第一安装架13上。上盖211和底座212通过螺钉固定在气室管1外壁上。过滤器15、射流泵16、通过螺钉固定在底座212上。加热片220通过螺钉固定在上盖211和底座212上。第一防护罩17、第二防护罩18通过螺钉分别固定在第一安装架13和第二安装架14上。

优选的，激光器底座310、反射镜底座610均为可调节式设计，采用调节组合件上的螺纹副调节激光器320和反射镜片620的三维空间位置控制光斑位置大小，使其刚好汇聚在反射镜片620中心位置和光电池板420上，提高了测量精度，光电池板420将光信号转换为电信号。相比传统的气体测量仪将反射镜内置到气腔内，本激光气体分析仪的气室反射镜片620外置到气室管1外，调整反射角更加方便灵活。

优选的，进气接口7和出气接口8设置在远离第一窗口片9、第二窗口片的两侧，有效减少被加热的高温气体对于反射镜片620、平面透镜920、激光发射组件3、激光接收组件4的工作精准度影响。

优选的，所采用的激光器320功率大于10mw，寿命大于三年，增加了本激光气体分析仪的气室的使寿命。

优选的，过滤器15采用螺钉固定在底座212上，滤芯可拆卸，更换清洗方便，大大地缩短了维护和更换的时间。

优选的，密封圈11为O型圈。

本实用新型大致工作过程：激光器320发射出只被待测气体吸收波长的单线光谱经第一凸透镜340聚焦，再通过第一窗口片9的平面透镜920穿越容气腔110后被反射镜片620反射，通过第二窗口片10的平面透镜920再次进入容气腔110、透过第一窗口片9的平面透镜920，最终经第二凸透镜430聚焦后汇聚在光电池板420上，通过第一隔热片5，能够很好的阻隔来自加热器2、气室管1、出气接口8的热辐射，使气体测量更加精确。

本技术实用新型不局限于上述实施方式，只要是说明书中提及的方案均落在本实用新型的保护范围之内。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，包括：

气室管，所述气室管外周设有加热器；

所述气室管一端设有激光发射组件、激光接收组件、第一隔热片；所述第一隔热片设于所述激光发射组件、激光接收组件与所述气室管之间，用于为所述激光发射组件、激光接收组件阻隔所述气室管与所述加热器热量；

所述气室管另一端设有反射镜组件；

进气接口、出气接口，所述进气接口、出气接口均与所述气室管连接。

2.根据权利要求1所述的一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，包括第一窗口片、第二窗口片，所述第一窗口片、第二窗口片分别连接所述气室管两端，与所述气室管内壁围合成容气腔；所述第一窗口片、第二窗口片均包括透镜底座、安装于所述透镜底座的平面透镜、第二隔热片，所述进气接口、出气接口均与所述容气腔连通，所述第一窗口片、第二窗口片均与所述气室管之间设有密封圈、第三隔热片。

3.根据权利要求2所述的一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，所述加热器包括设于所述气室管外壁的支撑架、加热片，所述支撑架设有与所述进气接口、出气接口对应的避位槽。

4.根据权利要求1所述的一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，所述第一隔热片设有透光通槽，所述透光通槽用于透过所述激光发射组件、反射镜组件发出的激光束。

5.根据权利要求3所述的一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，包括第一安装架、第二安装架，所述第一安装架、第二安装架分别与所述第一窗口片、第二窗口片连接，所述激光发射组件、激光接收组件、第一隔热片安装于所述第一安装架，所述反射镜组件安装于所述第二安装架。

6.根据权利要求5所述的一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，包括安装于所述支撑架的过滤器、射流泵；所述过滤器与所述进气接口连接；所述射流泵与所述出气接口连接。

7.根据权利要求6所述的一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，所述激光发射组件包括激光器底座；所述激光器底座设有激光器、散热气嘴、第一凸透镜。

8.根据权利要求7所述的一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，所述激光接收组件包括光电池底座、安装在所述光电池底座上的光电池板与第二凸透镜。

9.根据权利要求1所述的一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，所述反射镜组件包括反射镜底座、安装于所述反射镜底座上的反射镜片。

10.根据权利要求8所述的一种激光气体分析仪的气室，其特征在于，包括分别设于所述气室管两端的第一防护罩、第二防护罩；所述支撑架包括上盖、底座，所述支撑架材料为铝或铝合金；所述气室管、射流泵材料为不锈钢；所述气室管内壁喷氟且无光处理；所述进气接口、出气接口均为直通卡套接头，且通过密封胶带与所述气室管连接；所述平面透镜通过胶黏剂固定在所述透镜底座；所述激光器为红外可调谐激光器；所述激光器位于所述第一凸透镜的焦点处；所述光电池板位于所述第二凸透镜的焦点处；所述平面透镜镀有增透膜；所述第一窗口片、第二窗口片、第一安装架、第二安装架、气室管为可拆卸连接。

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