CN216484610U - 一种基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气体检测技术领域，提供一种基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，包括：气室、长光程光学结构和控制模块；所述气室内具有第一气密结构和位于第一气密结构下方的第二气密结构；所述第一气密结构内具有窄线宽激光器、光电探测器和驱动采集电路；所述窄线宽激光器和光电探测器分别与驱动采集电路电连接；所述驱动采集电路与控制模块电连接；所述第二气密结构开设进气口和出气口，能够与待测气体连通；所述第二气密结构内部布置长光程光学结构；所述长光程光学结构包括激光接收器，所述激光接收器通过光纤连接光电探测器。本实用新型能够实现检测过程中无需人员参与，无需消耗相关反应物，快速检测混合气体中硫化氢气体浓度。

Description

一种基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置

技术领域

本实用新型涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置。

背景技术

现阶段测量硫化氢气体浓度，大多采用将硫化氢转化为其他物质，通过测量转化物的量与标准气通过相同方式得到转化物的量对比，间接测出待测气体中硫化氢浓度。

但是，测试过程中需消耗相关反应物，操作过程复杂，测量时间长，硫化氢本身为有毒气体，在人员操作过程中存在很大风险。测试设备体积较大，不方便在现场进行快速、直接测试，对操作人员专业水平要求高，不便在工业上快速推广。

实用新型内容

本实用新型主要解决现有技术的利用催化的办法将硫化氢转化为其他物质的方式，检测硫化氢气体浓度时存在操作过程复杂，需要消耗反应物，测量时间长的技术问题，提出一种基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，利用激光快速检测待测气体中硫化氢气体浓度，以实现检测过程中无需人员参与，无需消耗相关反应物，免维护，快速检测混合气体中硫化氢气体浓度的目的。

本实用新型提供了一种基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，包括：包括：气室、长光程光学结构和控制模块；

所述气室内具有第一气密结构和位于第一气密结构下方的第二气密结构；

所述第一气密结构内具有窄线宽激光器、光电探测器和驱动采集电路；所述窄线宽激光器和光电探测器分别与驱动采集电路电连接；所述驱动采集电路与控制模块电连接；

所述第二气密结构开设进气口和出气口，能够与待测气体连通；所述第二气密结构内部布置长光程光学结构；

所述长光程光学结构包括激光接收器，所述激光接收器通过光纤连接光电探测器；

所述窄线宽激光器发射窄线宽激光，发射的窄线宽激光通过光纤传输至长光程光学结构，所述长光程光学结构增加激光束传输的光程，并将激光束最终由激光接收器接收并传输至光电探测器；所述光电探测器将激光接收器接收的激光信号转化为电信号；所述驱动采集电路根据光电探测器的电信号计算待测气体中硫化氢气体浓度。

优选的，所述长光程光学结构，还包括：准直器、第一反射镜、第二反射镜和笼式固定结构；

所述笼式固定结构安装在第二气密结构内部；

所述准直器安装在笼式固定结构上方，所述准直器通过光纤与窄线宽激光器连接，所述准直器用于对窄线宽激光器发射的窄线宽激光束进行准直；

所述第一反射镜和第二反射镜分别安装在笼式固定结构内，且第一反射镜与第二反射镜上下对应设置；所述第一反射镜具有入射通光孔，所述入射通光孔与准直器位置对应；所述第二反射镜具有出射通光孔，所述出射通光孔与激光接收器位置对应；

所述激光接收器安装在笼式固定结构底面。

优选的，所述控制模块位于气室上方，所述控制模块上分别连接电源和天线。

优选的，所述气室的顶部留有控制模块连接口，用于连接控制模块。

优选的，所述第一气密结构和第二气密结构均采用耐腐蚀材料。

优选的，所述窄线宽激光器采用分布反馈DFB激光器，采用单模光纤输出的方式，输出中心波长在1560nm-1600nm范围内。

优选的，所述准直器通过准直器调节结构安装在笼式固定结构上。

优选的，所述第一反射镜和第二反射镜表面镀有对1560nm-1600nm波长的激光具有反射效果的介质膜或金属膜。

优选的，所述激光接收器通过激光接收器调节结构安装在笼式固定结构上。

优选的，所述激光接收器采用自聚焦透镜或非球面透镜将激光耦合进光纤。

本实用新型提供的一种基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，采用激光检测的方式，结合长光程气室结构，基于TDLAS技术和Lambert-Beer定律并利用激光快速检测待测气体中低浓度硫化氢气体浓度，具有响应速度快，操作简单，免维护的优点，在检测过程中无需人员接触待测气体环境，有效降低检测人员接触硫化氢气体导致的中毒的风险。相对催化传感的方式，大大提高检测的效率、可靠性和准确性。

附图说明

图1是本实用新型提供的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置的原理示意图。

附图标记：气室1；长光程光学结构2；控制模块3；电源4；天线5；控制模块连接口6；进气口101；出气口102；第一气密结构103；第二气密结构104；光电探测器105；窄线宽激光器106；驱动采集电路107；准直器201；准直器调节结构202；第一反射镜203；第二反射镜204；激光接收器205；激光接收器调节结构206；笼式固定结构207。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

如图1-2所示，本实用新型实施例提供的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，包括：气室1、长光程光学结构2和控制模块3。

所述气室1内具有第一气密结构103和位于第一气密结构103下方的第二气密结构104。所述第一气密结构103内具有窄线宽激光器106、光电探测器105和驱动采集电路107；所述窄线宽激光器106和光电探测器105分别与驱动采集电路107电连接；所述驱动采集电路107与控制模块3电连接。

所述第二气密结构104开设进气口101和出气口102，能够与待测气体连通；所述第二气密结构104内部布置长光程光学结构2。所述长光程光学结构2增加激光束传输的光程，并将激光束接收并传输至光电探测器105。

第一气密结构103和第二气密结构104相互密封，且第一气密结构103与检测装置外部密封。第一气密结构103与第二气密结构104间通过光纤进行连接。所述第一气密结构103和第二气密结构104均采用耐腐蚀材料。第一气密结构103位于第二气密结构104和控制模块3之间，第一气密结构103，提供结构密封性防护，为光电探测器105、窄线宽激光器106、驱动采集电路107提供密封环境保护，避免检测过程中待测气体中硫化氢气体和外界环境直接接触窄线宽激光器106和电子器件产生腐蚀现象，隔绝电子器件与待测气体。

第二气密结构104位于第一气密结构103下方，且与第一气密结构103相互密封，用于提供长光程光学结构的气室密封和固定作用。第二气密结构104的功能是将待测气体通过进气口101引入检测装置内第二气密结构104内部，并将第二气密结构104内部的待测气体通过出气口102引出至检测装置外部。

所述窄线宽激光器106位于第一气密结构103内部用于发射窄线宽激光，发射的窄线宽激光通过光纤传输至准直器201。所述窄线宽激光器106采用分布反馈DFB(Distributed Feedback Laser，分布式反馈)激光器，采用单模光纤输出的方式，输出中心波长在1560nm-1600nm范围内，能够与硫化氢气体分子吸收波长一致的窄线宽激光。窄线宽激光器106发射激光的波长可被驱动采集电路107调制。

所述光电探测器105位于第一气密结构103内部与驱动采集电路107相连，用于将激光接收器205接收的激光信号转化为电信号，为驱动采集电路107计算待测气体中硫化氢气体浓度提供电信号。

驱动采集电路107位于第一气密结构103内部用于驱动窄线宽激光器106发射窄线宽激光和接收光电探测器105接收的激光信号转化的电信号，对电信号进行数据处理得到待测气体中硫化氢气体浓度，将浓度数据传输至控制模块3。

所述长光程光学结构2包括激光接收器205，所述激光接收器205通过光纤连接光电探测器105。在本实施例中，所述长光程光学结构2，还包括：准直器201、第一反射镜203、第二反射镜204和笼式固定结构207。

所述笼式固定结构207安装在第二气密结构104内部；所述笼式固定结构207用于固定准直器201、准直器调节结构202、第一反射镜203、第二反射镜204、激光接收器205、激光接收器调节结构206，具有调节第一反射镜203与第二反射镜204间的距离和相对笼式固定结构207沿轴线的转角，具有固定长光程光学结构2的功能。

所述准直器201安装在笼式固定结构207上方，具体的，所述准直器201通过准直器调节结构202安装在笼式固定结构207上。所述准直器201通过光纤与窄线宽激光器106连接，所述准直器201用于对窄线宽激光器106发射的窄线宽激光束进行准直。准直器201可以采用自聚焦透镜或非球面透镜。其中，准直器调节结构202通过结构连接的方式固定在笼式固定结构207一端，用于调节准直器201相对笼式固定结构207轴线的二维位置和俯仰偏摆角度，以实现经准直器准直后的窄线宽激光束在第一反射镜203和第二反射镜204间多次反射，最终反射至激光接收器205。

所述第一反射镜203和第二反射镜204分别安装在笼式固定结构207内，且第一反射镜203与第二反射镜204上下对应设置；所述第一反射镜203具有入射通光孔，所述入射通光孔与准直器201位置对应，入射通光孔能够通过准直后的窄线宽激光束。所述第二反射镜204具有出射通光孔，所述出射通光孔与激光接收器205位置对应。出射通光孔能够出射多次反射后照射至激光接收器205的激光束。所述第一反射镜203和第二反射镜204表面镀有对1560nm-1600nm波长的激光具有反射效果的介质膜或金属膜。

所述激光接收器205安装在笼式固定结构207底面。具体的，所述激光接收器205通过激光接收器调节结构206安装在笼式固定结构207上，与准直器201相对的另一端。所述激光接收器205采用自聚焦透镜或非球面透镜将激光耦合进光纤，用于将窄线宽激光器106发射的经准直器201准直后的窄线宽激光在第一反射镜203和第二反射镜204间多次反射后的激光束通过自聚焦透镜或非球面透镜耦合光纤中，传输至与光纤另一端连接第一气密结构103内光电探测器105。其中，激光接收器调节结构206用于调节激光接收器205相对笼式固定结构207轴线的二维位置和俯仰偏摆角度，以实现经第一反射镜203和第二反射镜204间多次反射的激光束耦合进激光接收器205。

上述结构实现在气室1内部的第二气密结构104内实现有限空间内，光束通过第一反射镜203和第二反射镜204进行多次反射，增长窄线宽激光器106发射的激光经准直器201至激光接收器205间激光束传输的光程，使激光束在第一反射镜203与第二反射镜204间传输的光程远大于第一反射镜203与第二反射镜204间的空间距离。

在本实施例中，所述窄线宽激光器106发射窄线宽激光，发射的窄线宽激光通过光纤传输至长光程光学结构2，所述长光程光学结构2增加激光束传输的光程，并将激光束最终由激光接收器205接收并传输至光电探测器105；所述光电探测器105将激光接收器205接收的激光信号转化为电信号；所述驱动采集电路107根据光电探测器105的电信号计算待测气体中硫化氢气体浓度。

在上述方案的基础上，所述控制模块3位于气室上方，所述控制模块3用于控制气室1内驱动采集电路107工作状态和为驱动采集电路107供电。所述气室1的顶部留有控制模块连接口6，用于连接控制模块3。所述控制模块3上分别连接电源4和天线5。电源4采用有线连接或内置电池的方式为控制模块3供电。天线5与控制模块3相连，用于传输驱动采集电路107计算得到的待测气体中硫化氢气体浓度，将数据传输至客户端。

本实用新型基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置的工作原理：驱动采集电路107以调制电流的方式驱动窄线宽激光器106，窄线宽激光器106发射的窄线宽激光经准直器201准直，准直后的激光束在第一反射镜203和第二反射镜204间多次反射，待测气体由进气口101传输至第二气密结构104内部，并由出气口102传输至检测装置外部；当待测气体中含有硫化氢气体时，激光束内部分特征分量被硫化氢气体吸收，部分特征分量被吸收后的激光束最终由激光接收器205接收并传输至光电探测器105，驱动采集电路107根据光电探测器105接收到并转化的电信号，根据Lambert-Beer(朗伯比尔)定律，通过微分和差分的计算方式，计算经气体分子吸收和未被气体分子吸收时理想情况下的偏差值，得到待测气体中硫化氢气体浓度，天线5将待测气体中硫化氢气体浓度传输至客户端。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，包括：气室(1)、长光程光学结构(2)和控制模块(3)；

所述气室(1)内具有第一气密结构(103)和位于第一气密结构(103)下方的第二气密结构(104)；

所述第一气密结构(103)内具有窄线宽激光器(106)、光电探测器(105)和驱动采集电路(107)；所述窄线宽激光器(106)和光电探测器(105)分别与驱动采集电路(107)电连接；所述驱动采集电路(107)与控制模块(3)电连接；

所述第二气密结构(104)开设进气口(101)和出气口(102)，能够与待测气体连通；所述第二气密结构(104)内部布置长光程光学结构(2)；

所述长光程光学结构(2)包括激光接收器(205)，所述激光接收器(205)通过光纤连接光电探测器(105)；

所述窄线宽激光器(106)发射窄线宽激光，发射的窄线宽激光通过光纤传输至长光程光学结构(2)，所述长光程光学结构(2)增加激光束传输的光程，并将激光束最终由激光接收器(205)接收并传输至光电探测器(105)；所述光电探测器(105)将激光接收器(205)接收的激光信号转化为电信号；所述驱动采集电路(107)根据光电探测器(105)的电信号计算待测气体中硫化氢气体浓度。

2.根据权利要求1所述的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述长光程光学结构(2)，还包括：准直器(201)、第一反射镜(203)、第二反射镜(204)和笼式固定结构(207)；

所述笼式固定结构(207)安装在第二气密结构(104)内部；

所述准直器(201)安装在笼式固定结构(207)上方，所述准直器(201)通过光纤与窄线宽激光器(106)连接，所述准直器(201)用于对窄线宽激光器(106)发射的窄线宽激光束进行准直；

所述第一反射镜(203)和第二反射镜(204)分别安装在笼式固定结构(207)内，且第一反射镜(203)与第二反射镜(204)上下对应设置；所述第一反射镜(203)具有入射通光孔，所述入射通光孔与准直器(201)位置对应；所述第二反射镜(204)具有出射通光孔，所述出射通光孔与激光接收器(205)位置对应；

所述激光接收器(205)安装在笼式固定结构(207)底面。

3.根据权利要求2所述的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述控制模块(3)位于气室上方，所述控制模块(3)上分别连接电源(4)和天线(5)。

4.根据权利要求3所述的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述气室(1)的顶部留有控制模块连接口(6)，用于连接控制模块(3)。

5.根据权利要求3所述的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述第一气密结构(103)和第二气密结构(104)均采用耐腐蚀材料。

6.根据权利要求3所述的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述窄线宽激光器(106)采用分布反馈DFB激光器，采用单模光纤输出的方式，输出中心波长在1560nm-1600nm范围内。

7.根据权利要求3所述的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述准直器(201)通过准直器调节结构(202)安装在笼式固定结构(207)上。

8.根据权利要求3所述的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述第一反射镜(203)和第二反射镜(204)表面镀有对1560nm-1600nm波长的激光具有反射效果的介质膜或金属膜。

9.根据权利要求3所述的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述激光接收器(205)通过激光接收器调节结构(206)安装在笼式固定结构(207)上。

10.根据权利要求9所述的基于长光程的点型激光硫化氢气体检测装置，其特征在于，所述激光接收器(205)采用自聚焦透镜或非球面透镜将激光耦合进光纤。

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