CN217466652U - 一种长光程微型气体吸收池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种长光程微型气体吸收池，包括：凹面反射镜；平面反射镜，其与所述凹面反射镜相对设置，且所述平面反射镜与凹面反射镜的中心距离A＝F/2ⁿ，其中F为所述凹面反射镜的焦距，n为正整数；光源发射器；以及光源接收器，其中所述光源发射器用于沿着垂直所述平面反射镜方向向所述凹面反射镜发射光束，所述光束可于所述凹面反射镜和所述平面反射镜之间多次反射，直至沿着垂直所述平面反射镜方向射出并被所述光源接收器接收。有益效果：狭小空间内布置平面反射镜和凹面反射镜保证平行光束入射、出射，满足平行光及呈较大角度发散光源多次反射、长光程的需求，结构简单、放射镜数量少、价格低廉，易于大批量工业化生产。

Description

一种长光程微型气体吸收池

技术领域

本实用新型涉及气体检测设备技术领域，尤其涉及一种长光程微型气体吸收池。

背景技术

防治燃气爆炸事故是安全生产的重点，开发高可靠性、高稳定性的甲烷传感器对安全生产具有重大意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱技术是利用半导体激光器的波长调谐特性和待测气体对激光的选择性吸收进行气体浓度检测的一种技术，原理是可调谐半导体激光器在驱动电流的调制下，发射出特定波长的激光，随着注入周期性电流的调制，波长产生周期性变化，通过波长扫描使激光器输出中心波长为待测气体的吸收谱线，利用经过气体吸收得到的光谱强度信号等信息反演出待测气体的浓度。这种激光甲烷传感器具有实时测量、准确度高、选择性好、无需经常标定等优点，非常适合用于燃气检测报警。且前，包括激光甲烷传感器在内的多种气体传感器都逐渐朝着布局紧凑、结构小巧方向发展，因此，如何在狭小空间的气室内布置光路是激光气体传感器发展中需要解决的难题。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决激光甲烷传感器狭小空间的气室布置光路问题，本实用新型的实施例提供了一种长光程微型气体吸收池。

本实用新型的实施例提供一种长光程微型气体吸收池，包括：

凹面反射镜；

平面反射镜，其与所述凹面反射镜相对设置，且所述平面反射镜与所述凹面反射镜的中心距离A＝F/2ⁿ，其中F为所述凹面反射镜的焦距，n为正整数；

光源发射器；

以及光源接收器，其中所述光源发射器用于沿着垂直所述平面反射镜方向向所述凹面反射镜发射光束，所述光束可于所述凹面反射镜和所述平面反射镜之间多次反射，直至沿着垂直所述平面反射镜方向射出并被所述光源接收器接收。

进一步地，所述平面反射镜与所述凹面反射镜的中心距离A＝F/2。

进一步地，所述光源发射器和所述光源接收器中的至少一个前端设有凸镜。

进一步地，所述光源发射器和所述光源接收器中的至少一个前方设有反射机构，以使射入所述反射机构的光束反射至垂直所述平面反射镜方向。

进一步地，所述反射机构包括定向反射镜，其出射的光束方向为垂直所述平面反射镜方向。

进一步地，所述定向反射镜为定向平面镜。

进一步地，所述光源发射器和所述光源接收器均竖直设置，光束以45°的入射角入射所述定向平面镜。

进一步地，所述光源发射器和所述光源接收器分别设置于所述平面反射镜的两侧。

进一步地，所述光源发射器和所述光源接收器设置于所述平面反射镜的一侧。

进一步地，所述光源发射器和所述光源接收器通过Y型光纤连接导入光纤。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的一种长光程微型气体吸收池，在狭小空间内仅仅布置平面反射镜和凹面反射镜形成光路结构，保证平行光束入射、平行光束射出，可以满足平行光及呈较大角度发散光源多次反射、长光程的需求，具有结构简单、放射镜数量少、价格低廉，易于大批量工业化生产的优点；通过在光源发射器和光源接收器前布置凸镜，可减少较大散射角出射时造成光强的损失和接收时未能聚焦带来的光强损失；另外通过设置反射机构对射入和射出的光束进行调整，进而改变光源发射器和光源接收器的位置，使传感器能够更加微型化、小型化。

附图说明

图1是本实用新型一种长光程微型气体吸收池的一实施例的示意图；

图2是本实用新型一种长光程微型气体吸收池的其他实施例的示意图；

图3是本实用新型一种长光程微型气体吸收池的其他实施例的示意图；

图4是本实用新型一种长光程微型气体吸收池的其他实施例的示意图；

图5是本实用新型一种长光程微型气体吸收池的其他实施例的示意图。

图中：1-凹面反射镜、2-平面反射镜、3-光源发射器、4-光源接收器、5-凸镜、6-反射机构。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。下面介绍的是本实用新型的多个可能实施例中的较优的部分，旨在提供对本实用新型的基本了解，但并不旨在确认本实用新型的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。

在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接；可以是机械连接,也可以是电连接；可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种长光程微型气体吸收池，主要应用于激光甲烷传感器，可以理解的是该长光程微型气体吸收池还可以应用于其他基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的气体传感器。该长光程微型气体吸收池主要包括凹面反射镜1、平面反射镜2、光源发射器3和光源接收器4。

其中，所述平面反射镜2与所述凹面反射镜1相对设置，所述平面反射镜2和所述凹面反射镜1之间形成用于气体的检测光路。所述平面反射镜2与所述凹面反射镜1的中心距离A＝F/2ⁿ，其中F为所述凹面反射镜1的焦距，n为正整数。本实用新型中所述平面反射镜2与所述凹面反射镜1的中心距离具体指所述平面反射镜2的镜面所在平面至所述凹面反射镜1镜面的中心点所在平面的距离，如图1中所示距离A。本实施例中，所述平面反射镜2与所述凹面反射镜1的中心距离A＝F/2。

所述光源发射器3为激光发射器等，可以发射出光束。所述光源接收器4为激光接收器等，可以接收光束。如图1所示，所述光源发射器3发射出的光束，沿着垂直所述平面反射镜2方向入射所述凹面反射镜1，所述光束可于所述凹面反射镜1和所述平面反射镜2之间多次反射，直至沿着垂直所述平面反射镜2方向射出并被所述光源接收器4接收。所述光源发射器3发射出的光束和所述光源接收器4所接收的光束近似平行。

需要说明的是，在实际应用时可以通过改变所述平面反射镜2的高度，来改变光束在所述平面反射镜2和所述凹面反射镜1之间的反射次数，进而可以设置所述光源发射器3和所述光源接收器4分别位于所述平面反射镜2的两侧，或者设置所述光源发射器3和所述光源接收器4同时位于所述平面反射镜2的一侧。

如图1所示，所述光源发射器3和所述光源接收器4分别位于所述平面反射镜2的两侧。所述平面反射镜2竖直设置，所述光源发射器3设置于所述平面反射镜2的上侧，朝向所述凹面反射镜1，可对所述凹面反射镜1上部发射水平光束。所述光源接收器4设置于所述平面反射镜2的下侧，朝向所述凹面反射镜1，可以接收由所述凹面反射镜1下部反射出的水平光束。此时光束在所述平面反射镜2和所述凹面反射镜1之间反射5次。

另外，如图4所示，相较于图1中所述平面反射镜2的高度减小时，光束由所述光源发射器3发出后，在所述平面反射镜2和所述凹面反射镜1之间经过3次反射，然后被所述光源接收器4接收。

所述光源发射器3和所述光源接收器4同时位于所述平面反射镜2的一侧，如同时设置于所述平面反射镜2的上侧或下侧。如图5所示，相较于图1中，所述平面反射镜2的高度增大。所述光源发射器3和所述光源接收器4同时设置于所述平面反射镜2的上侧。所述光源发射器3可对所述凹面反射镜1上部发射水平光束，所述光源接收器4设置于所述可以接收由所述凹面反射镜1下部反射出的光束，所述凹面反射镜1所接收的光束同样近似于水平。此时光束在所述平面反射镜2和所述凹面反射镜1之间反射11次。

优选的，在所述光源发射器3和所述光源接收器4还可以设置于所述平面反射镜2的一侧时，所述光源发射器3和所述光源接收器4通过Y型光纤连接导入光纤，进行光信号的传输。

在一些其他实施例中，所述光源发射器3和所述光源接收器4中的至少一个前端设有凸镜5。如图2所示，所述光源发射器3前端均设有凸镜5，所述凸镜5将散射光变成平行光入射；所述光源接收器4的前端均设有凸镜5，所述凸镜5将出射光聚焦后进入所述光源接收器。这样可减少较大散射角出射时造成光强的损失和接收时未能聚焦带来的光强损失。可以理解的是，也可以仅仅在所述光源发射器3的前端设置凸镜5，或者仅仅在所述光源接收器4的前端设置凸镜5。

在一些其他实施例中，所述光源发射器3和所述光源接收器4中的至少一个前方设有反射机构6，以使射入所述反射机构6的光束反射至垂直所述平面反射镜2方向。如图3所示，所述光源发射器3和所述光源接收器4的前端均设有反射机构6，所述反射机构6的作用是调整所述凹面反射镜1入射光束的方向、以及调整所述凹面反射镜1出射光束的方向，保证所述凹面反射镜1的入射光束和出射光束平行，进而可以对所述光源发射器3和所述光源接收器4进行灵活调整。

具体的，如图3所示，所述反射机构包括但不限于定向反射镜，所述定向反射镜对经过的光束进行反射，出射的光束方向为垂直所述平面反射镜2方向。优选的，所述定向反射镜为定向平面镜。光束以0～45°的入射角入射所述定向平面镜，所述定向平面镜倾斜安装，倾斜角度可以依据光束反射定律确定，以使光束沿着垂直所述平面反射镜2方向出射。由于本实施例中所述光源发射器3竖直朝上设置，所述光源接收器4竖直朝下设置，因此所述定向平面镜倾斜45°安装，使光束以45°的入射角入射所述定向平面镜，然后沿着水平方向出射，也就是由所述定向平面镜射出的光束垂直所述平面反射镜2方向。

需要说明的是，上述长光程微型气体吸收池的总光程L≈mA＝mF/2ⁿ其中m＝光束的段数，光束每反射一次光束的段数加一。本实施例中，n＝1，所述平面反射镜2的镜面至所述凹面反射镜1镜面的距离A＝F/2，

如图1所示，光束在所述平面反射镜2和所述凹面反射镜1之间反射5次时，光程L≈3F。

如图4所示，光束在所述平面反射镜2和所述凹面反射镜1之间反射3次时，光程L≈2F。

如图5所示，光束在所述平面反射镜2和所述凹面反射镜1之间反射1次时，光程L≈6F。

在一些其他实施例中：n＝2、3、4、5……

n＝2时，A＝F/2ⁿ＝F/4，m＝8时，L≈8A＝2F；

n＝3时，A＝F/2ⁿ＝F/8，m＝12时，L≈12A＝1.5F；

n＝4时，A＝F/2ⁿ＝F/16，m＝18时，L≈16A＝F；

n＝5时，A＝F/2ⁿ＝F/32，m＝24时，L≈24A＝0.75F；

……

所述平面反射镜2的镜面至所述凹面反射镜1镜面的距离A可以根据所述激光甲烷传感器的检测光路所需的光程、以及所述激光甲烷传感器形状和大小灵活设置。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解的是，它们是相对的概念，可以根据使用、放置的不同方式而相应地变化，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长光程微型气体吸收池，其特征在于，包括：

凹面反射镜；

平面反射镜，其与所述凹面反射镜相对设置，且所述平面反射镜与所述凹面反射镜的中心距离A＝F/2ⁿ，其中F为所述凹面反射镜的焦距，n为正整数；

光源发射器；

以及光源接收器，其中所述光源发射器用于沿着垂直所述平面反射镜方向向所述凹面反射镜发射光束，所述光束可于所述凹面反射镜和所述平面反射镜之间多次反射，直至沿着垂直所述平面反射镜方向射出并被所述光源接收器接收。

2.如权利要求1所述的一种长光程微型气体吸收池，其特征在于：所述平面反射镜与所述凹面反射镜的中心距离A＝F/2。

3.如权利要求1所述的一种长光程微型气体吸收池，其特征在于：所述光源发射器和所述光源接收器中的至少一个前端设有凸镜。

4.如权利要求1所述的一种长光程微型气体吸收池，其特征在于：所述光源发射器和所述光源接收器中的至少一个前方设有反射机构，以使射入所述反射机构的光束反射至垂直所述平面反射镜方向。

5.如权利要求4所述的一种长光程微型气体吸收池，其特征在于：所述反射机构包括定向反射镜，其出射的光束方向为垂直所述平面反射镜方向。

6.如权利要求5所述的一种长光程微型气体吸收池，其特征在于：所述定向反射镜为定向平面镜。

7.如权利要求6所述的一种长光程微型气体吸收池，其特征在于：所述光源发射器和所述光源接收器均竖直设置，光束以45°的入射角入射所述定向平面镜。

8.如权利要求1所述的一种长光程微型气体吸收池，其特征在于：所述光源发射器和所述光源接收器分别设置于所述平面反射镜的两侧。

9.如权利要求1所述的一种长光程微型气体吸收池，其特征在于：所述光源发射器和所述光源接收器设置于所述平面反射镜的一侧。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种长光程微型气体吸收池，其特征在于：所述光源发射器和所述光源接收器通过Y型光纤连接导入光纤。

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