CN217901545U - 一种应用于点光源的长光程光学腔体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种应用于点光源的长光程光学腔体，用以解决现有光学腔体的光程尺寸大、结构复杂的技术问题。本实用新型包括腔体结构和光学结构，光学结构设置在腔体结构内，所述腔体结构包括壳体和端盖，壳体通过调整结构I与端盖可拆卸连接，壳体与观察窗盖板可拆卸连接；所述壳体内设有气室，壳体上设有泵吸结构，泵吸结构和端盖均与气室相连通；所述端盖上固定有信号处理板，信号处理板与光学结构相连接；所述光学结构设置在气室内和端盖上，光学结构上设有调整结构II。本实用新型在有限的空间内实现多次反射的长光程的光学腔体，光程尺寸比高，结构简单，低成本。

Description

一种应用于点光源的长光程光学腔体

技术领域

本实用新型涉及光学气体传感器检测的技术领域，尤其涉及一种应用于点光源的长光程光学腔体，用于光学气体检测。

背景技术

现有的光学气体传感器具有寿命长、精度高、抗中毒等优点，在气体检测领域广泛应用；光学腔体为传感器的核心部件，直接决定传感器的性能和外形尺寸。

随着在气体检测领域对精度的要求提升，光学气体吸收池的光程也需要进一步提高。要求在有限空间内的实现更长的光程。

申请号为201821677060.7的实用新型专利公开了一种适用于痕量气体检测长光程红外气体传感器，包括保护腔体、副镜调节装置及主镜座组件；所述保护腔体包括护罩、腔体及盖板组成；所述腔体两边侧壁有进气孔和出气孔；所述主镜座组件包括光源、探测器、pcb电路板、聚光杯、光学窗口、主镜座及主反射镜组成；所述护罩直接用M3螺丝固定安装于主镜座上；所述副镜调节装置包括两个副镜及固定调节副镜的副镜调节座；所述盖板用M3沉头螺丝固定安装于副镜座上；所述腔体与副镜调节装置及主镜座组件之间形成密封件；所述密封件形成测量气室。其优点是高效准确、价格便宜，适宜各种规模的痕量气体的测量、利于广泛推广使用。该专利采用怀特池结构，体积大。

实用新型内容

针对现有光学腔体的光程尺寸大、结构复杂的技术问题，本实用新型提出一种应用于点光源的长光程光学腔体，结构简单，光程尺寸比高。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种应用于点光源的长光程光学腔体，包括腔体结构和光学结构，光学结构设置在腔体结构内，所述腔体结构包括壳体和端盖，壳体通过调整结构I与端盖可拆卸连接，壳体与观察窗盖板可拆卸连接；所述壳体内设有气室，壳体上设有泵吸结构，泵吸结构和端盖均与气室相连通；所述端盖上固定有信号处理板，信号处理板与光学结构相连接；所述光学结构设置在气室内和端盖上，光学结构上设有调整结构II。

优选地，所述光学结构包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜固定设置在壳体上远离端盖的一侧，第二反射镜固定安装在端盖上，第二反射镜与第一反射镜相对应；所述第二反射镜上设有进光口和出光口，进光口上设有光发射组件，光发射组件上设有调整结构II；出光口上设有探测器，光发射组件和探测器均与信号处理板相连接。

优选地，所述光发射组件包括光源和光阑筒，光源和光阑筒设置在端盖内，光阑筒设置在进光口，光阑筒上设有调整结构II；所述光源和光阑筒的中心在同一直线上，光源与信号处理板相连接。

优选地，所述光源的外侧设有反光灯罩，出光口上设有聚光杯，探测器设置在聚光杯的焦点处。

优选地，所述调整结构I包括第三螺钉，第三螺钉的数量设有四个，四个第三螺钉设置在端盖的四角，端盖通过第三螺钉与壳体的侧部相连接。

优选地，所述调整结构II包括光阑筒、顶丝及第一螺钉，光阑筒上装有三个顶丝及三个第一螺钉，光阑筒通过三个第一螺钉与端盖相连接，微调顶丝和第一螺钉的旋入深度实现调整入射光束的入射角度。

优选地，所述信号处理板上设有控制电路和连接器，控制电路分别与光源、连接器和光学结构的探测器相连接。

优选地，所述端盖上固定设有腔体加热结构，腔体加热结构包括加热器和温度传感器，加热器和温度传感器均固定在端盖的沉孔中，加热器和温度传感器均与控制电路相连接。

优选地，所述泵吸结构包括进气嘴和出气嘴，进气嘴和出气嘴均设置在壳体的侧部，进气嘴和出气嘴均与气室相连通。

优选地，所述端盖和观察窗盖板均与壳体密封连接；所述端盖通过O型密封圈与壳体密封连接；所述观察窗盖板通过密封圈与壳体密封连接；所述光学结构的探测器通过探测器隔圈与端盖相连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过端盖调整两个反射镜之间的距离，从而调整两个反射镜之间的反射光束；同时在出光口设置调整结构来调整出射光的角度，在出光口利用探测器进行探测，通过信号处理板进行处理后进行气室内气体浓度的探测。本实用新型在有限的空间内实现多次反射的长光程的光学腔体，光程尺寸比高，结构简单，低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的爆炸图。

图3为本实用新型的光学结构的示意图。

图4为本实用新型的两个反射镜的反射光斑分布示意图，其中，（a）为第二反射镜，（b）为第一反射镜。

图5为本实用新型的腔体结构的示意图。

图6为图2的俯视图。

图7为本实用新型调整结构的示意图。

图中，1为壳体，2为第一反射镜，3为进气嘴，4为出气嘴，5为O型密封圈，6为第二反射镜，7为端盖，8为探测器隔圈，9为探测器，10为信号处理板，10为信号处理板，11为光阑筒，12为反光灯罩，13为光源，14为第一螺钉，15为固定盘，16为连接器，17为观察窗盖板，18为密封圈，19为第二螺钉，20为第三螺钉，21为第四螺钉，22为加热器，23为温度传感器，24为进光口，25为出光口，26为聚光杯。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，一种应用于点光源的长光程光学腔体，包括腔体结构和光学结构，光学结构设置在腔体结构内。腔体结构包括壳体1和端盖7，壳体1和端盖7可拆卸连接，壳体1上可拆卸连接有观察窗盖板17，利用观察窗盖板17可以打开气室，通过调整端盖7可以调节光学结构。壳体1设有气室，气室实现光束的往复反射，通过光束的损耗即郎伯-比尔定律中光束经过被测气体的过程中光的能量被吸收来探测气室内的气体含量。光学结构的点光源通过反光灯罩、光阑筒发出一定口径的光束，光束在腔体结构的气室中往复反射，最终到达出光口经过聚光杯的汇聚后到达探测器的接收面上，被测气体通过进出气口经过气室，从而实现气体检测的目的。

壳体1上设有泵吸结构，泵吸结构和端盖7均与气室相连通；泵吸结构用于向气室内通入或吸出待检测的气体。端盖7上设有的光学结构与气室相连通，保证光束的往复反射。端盖7上固定有信号处理板10，信号处理板10与光学结构相连接；信号处理板10用于控制光学结构的点光源的启闭，同时采集出光口探测的光信号。光学结构设置在气室内和端盖7上，端盖7上设有调整结构I，调整结构I与壳体1相连接，调整结构I用于微量调整端盖7与壳体1的距离，光学结构上设有调整结构II，调整结构II用于调整进光口的光束，将出射光束调整到探测器9位置的光束出光口，实现探测器9探测损耗后的光束。

如图3和图5所示，所述光学结构包括第一反射镜2和第二反射镜6，第一反射镜2通过胶粘固定设置在壳体1上远离端盖7的一侧，第二反射镜6通过胶粘固定安装在端盖7上，即第二反射镜6与第一反射镜2设置在气室的两侧。第一反射镜2为凹面反射镜，用于对光束进行反射。第二反射镜6与第一反射镜2相对应，即第二反射镜6与第一反射镜2同轴安装，实现将发射的光束在第二反射镜6与第一反射镜2之间的气室内来回反射。第二反射镜6上设有进光口24和出光口25，进光口24上光发射组件，光发射组件用于通过进光口发出光束。光发射组件上设有调整结构II，调整发射光束的角度。所述出光口25上设有探测器9，探测器9为接收组件用于接收出光口上衰减的光信号并转化为电信号。光发射组件和探测器9均与信号处理板10相连接。信号处理板10采集探测器9探测的光信号并将电信号通过变送器传送至上位机，实现气体含量的探测。如图1所示，所述光学结构的探测器9通过探测器隔圈8设置在端盖7上。

如图3所示，所述光发射组件包括光源13和光阑筒11，光源13和光阑筒11设置在端盖7内，光源13用于发出光，光阑筒11用于聚焦光。光阑筒11设置在进光口24内，将光束传入气室。光阑筒11上设有调整结构II，用于调整进入反射腔的光束的角度。光源13和光阑筒11的中心在同一直线上，从而将能量较大的光传送至气室。光源13与信号处理板10相连接。信号处理板10用于控制光源13的启闭，从而进行气体探测的控制。

进一步地，所述光源13的外侧设有反光灯罩12，用于对光源13进行聚光。出光口25上设有聚光杯26，聚光杯26用于对出光口得到的光信号进行聚焦，探测器9设置在聚光杯26的焦点处，用于探测光信号。

光源13为点光源或大发散角的面光源，光源13发出发散光束经反光灯罩12反射，形成相对较准直的光束，再经过光阑筒11后形成一定口径的准直光束。准直光束以一定的角度经过进光口24到达第一反射镜2，然后在第一反射镜2、第二反射镜6间往复反射后到达出光口25。光束在第一反射镜2上形成一圈反射光斑，同时在第二反射镜6上形成一圈反射光斑，光束经过聚光杯26的汇聚后到达探测器9。光束在第一反射镜2、第二反射镜6的光斑分布图如图4所示，第二反射镜6与第一反射镜2上形成的的反射光斑分布在反射镜的外圆周上。进光口24和出光口25均设置在第二反射镜6上的反射光斑上。

进一步地，如图2和图7所示，所述调整结构I包括第三螺钉20，第三螺钉20的数量设有四个，四个第三螺钉20设置在端盖的周边四个角落上，端盖7通过第三螺钉20与壳体1的侧部相连接。通过调整一个第三螺钉20可以微量调整端盖7的方向，同时调整四个第三螺钉20与壳体1的距离，从而调整第二反射镜6的角度以及第二反射镜6与第一反射镜2的距离。

如图1和图7所示，调整结构II包括光阑筒11、顶丝15及第一螺钉14，光阑筒11上装有三个顶丝15及三个第一螺钉14，三个顶丝15及三个第一螺钉14分别均匀设置在光阑筒的外圆周上，光阑筒11通过三个第一螺钉14与端盖7相连接，第一螺钉14实现光阑筒11与端盖7的连接，顶丝15实现光阑筒的微调，微调顶丝15和第一螺钉14的旋入深度实现调整入射光束的入射角度。

如图2所示，信号处理板10上设有控制电路和连接器16，控制电路分别与光源13、连接器16和光学结构的探测器9相连接。控制电路连接器16用于将控制电路采集的探测器9得到电信号传送至上位机，进行处理后可以得到气室内气体的浓度大小。

如图2所示，端盖7上固定设有腔体加热结构，腔体加热结构包括加热器22和温度传感器23，加热器22和温度传感器23均固定在端盖7的沉孔中，加热器22和温度传感器23均与信号处理板10的控制电路相连接。光源进行温度控制，保持气室保持恒温状态，控制电路根据温度传感器采集的气室内的温度来控制加热器的开合。加装加热器进行温度控制，需要温度控制时气室外表面需加装保温材料进行保温，对整个腔体进行恒温控制。

所述泵吸结构包括进气嘴3和出气嘴4，进气嘴3和出气嘴4均设置在壳体1的侧部，进气嘴3和出气嘴4均与气室相连通。壳体1上一侧设置有螺纹连接的螺纹孔，用于连接进气嘴3和出气嘴4，从而实现气体输入气室或气体输出气室。

端盖和观察窗盖板均与壳体密封连接。所述端盖7通过O型密封圈5与壳体1密封连接；所述观察窗盖板17通过密封圈18与壳体1密封连接；壳体上设置有观察窗利于后续光学校正工作。密封连接保证了工作时气室内气体的浓度。如图2和图6所示，观察窗盖板17的四角通过第二螺钉19与壳体1相连接，第二螺钉19为沉头螺钉，保证了整个壳体的平整。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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)

1.一种应用于点光源的长光程光学腔体，包括腔体结构和光学结构，光学结构设置在腔体结构内，其特征在于，所述腔体结构包括壳体（1）和端盖（7），壳体（1）通过调整结构I与端盖（7）可拆卸连接，壳体（1）与观察窗盖板（17）可拆卸连接；所述壳体（1）内设有气室，壳体（1）上设有泵吸结构，泵吸结构和端盖（7）均与气室相连通；所述端盖（7）上固定有信号处理板（10），信号处理板（10）与光学结构相连接；所述光学结构设置在气室内和端盖（7）上，光学结构上设有调整结构II。

2.根据权利要求1所述的应用于点光源的长光程光学腔体，其特征在于，所述光学结构包括第一反射镜（2）和第二反射镜（6），第一反射镜（2）固定设置在壳体（1）上远离端盖（7）的一侧，第二反射镜（6）固定安装在端盖（7）上，第二反射镜（6）与第一反射镜（2）相对应；所述第二反射镜（6）上设有进光口（24）和出光口（25），进光口（24）上设有光发射组件，光发射组件上设有调整结构II；出光口（25）上设有探测器（9），光发射组件和探测器（9）均与信号处理板（10）相连接。

3.根据权利要求2所述的应用于点光源的长光程光学腔体，其特征在于，所述光发射组件包括光源（13）和光阑筒（11），光源（13）和光阑筒（11）设置在端盖（7）内，光阑筒（11）设置在进光口（24）内，光阑筒（11）上设有调整结构II；所述光源（13）和光阑筒（11）的中心在同一直线上，光源（13）与信号处理板（10）相连接。

4.根据权利要求3所述的应用于点光源的长光程光学腔体，其特征在于，所述光源（13）的外侧设有反光灯罩（12），出光口（25）上设有聚光杯（26），探测器（9）设置在聚光杯（26）的焦点处。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的应用于点光源的长光程光学腔体，其特征在于，所述调整结构I包括第三螺钉（20），第三螺钉（20）的数量至少两个，第三螺钉（20）设置在端盖（7）的周边角落上，端盖（7）通过第三螺钉（20）与壳体（1）的侧部相连接。

6.根据权利要求5所述的应用于点光源的长光程光学腔体，其特征在于，所述调整结构II包括顶丝（15）和第一螺钉（14），光阑筒（11）上装有至少两个顶丝（15）及至少两个第一螺钉（14），光阑筒（11）通过第一螺钉（14）与端盖（7）相连接，微调顶丝（15）和第一螺钉（14）的旋入深度实现调整入射光束的入射角度。

7.根据权利要求2、3、5中任意一项所述的应用于点光源的长光程光学腔体，其特征在于，所述信号处理板（10）上设有控制电路和连接器（16），控制电路分别与光源（13）、连接器（16）和光学结构的探测器（9）相连接。

8.根据权利要求7所述的应用于点光源的长光程光学腔体，其特征在于，所述端盖（7）上固定设有腔体加热结构，腔体加热结构包括加热器（22）和温度传感器（23），加热器（22）和温度传感器（23）均固定在端盖（7）的沉孔中，加热器（22）和温度传感器（23）均与控制电路相连接。

9.根据权利要求8所述的应用于点光源的长光程光学腔体，其特征在于，所述泵吸结构包括进气嘴（3）和出气嘴（4），进气嘴（3）和出气嘴（4）均设置在壳体（1）的侧部，进气嘴（3）和出气嘴（4）均与气室相连通。

10.根据权利要求2、3、8或9中任意一项所述的应用于点光源的长光程光学腔体，其特征在于，所述端盖（7）和观察窗盖板（17）均与壳体（1）密封连接；所述端盖（7）通过O型密封圈（5）与壳体（1）密封连接；所述观察窗盖板（17）通过密封圈（18）与壳体（1）密封连接；所述光学结构的探测器（9）通过探测器隔圈（8）与端盖（7）相连接。

Images