CN219777465U - 一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，包括架体和甲烷传感器；所述甲烷传感器包括：第一气体容置部，其具有第一激光器端和第一探测器端；第一可调谐半导体激光器；第一光电探测器；第二气体容置部；所述第二气体容置部与所述第一气体容置部行程相同；第二可调谐半导体激光器；所述第二可调谐半导体激光器与所述第一可调谐半导体激光器相同；第二光电探测器；所述第二光电探测器与所述第一光电探测器相同。本实用新型功率小，结构简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及甲烷检测仪，更确切地说是一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪。
背景技术
TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)技术通过检测气体吸收透射光强的变化来获取待测气体的光谱特征，从而检测气体的成分和含量，具有高灵敏度、高分辨率、实时响应和非接触式测量等优点，因此，在甲烷气体探测领域具有广泛的应用。常用的激光吸收光谱技术包括直接吸收光谱技术和波长调制光谱技术。直接吸收光谱技术需要先把激光器输出的激光采用分光镜分成两路，一路经过待测气体，然后再通过光电探测器接收，另一路直接被探测器检测作为背景光谱。现有的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪采用分光镜获得背景光谱的方案对激光器的功率要求较大，而且结构也比较复杂。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有技术基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪对激光器的功率要求较大，而且结构也比较复杂的技术问题，提供了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为设计一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，包括架体、设于架体上的甲烷传感器，所述甲烷传感器包括：
第一气体容置部，其具有第一激光器端和第一探测器端；
第一可调谐半导体激光器，其正对所述第一气体容置部的第一激光器端；
第一光电探测器，其正对所述第一气体容置部的第一探测器端设置；所述第一可调谐半导体激光器发出的激光从所述第一激光器端射入所述第一气体容置部，并从所述第一探测器端射出被所述第一光电探测器接收；
第二气体容置部，其具有第二激光器端和第二探测器端；
第二可调谐半导体激光器，其正对所述第二气体容置部的第二激光器端；所述第二可调谐半导体激光器与所述第一可调谐半导体激光器相同；
第二光电探测器，其正对所述第二气体容置部的第二探测器端设置；所述第二可调谐半导体激光器发出的激光从所述第二激光器端射入所述第二气体容置部，并从所述第二探测器端射出被所述第二光电探测器接收；所述第二光电探测器与所述第一光电探测器相同；所述第二可调谐半导体激光器发出的激光在所述第二气体容置部中的行程与所述第一可调谐半导体激光器发出的激光在所述第一气体容置部的行程相同。
所述甲烷传感器还包括：
激光控制器，其与所述第一可调谐半导体激光器及第二可调谐半导体激光器电连接且驱动所述第一可调谐半导体激光器和第二可调谐半导体激光器发出激光；所述第一可调谐半导体激光器和第二可调谐半导体激光器并联于所述激光控制器的输出端。
所述第二气体容置部内密封有基准气体。
所述甲烷传感器还包括：
上壳，其下表面朝上凹陷形成第一腔体、由所述第一腔体的上表面朝上凹陷且穿透所述上壳的上表面的第二腔体和由所述第一腔体的上表面朝下突出形成定位柱；
下壳，其与所述上壳的下端可拆卸固定连接且封住所述第一腔体；
电路板，其固定于所述定位柱的下表面上；
所述第一可调谐半导体激光器、第二可调谐半导体激光器、第一光电探测器、第二光电探测器设于所述第一腔体内且定位于所述电路板上，所述第一气体容置部和第二气体容置部夹持固定于所述下壳与电路板之间。
所述下壳设置有由所述下壳的上表面朝下凹陷而成的下壳腔，所述下壳上设置有多个与所述下壳腔相通的下壳孔，所述第一气体容置部上设置有多个与所述下壳腔相通的透气孔。
所述第一气体容置部包括：
第一气管，其弯折成多段，且相邻两段之间均垂直弯折；所述第一气管在相邻两段弯折的外侧设置有第一切口，所述第一切口和与其相邻的第一气管之间均呈135度夹角；所述第一激光器端和第一探测器端分别设于所述第一气管的两端；
所述透气孔设于所述第一气管上；
第一反射片，其设于所述第一切口处且封住所述第一切口，所述第一反射片和与其相邻的第一气管之间均呈135度夹角；
所述第一可调谐半导体激光器发出的激光沿所述第一气管的轴心射入。
所述第二气体容置部包括：
第二气管，其弯折成多段，且相邻两段之间均垂直弯折；所述第二气管在相邻两段弯折的外侧设置有第二切口，所述第二切口和与其相邻的第二气管之间均呈135度夹角；所述第二激光器端和第二探测器端分别设于所述第二气管的两端；
第二反射片，其设于所述第二切口处且封住所述第二切口，所述第二反射片和与其相邻的第二气管之间均呈135度夹角；
所述第二可调谐半导体激光器发出的激光沿所述第二气管的轴心射入。
所述第二可调谐半导体激光器与所述第二激光器端密封连接，所述第二光电探测器与所述第二探测器端密封连接。
所述第二反射片与所述第二切口之间设置有第二密封圈。
所述甲烷传感器与所述架体螺纹连接，所述架体上设置有朝外凸出的固定部、与所述甲烷传感器电连接的显示屏、设于显示屏外的透明的保护罩和与所述甲烷传感器电连接的报警器，所述固定部上设置有固定孔。
本实用新型通过在架体上设置甲烷传感器，所述甲烷传感器包括第一气体容置部、第一可调谐半导体激光器、第一光电探测器、第二气体容置部、第二可调谐半导体激光器和第二光电探测器：所述第二可调谐半导体激光器与所述第一可调谐半导体激光器相同；所述第二光电探测器与所述第一光电探测器相同；所述第二可调谐半导体激光器发出的激光在所述第二气体容置部中的行程与所述第一可调谐半导体激光器发出的激光在所述第一气体容置部的行程相同。由于采用两套相同的激光器、光电探测器和气体容置部，将第一气体容置部、第一可调谐半导体激光器、第一光电探测器用于气体检测，第二气体容置部、第二可调谐半导体激光器、第二光电探测器作为基准，取代现有的分光镜方案，因此，可以采用小一半功率的激光器来实现，而且采用对称结构，结构也比较简单，安装和制造都很方便。
附图说明
下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：
图1是本实用新型基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪的结构图；
图2是本实用新型基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪的甲烷传感器的结构图；
图3是本实用新型基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪的甲烷传感器的剖面图；
图4是本实用新型基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪的甲烷传感器的分解图；
图5是本实用新型基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪的甲烷传感器的另一视角的分解图；
图6是本实用新型基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪的第一气体容置部的结构图；
图7是本实用新型基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪的第二气体容置部的结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本实用新型的具体实施方式：
请一并参见图1至图7。本实用新型基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪包括架体1和设于架体上的甲烷传感器2。其中：
所述架体1上设置有朝外凸出的固定部11、与所述甲烷传感器电连接的显示屏、设于显示屏外的透明的保护罩12和与所述甲烷传感器电连接的报警器13，所述固定部11上设置有固定孔111。所述甲烷传感器2与所述架体1螺纹连接。
所述甲烷传感器2包括第一气体容置部21、第一可调谐半导体激光器22、第一光电探测器23、第二气体容置部24、第二可调谐半导体激光器25和第二光电探测器26。其中：：
第一气体容置部21具有第一激光器端211和第一探测器端212。
第一可调谐半导体激光器22正对所述第一气体容置部的第一激光器端。
第一光电探测器23正对所述第一气体容置部的第一探测器端设置；所述第一可调谐半导体激光器发出的激光从所述第一激光器端射入所述第一气体容置部，并从所述第一探测器端射出被所述第一光电探测器接收。
第二气体容置部24具有第二激光器端241和第二探测器端242。
第二可调谐半导体激光器25正对所述第二气体容置部的第二激光器端；所述第二可调谐半导体激光器与所述第一可调谐半导体激光器相同。
第二光电探测器26正对所述第二气体容置部的第二探测器端设置；所述第二可调谐半导体激光器发出的激光从所述第二激光器端射入所述第二气体容置部，并从所述第二探测器端射出被所述第二光电探测器接收；所述第二光电探测器与所述第一光电探测器相同；所述第二可调谐半导体激光器发出的激光在所述第二气体容置部中的行程与所述第一可调谐半导体激光器发出的激光在所述第一气体容置部的行程相同。
在本具体实施例中，第一气体容置部和第二气体容置部的结构基本相同。
由于采用两套相同的激光器、光电探测器和行程相同的气体容置部，将第一气体容置部、第一可调谐半导体激光器、第一光电探测器用于气体检测，第二气体容置部、第二可调谐半导体激光器、第二光电探测器作为基准，取代现有的分光镜方案，因此，可以采用小一半功率的激光器来实现，而且采用对称结构，结构也比较简单，安装和制造都很方便。
为便于控制第一可调谐半导体激光器和第二可调谐半导体激光器，使第一可调谐半导体激光器和第二可调谐半导体激光器发出的激光相同，所述甲烷传感器还包括激光控制器，激光控制器与所述第一可调谐半导体激光器及第二可调谐半导体激光器电连接且驱动所述第一可调谐半导体激光器和第二可调谐半导体激光器发出激光；所述第一可调谐半导体激光器和第二可调谐半导体激光器并联于所述激光控制器的输出端。
第一光电探测器和第二探测器接收到的信号再经过处理即可得到气体中甲烷的浓度，信号的处理按照现有的基于可调谐半导体激光洗手光谱技术的信号处理即可。
所述第二气体容置部内密封有基准气体。基准气体可以是待测气体环境下除去甲烷后的气体，也可以是正常的空气。当然，第二气体容置腔也可以是真空的。
在本具体实施例中，所述甲烷传感器还包括上壳27、下壳28和电路板29。其中：
上壳27下表面朝上凹陷形成第一腔体271、由所述第一腔体的上表面朝上凹陷且穿透所述上壳的上表面的第二腔体272和由所述第一腔体的上表面朝下突出形成定位柱273。上壳27与架体1螺纹连接。
下壳28与所述上壳的下端可拆卸固定连接且封住所述第一腔体。在本具体实施例中，上壳与下壳螺纹连接。
电路板29固定于所述定位柱的下表面上。
所述第一可调谐半导体激光器、第二可调谐半导体激光器、第一光电探测器、第二光电探测器设于所述第一腔体内且定位于所述电路板上，所述第一气体容置部和第二气体容置部夹持固定于所述下壳与电路板之间。通过将第一气体容置部和第二气体容置部夹持固定于所述下壳与电路板之间，可简化甲烷传感器的结构，安装也非常方便。
在本具体实施例中，所述下壳28设置有由所述下壳的上表面朝下凹陷而成的下壳腔281，所述下壳28上设置有多个与所述下壳腔相通的下壳孔282，所述第一气体容置部21上设置有多个与所述下壳腔相通的透气孔213。待测气体通过下壳上的下壳孔进入下壳腔，再通过透气孔进入第一气体容置部。
在本具体实施例中，所述第一气体容置部21包括第一气管214和第一反射片215。其中：
第一气管214弯折成多段，且相邻两段之间均垂直弯折；所述第一气管214在相邻两段弯折的外侧设置有第一切口2141，所述第一切口和与其相邻的第一气管之间均呈135度夹角；所述第一激光器端和第一探测器端分别设于所述第一气管的两端。所述透气孔设于所述第一气管上。
在本具体实施例中，所述第一切口2141为平面切口，且所述切口所在的平面与所述反射接头的两段直管的中心轴构成的平面垂直。
第一反射片215设于所述第一切口处且封住所述第一切口，所述第一反射片和与其相邻的第一气管之间均呈135度夹角。所述第一可调谐半导体激光器发出的激光沿所述第一气管的轴心射入。
第一可调谐半导体激光器发出的激光经过第一反射片的反射，确保激光沿着第一气管各弯折段的中心轴进行传输。
所述第二气体容置部24包括第二气管243和第二反射片244。其中：
第二气管243弯折成多段，且相邻两段之间均垂直弯折；所述第二气管243在相邻两段弯折的外侧设置有第二切口2431，所述第二切口和与其相邻的第二气管之间均呈135度夹角；所述第二激光器端和第二探测器端分别设于所述第二气管的两端。
第二反射片244设于所述第二切口处且封住所述第二切口，所述第二反射片和与其相邻的第二气管之间均呈135度夹角。所述第二可调谐半导体激光器发出的激光沿所述第二气管的轴心射入。
第二可调谐半导体激光器发出的激光经过第二反射片的反射，确保激光沿着第二气管各弯折段的中心轴进行传输。
在本具体实施例中，所述第二可调谐半导体激光器与所述第二激光器端密封连接，所述第二光电探测器与所述第二探测器端密封连接，从而确保第二气管中的基准气体不被待测气体混入。
为了保证第二反射片与第二气管之间密封连接，所述第二反射片与所述第二切口之间设置有第二密封圈9。
本实用新型通过在架体上设置甲烷传感器，所述甲烷传感器包括第一气体容置部、第一可调谐半导体激光器、第一光电探测器、第二气体容置部、第二可调谐半导体激光器和第二光电探测器：所述第二可调谐半导体激光器与所述第一可调谐半导体激光器相同；所述第二光电探测器与所述第一光电探测器相同；所述第二可调谐半导体激光器发出的激光在所述第二气体容置部中的行程与所述第一可调谐半导体激光器发出的激光在所述第一气体容置部的行程相同。由于采用两套相同的激光器、光电探测器和气体容置部，将第一气体容置部、第一可调谐半导体激光器、第一光电探测器用于气体检测，第二气体容置部、第二可调谐半导体激光器、第二光电探测器作为基准，取代现有的分光镜方案，因此，可以采用小一半功率的激光器来实现，而且采用对称结构，结构也比较简单，安装和制造都很方便。此外，通过第一气管和第二气管的垂直弯折结构，配合第一反射片和第二反射片，可有效的增加激光在气体中传输的行程，提高了测量的精确度，而且便于制造和安装。
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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，包括架体、设于架体上的甲烷传感器，其特征在于：所述甲烷传感器包括：
第一气体容置部，其具有第一激光器端和第一探测器端；
第一可调谐半导体激光器，其正对所述第一气体容置部的第一激光器端；
第一光电探测器，其正对所述第一气体容置部的第一探测器端设置；所述第一可调谐半导体激光器发出的激光从所述第一激光器端射入所述第一气体容置部，并从所述第一探测器端射出被所述第一光电探测器接收；
第二气体容置部，其具有第二激光器端和第二探测器端；
第二可调谐半导体激光器，其正对所述第二气体容置部的第二激光器端；所述第二可调谐半导体激光器与所述第一可调谐半导体激光器相同；
第二光电探测器，其正对所述第二气体容置部的第二探测器端设置；所述第二可调谐半导体激光器发出的激光从所述第二激光器端射入所述第二气体容置部，并从所述第二探测器端射出被所述第二光电探测器接收；所述第二光电探测器与所述第一光电探测器相同；所述第二可调谐半导体激光器发出的激光在所述第二气体容置部中的行程与所述第一可调谐半导体激光器发出的激光在所述第一气体容置部的行程相同。
2.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，其特征在于：所述甲烷传感器还包括：
激光控制器，其与所述第一可调谐半导体激光器及第二可调谐半导体激光器电连接且驱动所述第一可调谐半导体激光器和第二可调谐半导体激光器发出激光；所述第一可调谐半导体激光器和第二可调谐半导体激光器并联于所述激光控制器的输出端。
3.根据权利要求2所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，其特征在于：所述第二气体容置部内密封有基准气体。
4.根据权利要求3所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，其特征在于：所述甲烷传感器还包括：
上壳，其下表面朝上凹陷形成第一腔体、由所述第一腔体的上表面朝上凹陷且穿透所述上壳的上表面的第二腔体和由所述第一腔体的上表面朝下突出形成定位柱；
下壳，其与所述上壳的下端可拆卸固定连接且封住所述第一腔体；
电路板，其固定于所述定位柱的下表面上；
所述第一可调谐半导体激光器、第二可调谐半导体激光器、第一光电探测器、第二光电探测器设于所述第一腔体内且定位于所述电路板上，所述第一气体容置部和第二气体容置部夹持固定于所述下壳与电路板之间。
5.根据权利要求4所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，其特征在于：所述下壳设置有由所述下壳的上表面朝下凹陷而成的下壳腔，所述下壳上设置有多个与所述下壳腔相通的下壳孔，所述第一气体容置部上设置有多个与所述下壳腔相通的透气孔。
6.根据权利要求5所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，其特征在于：所述第一气体容置部包括：
第一气管，其弯折成多段，且相邻两段之间均垂直弯折；所述第一气管在相邻两段弯折的外侧设置有第一切口，所述第一切口和与其相邻的第一气管之间均呈135度夹角；所述第一激光器端和第一探测器端分别设于所述第一气管的两端；
所述透气孔设于所述第一气管上；
第一反射片，其设于所述第一切口处且封住所述第一切口，所述第一反射片和与其相邻的第一气管之间均呈135度夹角；
所述第一可调谐半导体激光器发出的激光沿所述第一气管的轴心射入。
7.根据权利要求6所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，其特征在于：所述第二气体容置部包括：
第二气管，其弯折成多段，且相邻两段之间均垂直弯折；所述第二气管在相邻两段弯折的外侧设置有第二切口，所述第二切口和与其相邻的第二气管之间均呈135度夹角；所述第二激光器端和第二探测器端分别设于所述第二气管的两端；
第二反射片，其设于所述第二切口处且封住所述第二切口，所述第二反射片和与其相邻的第二气管之间均呈135度夹角；
所述第二可调谐半导体激光器发出的激光沿所述第二气管的轴心射入。
8.根据权利要求7所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，其特征在于：所述第二可调谐半导体激光器与所述第二激光器端密封连接，所述第二光电探测器与所述第二探测器端密封连接。
9.根据权利要求8所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，其特征在于：所述第二反射片与所述第二切口之间设置有第二密封圈。
10.根据权利要求1所述的基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷检测仪，其特征在于：所述甲烷传感器与所述架体螺纹连接，所述架体上设置有朝外凸出的固定部、与所述甲烷传感器电连接的显示屏、设于显示屏外的透明的保护罩和与所述甲烷传感器电连接的报警器，所述固定部上设置有固定孔。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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