CN219830830U - 一种多组分气体检测光器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多组分气体检测光器件，包括壳体，所述壳体具有用于容纳光发射组件的第一腔体，用于容纳待检测多组分气体的第二腔体，以及用于容纳探测器芯片的第三腔体；所述光发射组件包括多个激光器芯片、多个准直透镜和合波组件，所述激光器芯片出射光经准直透镜准直后入射至合波组件，所述合波组件出射光经过第二腔体入射至第三腔体的探测器芯片上；其中，每个激光器芯片出射的激光波长与待检测多组分气体中一种气体的吸收光谱峰值相对应。该实用新型中接收仅使用一个探测器芯片，探测时每次只点亮其中一个激光器芯片，实现一个探测器检测多组分气体的目的，节省成本。

Description

一种多组分气体检测光器件

技术领域

本实用新型属于气体检测技术领域，具体涉及一种多组分气体检测光器件。

背景技术

TDLAS技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)是基于可调谐二极管激光器，利用被测气体分子的“选频”特性，实现对被测气体特征的测量。该技术成功规避了其他无关气体组分的干扰，成为当前精准实时要求高的在线气体检测系统方案的优选，同时其相应速度快，测量门限低、可同时分析多种气体成分，主要包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气、氨气等气体。

目前在线气体检测多为针对单一气体组分的检测，而现有对多组分气体进行实时在线检测时一般需要采用多个激光器和多个探测器，使得在线检测装置体积大、成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多组分气体检测光器件，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多组分气体检测光器件，包括壳体，所述壳体具有用于容纳光发射组件的第一腔体，用于容纳待检测多组分气体的第二腔体，以及用于容纳探测器芯片的第三腔体；所述光发射组件包括多个激光器芯片、多个准直透镜和合波组件，所述激光器芯片出射光经准直透镜准直后入射至合波组件，所述合波组件出射光经过第二腔体入射至第三腔体的探测器芯片上；其中，每个激光器芯片出射的激光波长与待检测多组分气体中一种气体的吸收光谱峰值相对应。

进一步的，所述第一腔体和第三腔体为内部充满氮气的密封结构，所述第二腔体为敞口结构，所述第一腔体和第三腔体上设有可透射激光光线的光窗，所述光窗位于合波组件的出射光路上。

进一步的，所述合波组件包括Z-Blcok元件和多个滤光片，所述滤光片贴装于Z-Blcok元件上靠近准直透镜一侧，所述滤光片与准直透镜一一对应，且各滤波片的波长与对应通道的激光器芯片出射的激光波长相对应。

进一步的，所述光发射组件还包括多个光隔离器，所述光隔离器与所述准直透镜一一对应，所述光隔离器位于所述准直透镜与所述合波组件之间。

进一步的，所述光发射组件还包括发射汇聚透镜，所述发射汇聚透镜位于所述合波组件的出射光路上，且发射汇聚透镜的汇聚焦点位于所述第二腔体内。

进一步的，所述第三腔体内还设有接收汇聚透镜，所述接收汇聚透镜位于所述合波组件的出射光路上，且接收汇聚透镜的汇聚焦点位于所述探测器芯片上。

进一步的，所述激光器芯片和准直透镜的个数均不大于四个。

进一步的，所述激光器芯片安装于陶瓷热沉上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型提供的这种多组分气体检测光器件中接收仅使用一个探测器芯片，探测时每次只点亮其中一个激光器芯片，实现一个探测器检测多组分气体的目的，节省成本。

(2)本实用新型提供的这种多组分气体检测光器件将发射和接收光路设计于一个壳体上，有效保证了整个光路的稳定性和可靠性。

(3)本实用新型提供的这种多组分气体检测光器件中设计发射汇聚透镜，并使汇聚焦点位于被检测气氛中，从而使得激光能量集中，提高了探测灵敏度。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型多组分气体检测光器件的结构示意图；

图2是本实用新型多组分气体检测光器件中壳体的结构示意图。

附图标记说明：1、壳体；2、第一腔体；3、陶瓷热沉；4、激光器芯片；5、准直透镜；6、光隔离器；7、滤光片；8、Z-Blcok元件；9、发射汇聚透镜；10、光窗；11、第二腔体；12、第三腔体；13、接收汇聚透镜；14、探测器芯片。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

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”、“相连”、“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，还可以是抵触连接或一体地连接；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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种多组分气体检测光器件，包括壳体1，所述壳体1具有三个顺次布置的腔体，即第一腔体2、第二腔体11和第三腔体12，其中，第一腔体2内放置光发射组件，第二腔体11内储有待检测的多组分气体，第三腔体12内放置有一个探测器芯片14；光发射组件发出的光穿过第二腔体11内待检测的多组分气体，至第三腔体12内探测器芯片14接收。具体的，所述光发射组件包括多个激光器芯片4、多个准直透镜5和合波组件，激光器芯片4的个数与待检测的多组分气体中气体组分数量一致，并且每个激光器芯片4出射的激光波长与待检测多组分气体中一种气体的吸收光谱峰值相对应，例如用于检测氧气时对应采用1269nm，用于检测一氧化碳时对应采用1567nm，用于检测二氧化碳时对应采用1580nm，用于检测甲烷时对应采用1654nm。所述准直透镜5与激光器芯片4一一对应，所述激光器芯片4出射光经准直透镜5准直后入射至合波组件，所述合波组件出射的光经过第二腔体11入射至第三腔体12的探测器芯片14上，实现光电转换。

在进行多组分气体的在线检测时，每次开启其中一个激光器芯片4，发射的激光经过对应通道的准直透镜5准直成平行光，再依次透射过合波组件，在合波组件中经过反射和/或透射出射穿过待检测气体打到探测器芯片14上，激光信号经过处理电路处理后计算待检测气体中与该激光器芯片4发射激光波长相对应的气体组分的含量；重复上述过程，依次开启各激光器芯片4，即可计算出待检测气体中各气体组分的含量。本实施例提供的这种多组分气体检测光器件中接收仅使用一个探测器芯片14，探测时每次只点亮其中一个激光器芯片4，实现一个探测器检测多组分气体的目的，节省成本。

本实例中，由于多个激光器芯片4错时开启来检测多组分气体中不同组分，因而为了保证检测的准确度，所述激光器芯片4数量不多于四个，相应的准直透镜5的数量亦不多于四个；本实施例中设计四个激光器芯片4对应检测四个组分的被检测气体。优化的，所述激光器芯片4安装于陶瓷热沉3上，以对激光器芯片4散热。

作为一种实施方式，如图2所示，所述第一腔体2和第三腔体12为内部充满氮气的密封结构，所述第二腔体11为敞口结构，所述第一腔体2和第三腔体12上设有可透射激光光线的光窗10，所述光窗10位于合波组件的出射光路上。检测时，直接将此多组分气体检测光器件置于被检测气体氛围中，第二腔体12内即可实现持续充满待检测气体的目的，省略了现有在线检测过程中持续向气室充待检测气体的过程，而第一腔体2和第三腔体12的密封结构形式则使光发射组件和探测器芯片14隔绝外部气氛，提高检测精度。其中，本实施例中三个腔体设计在壳体1的同一底板上，即实现同时使发射和接收光路位于一体化底板上，有效保证了整个光路的稳定性和可靠性。

作为一种实施方式，所述合波组件包括Z-Blcok元件8和多个滤光片7，所述滤光片7贴装于Z-Blcok元件8上靠近准直透镜5一侧，所述滤光片7与准直透镜5一一对应，且各滤波片7的波长与对应通道的激光器芯片4出射的激光波长相对应。准直透镜5把激光器芯片4出射的光准直为平行光，透射过本波长滤光片7，在Z-Blcok元件8上全反射和/或透射，最后从Z-Blcok元件8的同一个透射区域透射出来，由此可只设置一个探测器芯片14接收由Z-Blcok元件8透射出来的光，从而实现一个探测器芯片14检测多组分气体的目的。

优选的，所述光发射组件还包括多个光隔离器6，所述光隔离器6与所述准直透镜5一一对应，所述光隔离器6位于所述准直透镜5与所述合波组件的滤波片7之间。准直后的平行光依次透射过对应波长的光隔离器6和滤波片7，在Z-Blcok元件8上全反射和/或透射，最后从Z-Blcok元件8透射出来；其中光隔离器6的设置有效保证了光发射组件输出光的稳定性，进而增加该检测光器件的稳定度。

优选的，所述光发射组件还包括发射汇聚透镜9，所述发射汇聚透镜9位于所述合波组件的出射光路上，且发射汇聚透镜9的汇聚焦点位于所述第二腔体11内。相应的，所述第三腔体12内设有接收汇聚透镜13，所述接收汇聚透镜13位于所述合波组件的出射光路上，且接收汇聚透镜13的汇聚焦点位于所述探测器芯片14上。合波组件的Z-Blcok元件8透射出来的光，经过发射汇聚透镜9汇聚成汇聚光，透过第一腔体2上的光窗10，其汇聚焦点位于第二腔体11的被检测气体中，再透过第三腔体12上的光窗10，由接收汇聚透镜13把光汇聚成小点，照射到探测器芯片14上，实现光电转换。通过设计汇聚焦点位于被检测气氛中，从而使得激光能量集中，提高了探测灵敏度。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多组分气体检测光器件，包括壳体，其特征在于：所述壳体具有用于容纳光发射组件的第一腔体，用于容纳待检测多组分气体的第二腔体，以及用于容纳探测器芯片的第三腔体；所述光发射组件包括多个激光器芯片、多个准直透镜和合波组件，所述激光器芯片出射光经准直透镜准直后入射至合波组件，所述合波组件出射光经过第二腔体入射至第三腔体的探测器芯片上；其中，每个激光器芯片出射的激光波长与待检测多组分气体中一种气体的吸收光谱峰值相对应。

2.如权利要求1所述的多组分气体检测光器件，其特征在于：所述第一腔体和第三腔体为内部充满氮气的密封结构，所述第二腔体为敞口结构，所述第一腔体和第三腔体上设有可透射激光光线的光窗，所述光窗位于合波组件的出射光路上。

3.如权利要求1所述的多组分气体检测光器件，其特征在于：所述合波组件包括Z-Blcok元件和多个滤光片，所述滤光片贴装于Z-Blcok元件上靠近准直透镜一侧，所述滤光片与准直透镜一一对应，且各滤波片的波长与对应通道的激光器芯片出射的激光波长相对应。

4.如权利要求1所述的多组分气体检测光器件，其特征在于：所述光发射组件还包括多个光隔离器，所述光隔离器与所述准直透镜一一对应，所述光隔离器位于所述准直透镜与所述合波组件之间。

5.如权利要求1所述的多组分气体检测光器件，其特征在于：所述光发射组件还包括发射汇聚透镜，所述发射汇聚透镜位于所述合波组件的出射光路上，且发射汇聚透镜的汇聚焦点位于所述第二腔体内。

6.如权利要求1所述的多组分气体检测光器件，其特征在于：所述第三腔体内还设有接收汇聚透镜，所述接收汇聚透镜位于所述合波组件的出射光路上，且接收汇聚透镜的汇聚焦点位于所述探测器芯片上。

7.如权利要求1所述的多组分气体检测光器件，其特征在于：所述激光器芯片和准直透镜的个数均不大于四个。

8.如权利要求1所述的多组分气体检测光器件，其特征在于：所述激光器芯片安装于陶瓷热沉上。