CN220626196U - 一种线性长光程气体检测装置 - Google Patents

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季忠壮
张永平
高嵩
郭强
张文斌
宋霄
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Abstract

本实用新型公开了一种线性长光程气体检测装置,包括激光发射组件以及光电探测组件,还包括筒状的气室,气室两端均设有开口,气室侧壁上设有第一通气端口以及第二通气端口;气室的一个开口处设有自外向内依次连接的第一扩束系统、第二扩束系统、第一整形系统以及第二整形系统,激光发射组件安装在第一扩束系统上,第一扩束系统用于将激光发射组件发出的激光转变为散光,第二扩束系统用于将散光转变为平行光;气室的另一个开口处设有信号采集系统,光电探测组件安装在信号采集系统上,信号采集系统用于将平行光并转变为光斑并投射在光电探测组件上;采用直线传播,避免产生损耗、干涉、相位变化及光斑形状变化的情况。

Description

一种线性长光程气体检测装置
技术领域
本实用新型涉及气体检测技术领域,尤其涉及一种线性长光程气体检测装置。
背景技术
利用气体对激光的吸收特性,可以对气体的种类、浓度等进行检测。不同气体能够吸收不同波长的激光,且气体对激光的吸收程度与气体浓度、光程距离正相关,对于低浓度或吸收较弱的气体,需要增加光程来提高气体对激光的吸收。传统的长光程腔体主要有White腔、Herr iott腔、平面反射腔等,这些腔都是利用反射原理,使激光在镜面间往复反射,提高光程,激光在反射过程中,会产生损耗、干涉、相位变化以及光斑形状改变等现象,对测试造成不利影响。
实用新型内容
(一)技术问题
本实用新型的目的在于提供一种线性长光程气体检测装置,解决现有技术中采用反射原理对激光的光程进行提高的方式会造成激光产生损耗、干涉、相位变化及光斑形状变化的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:
一种线性长光程气体检测装置,包括激光发射组件以及光电探测组件,还包括筒状的气室,所述气室两端均设有开口,所述气室侧壁上设有第一通气端口以及第二通气端口;所述气室的一个开口处设有自外向内依次连接的第一扩束系统、第二扩束系统、第一整形系统以及第二整形系统,所述激光发射组件安装在所述第一扩束系统上,所述第一扩束系统用于将激光发射组件发出的激光转变为散光,所述第二扩束系统用于将散光转变为平行光,所述第一整形系统用于增强平行光在第一方向上的强度均匀度,所述第二整形系统用于增强平行光在第二方向上的强度均匀度;所述气室的另一个开口处设有信号采集系统,所述光电探测组件安装在所述信号采集系统上,所述信号采集系统用于将平行光并转变为光斑并投射在所述光电探测组件上。
优选的,所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
优选的,所述第一扩束系统包括第一安装板以及安装在所述第一安装板上的第一扩束镜,所述第一扩束镜为凹面镜。
优选的,所述第二扩束系统包括连接在所述第一安装板上的第二安装板,所述第二安装板上安装有第二扩束镜,所述第二扩束镜为凸面镜,所述第二扩束镜与所述第一扩束镜的焦点重合。
优选的,所述第一方向垂直于所述第一扩束镜的母线,所述第二方向垂直于所述第二扩束镜的母线。
优选的,所述第一整形系统包括连接在所述第二安装板上的第三安装板,所述第三安装板上安装有第一整形透镜,所述第一整形透镜为阵列柱面透镜。
优选的,所述第二整形系统包括连接在第三安装板上的第四安装板,所述第四安装板上安装有第二整形透镜,所述第二整形透镜为阵列柱面透镜,所述第二整形透镜的柱面母线与所述第一整形透镜的柱面母线垂直;所述第四安装板安装在所述气室上。
优选的,所述激光发射组件包括安装在第一安装板上的第一固定板,所述第一固定板上安装有激光器,所述激光器的光线发射方向朝向所述第一扩束镜。
优选的,所述信号采集系统包括安装在所述气室上的第五安装板,所述第五安装板上安装有信号采集透镜,所述信号采集透镜为凸透镜。
优选的,所述光电探测组件包括安装在所述第五安装板上的第二固定板,所述第二固定板上安装有光电探测器,所述信号采集透镜的焦点位于所述光电探测器的光电芯片处。
(三)有益效果
采用筒状且两端开口的气室可让激光沿直线传播,由此可避免现有技术中因反射而产生的损耗、干涉、相位变化以及光斑形状变化的不利影响;
同时,将激光发射组件发出的激光经过第一扩束系统转变为散光后,再经过第二扩束系统转变为较为密集的平行光,提高气室内的气体对激光的吸收更加均匀,并通过第一整形系统、第二整形系统分别对平行光的第一方向、第二方向的光强度进行增强,而信号采集系统将平行光进行汇集形成光斑后投射到光电探测组件上进行检测;提高了探测灵敏度以及准确性。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图;
图2为本实用新型实施例的爆炸结构示意图;
图3为本实用新型实施例的剖视结构示意图;
在图1至图3中,部件名称或线条与附图编号的对应关系为:
气室1、激光发射组件2、第一固定板21、激光器22、第一扩束系统3、第一安装板31、第一扩束镜32、第二扩束系统4、第二安装板41、第二扩束镜42、第一整形系统5、第三安装板51、第一整形透镜52、第二整形系统6、第四安装板61、第二整形透镜62、光电探测组件7、第二固定板71、光电探测器72、信号采集系统8、第五安装板81、信号采集透镜82。
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。
参见图1-图3所示,本实用新型的实施例中提出了一种线性长光程气体检测装置,包括激光发射组件2以及光电探测组件7,其中激光发射组件2与光电探测组件7均可采用现有气体检测装置中的结构即可,当然在适配本实施例中组装使用时,可对相应的安装结构进行适应性改进。具体还包括筒状的气室1,所述气室1两端均设有开口,所述气室1侧壁上设有第一通气端口以及第二通气端口,整个气室1为直通,让激光沿直线传播,并且可根据检测气体对气室1的长度进行调整、选择或定制。
具体的,在所述气室1的一个开口处设有自外向内依次连接的第一扩束系统3、第二扩束系统4、第一整形系统5以及第二整形系统6,所述激光发射组件2安装在所述第一扩束系统3上,所述第一扩束系统3用于将激光发射组件2发出的激光转变为散光,所述第二扩束系统4用于将散光转变为平行光,所述第一整形系统5用于增强平行光在第一方向上的强度均匀度,所述第二整形系统6用于增强平行光在第二方向上的强度均匀度,激光发射组件2发出的激光经过第一扩束系统3转变为散光,能够增加传播到第二扩束系统4的光束量,而第二扩束系统4将散光转变为若干平行的平行光,平行光布满整个气室1,能够充分被气体吸收,提高检测灵敏度;同时,通过第一整形系统5、第二整形系统6分别对平行光在第一方向、第二方向上的光强增加保持均匀,形成圆形光斑的柱状结构,并在气室1内均匀传播。
具体的,在所述气室1的另一个开口处设有信号采集系统8,所述光电探测组件7安装在所述信号采集系统8上,所述信号采集系统8用于将平行光并转变为光斑并投射在所述光电探测组件7上,当均匀传播的圆形光斑在信号采集系统8处进行汇集聚焦后投射到光电探测组件7上实现探测,由此提高了整个检测过程的探测效率以及准确性、灵敏度。整个检测过程不存在反射的情况,避免了干涉、相位变化、光斑变化等情况带来的噪声,提高了检测精确性。
具体的,第一方向与第二方向相互垂直,从而能够让光斑的形状更圆,形成更加均匀、平行的圆形光斑传播状态。
其中,第一扩束系统3包括第一安装板31以及安装在所述第一安装板31上的第一扩束镜32,所述第一扩束镜32为凹面镜,通过第一扩束镜32将激光发射组件2发出的平行激光转变为散光,形成更为分散的散光。
而第二扩束系统4包括连接在所述第一安装板31上的第二安装板41,所述第二安装板41上安装有第二扩束镜42,所述第二扩束镜42为凸面镜,所述第二扩束镜42与所述第一扩束镜32的焦点重合,通过第二扩束镜42将散光再次转变为平行光,且平行光的密度增加,光束数量增加。
具体的,第一方向垂直于第一扩束镜32的母线,而第二方向垂直于第二扩束镜42的母线。
经过第二扩束系统4形成更加均匀、密集的平行光后,通过第一整形系统5在第一方向上对光斑的强度均匀性进行调整,其中,所述第一整形系统5包括连接在所述第二安装板41上的第三安装板51,所述第三安装板51上安装有第一整形透镜52,所述第一整形透镜52为阵列柱面透镜,通过第一整形透镜52的作用,让平行光穿过后能够调整在第一方向上强度均匀性。
而,第二整形系统6包括连接在第三安装板51上的第四安装板61,所述第四安装板61上安装有第二整形透镜62,所述第二整形透镜62为阵列柱面透镜,所述第二整形透镜62的柱面母线与所述第一整形透镜52的柱面母线垂直,由此实现在第二方向上对光斑的强度均匀性进行调整。
在平行光依次经过第一整形透镜52、第二整形透镜62后,使得光斑在第一方向、第二方向上均进行调整后,形成更圆的光斑结构。具体的,所述第四安装板61安装在所述气室1上,由此将上述系统均依次连接在气室1上构成一个整体结构。
具体的,所述激光发射组件2包括安装在第一安装板31上的第一固定板21,所述第一固定板21上安装有激光器22,所述激光器22的光线发射方向朝向所述第一扩束镜32;激光器22通过第一固定板21连接在第一安装板31上,并可采用现有技术成品即可,用于发出平行激光束。
而,所述信号采集系统8包括安装在所述气室1上的第五安装板81,所述第五安装板81上安装有信号采集透镜82,所述信号采集透镜82为凸透镜,通过信号采集透镜82将若干平行的光斑光束进行汇集聚焦形成一个叠加光斑,便于提高探测灵敏度,具体的,所述光电探测组件7包括安装在所述第五安装板81上的第二固定板71,所述第二固定板71上安装有光电探测器72,所述信号采集透镜82的焦点位于所述光电探测器的光电芯片处,通过光电芯片对光斑进行探测后实现具体的探测而产生检测信号,便于参与后续气体参数检测的计算。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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,或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,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。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
对于本领域技术人员而言,显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种线性长光程气体检测装置,包括激光发射组件以及光电探测组件,其特征在于:
还包括筒状的气室,所述气室两端均设有开口,所述气室侧壁上设有第一通气端口以及第二通气端口;
所述气室的一个开口处设有自外向内依次连接的第一扩束系统、第二扩束系统、第一整形系统以及第二整形系统,所述激光发射组件安装在所述第一扩束系统上,所述第一扩束系统用于将激光发射组件发出的激光转变为散光,所述第二扩束系统用于将散光转变为平行光,所述第一整形系统用于增强平行光在第一方向上的强度均匀度,所述第二整形系统用于增强平行光在第二方向上的强度均匀度;
所述气室的另一个开口处设有信号采集系统,所述光电探测组件安装在所述信号采集系统上,所述信号采集系统用于将平行光并转变为光斑并投射在所述光电探测组件上。
2.根据权利要求1所述的一种线性长光程气体检测装置,其特征在于:所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
3.根据权利要求2所述的一种线性长光程气体检测装置,其特征在于:所述第一扩束系统包括第一安装板以及安装在所述第一安装板上的第一扩束镜,所述第一扩束镜为凹面镜。
4.根据权利要求3所述的一种线性长光程气体检测装置,其特征在于:所述第二扩束系统包括连接在所述第一安装板上的第二安装板,所述第二安装板上安装有第二扩束镜,所述第二扩束镜为凸面镜,所述第二扩束镜与所述第一扩束镜的焦点重合。
5.根据权利要求4所述的一种线性长光程气体检测装置,其特征在于:所述第一方向垂直于所述第一扩束镜的母线,所述第二方向垂直于所述第二扩束镜的母线。
6.根据权利要求5所述的一种线性长光程气体检测装置,其特征在于:所述第一整形系统包括连接在所述第二安装板上的第三安装板,所述第三安装板上安装有第一整形透镜,所述第一整形透镜为阵列柱面透镜。
7.根据权利要求6所述的一种线性长光程气体检测装置,其特征在于:所述第二整形系统包括连接在第三安装板上的第四安装板,所述第四安装板上安装有第二整形透镜,所述第二整形透镜为阵列柱面透镜,所述第二整形透镜的柱面母线与所述第一整形透镜的柱面母线垂直;
所述第四安装板安装在所述气室上。
8.根据权利要求3-7任意一项所述的一种线性长光程气体检测装置,其特征在于:所述激光发射组件包括安装在第一安装板上的第一固定板,所述第一固定板上安装有激光器,所述激光器的光线发射方向朝向所述第一扩束镜。
9.根据权利要求8所述的一种线性长光程气体检测装置,其特征在于:所述信号采集系统包括安装在所述气室上的第五安装板,所述第五安装板上安装有信号采集透镜,所述信号采集透镜为凸透镜。
10.根据权利要求9所述的一种线性长光程气体检测装置,其特征在于:所述光电探测组件包括安装在所述第五安装板上的第二固定板,所述第二固定板上安装有光电探测器,所述信号采集透镜的焦点位于所述光电探测器的光电芯片处。
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