[發明專利]一種基于多點反射螺旋光路的氣體傳感器探頭及檢測裝置

在審

• 申請號: 201910223025.0
• 申請日: 2019-03-22
• 公開（公告）號: CN109839364A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 劉統玉;寧雅農;金光賢;孟輝;李艷芳;王兆偉;胡杰
• 申請（專利權）人: 山東微感光電子有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/25;G01N21/01
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種基于多點反射螺旋光路的氣體傳感器探頭及檢測裝置,包括光源模塊、螺旋光路模塊和探測器模塊，所述光源模塊用于發出平行光信號，所述螺旋光路模塊包括多個反射鏡和多條直線光路，每條直線光路和它相鄰的直線光路以一定角度首尾連通并向內呈螺旋狀，兩條相鄰的直線光路之間可拆卸的固定有至少一個反射鏡，所述螺旋光路模塊用于增加光信號的光程長度，所述光信號經螺旋光路模塊后進入探測器模塊轉換為電信號，本實施例所述的多點反射螺旋光路的設計不但在減小了傳感器探頭吸收池的容積而且增加了測量光程，同時也極大的提高了光路的穩定性和可靠行，在減少生產中的調試難度的同時，降低了生產加工成本。

技術領域

本公開涉及激光光譜氣體傳感器技術領域，特別是涉及一種基于多點反射螺旋光路的氣體傳感器探頭。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

近年來，利用紅外激光光譜吸收原理來測量氣體成分和濃度的光電測量儀器正在朝著高靈敏度，全量程，小體積，低成本的方向發展，以滿足日益增長的環境安全檢測和生產安全監測的要求。可調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術利用了半導體激光器的可調諧、光譜窄線寬的特性,通過在被檢測氣體在光譜吸收峰處調諧激光波長方法，使激光波長可以精確地對準被測氣體的吸收峰，實現對氣體濃度的快速檢測，同時，也避免了其它氣體對測量的干擾。利用先進的數字信號處理技術，使這類傳感器能夠對被測氣體濃度進行連續地測量,新型氣體傳感器同時具有自動診斷和自校正的功能，從而使這些激光光譜氣體傳感器能夠廣泛的應用到不同的生產過程和安全防范領域。

在實際工程應用中，用戶常常需要在滿足測量精度的前提下，要求盡量減少氣體傳感器探頭的外形尺寸，在紅外激光光譜吸收氣體傳感器探頭中，體積最大的器件之一就是氣體傳感器的氣室或氣體吸收池，氣體傳感器的氣室是由激光源和探測器之間的空間構成，由于激光光束在氣室的測量光程長度和測量精度成正比，高精度的氣體傳感器則需要比較長的測量光程，而較長的測量光程會使得氣室變長，導致傳感器探頭尺寸增大。因此，在傳感器探頭的尺寸受到限制的情況下，為了提高測量光程總長度，通常采用多個鏡面或反射鏡將光路在氣室里經過多次反射，從而達到增加測量光程長度，并減小了氣室體積以及傳感探頭的尺寸的目的。例如，在專利申請CN2017114551770中采用了帶有四個通孔的光路模塊，通過三個反射鏡將四個通孔中的光束反射而形成一個“菱形光路的測量光路”，減小了傳感探頭的尺寸；在專利申請CN106908412A中采用了帶有兩個反射鏡的光路模塊，通過兩個反射鏡改變光路，使得相同體積下的氣室光程增加了一倍以上，也同樣達到了減小了傳感探頭的尺寸的目的，但是這些測量氣室光路的主要問題是測量光程相對較短，當用在一些需要較長測量光程的氣體(如CO)的測量時，其測量精度難以提高。

因此，本公開發明人認為目前亟待解決的問題如下：(1)氣體傳感器探頭的小型化發展趨勢使得氣室進一步減小，進而導致測量光程進一步減小，無法提高測量精度；(2)組合式的光路設計每次使用都需要進行光路調整，無法保證光路的穩定性和準確性。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種基于多點反射螺旋光路的氣體傳感器探頭及檢測裝置，在氣體傳感器探頭的外形尺寸一定的情況下下，增加了測量光程總長度，從而極大的提高了氣體濃度測量精度，通過將螺旋光路嵌入在一個完整的金屬或合成材料塊體中，極大的減少各個元件相對位置的變化的可能性，提高光路系統的穩定性和準確性。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

第一方面，本公開提供了一種基于多點反射螺旋光路的氣體傳感器探頭；