[發(fā)明專利]一種非成像光學傳感器及氣體探測裝置

在審

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• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110849831A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設計）人: 許輝杰;陳波
• 申請（專利權）人: 徐州旭海光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/01
• 代理公司: 深圳中一聯(lián)合知識產(chǎn)權代理有限公司 44414
• 代理人: 羅琳麗

本申請適用于氣體探測技術領域，提供一種非成像光學傳感器及氣體探測裝置。本申請實施例通過使光源發(fā)出的光信號經(jīng)光纖陣列的圓周光纖傳輸至色散準直聚焦透鏡，經(jīng)色散準直聚焦透鏡準直后在氣室內(nèi)的待測氣體中傳輸，再經(jīng)回溯發(fā)射鏡反射回氣室內(nèi)，并再次在待測氣體中傳輸，得到帶有待測氣體的吸收光譜信息的光信號，使得帶有待測氣體的吸收光譜信息的光信號中特定波長的光信號經(jīng)色散準直聚焦透鏡聚焦至圓周光纖，帶有待測氣體的吸收光譜信息的光信號中非特定波長的光信號經(jīng)色散準直聚焦透鏡離焦至光纖陣列的中心光纖、從中心光纖輸出，可以獲得除特定波長的光信號之外的其他非特定波長的光信號，以滿足寬光譜探測裝置的需要，應用廣泛且成本低。

技術領域

本申請屬于氣體探測技術領域，尤其涉及一種非成像光學傳感器及氣體探測裝置。

背景技術

氣體探測技術主要應用于煤炭、石油化工、電力、冶金、市政工程等有可能出現(xiàn)易燃易爆及污染氣體泄露、對人民生命財產(chǎn)安全和健康產(chǎn)生重大威脅的領域。現(xiàn)有的氣體探測器通常采用成像光學系統(tǒng)，成像光學系統(tǒng)使用的準直和聚焦透鏡由于材料的色散具有色差，只能夠?qū)崿F(xiàn)對特定波長的光信號的良好成像，其他波長的光信號經(jīng)過成像光學系統(tǒng)會發(fā)生離焦，產(chǎn)生較大的耦合損耗，應用范圍受限。在成像光學系統(tǒng)中采用消色差透鏡雖然可以解決離焦問題，但是會增加成本。

申請內(nèi)容

有鑒于此，本申請實施例提供了一種非成像光學傳感器及氣體探測裝置，以解決現(xiàn)有氣體探測器通常采用成像光學系統(tǒng)，只能夠?qū)崿F(xiàn)對特定波長的光信號的良好成像，其他波長的光信號經(jīng)過成像光學系統(tǒng)會發(fā)生離焦，產(chǎn)生較大的耦合損耗，應用范圍較小，在成像光學系統(tǒng)中采用消色差透鏡雖然可以解決離焦問題，但是會增加成本的問題。

本申請實施例的第一方面提供了一種非成像光學傳感器，其包括：

一個封裝有待測氣體的氣室；

光纖陣列，包括中心光纖以及圍繞中心光纖的圓周排布的若干圓周光纖，所述圓周光纖的遠端連接光源；

一個色散準直聚焦透鏡，設置于所述氣室的一側(cè)，所述色散準直聚焦透鏡具有第一焦平面和第二焦平面，所述第一焦平面位于所述光纖陣列的近端；

一個回溯反射鏡，設置于所述氣室；

所述光源發(fā)出的光信號經(jīng)所述圓周光纖傳輸至所述色散準直聚焦透鏡，經(jīng)所述色散準直聚焦透鏡準直后在所述氣室內(nèi)的待測氣體中傳輸，再經(jīng)所述回溯發(fā)射鏡反射回所述氣室內(nèi)，并再次在待測氣體中傳輸，得到帶有待測氣體的吸收光譜信息的光信號，所述帶有待測氣體的吸收光譜信息的光信號中特定波長的光信號經(jīng)所述色散準直聚焦透鏡聚焦至所述圓周光纖，所述帶有待測氣體的吸收光譜信息的光信號中非特定波長的光信號經(jīng)所述色散準直聚焦透鏡離焦至所述中心光纖、從所述中心光纖輸出。

在一個實施例中，所述回溯反射鏡為凹面反射鏡或平凸反射鏡，所述回溯反射鏡設置于所述氣室的另一側(cè)且所述回溯反射鏡的反射面朝向所述色散準直聚焦透鏡。

在一個實施例中，所述色散準直聚焦透鏡與所述回溯反射鏡之間的距離為f1+L2±誤差；

其中，f1為所述色散準直聚焦透鏡的焦距，所述焦距等于所述色散準直聚焦透鏡到所述第二焦平面的距離，L2為所述回溯反射鏡的回溯距離，所述回溯距離等于所述回溯反射鏡到所述第二焦平面的距離；

所述回溯反射鏡為凹面反射鏡時，所述回溯距離等于所述凹面反射鏡的曲率半徑R；

所述回溯反射鏡為平凸反射鏡時，所述回溯距離等于所述平凸反射鏡的焦距f2。

在一個實施例中，所述非成像光學傳感器還包括次反射鏡，所述次反射鏡設置于所述氣室的另一側(cè)且所述次反射鏡的反射面朝向所述色散準直聚焦透鏡；