穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，包括有激光發(fā)射和接收裝置、角錐反射鏡裝置，由監(jiān)測儀主機激光器輸出的激光，通過傳輸光纖外接光纖法蘭耦合進入罩筒內(nèi)的尾纖，激光經(jīng)尾纖傳導至激光準直鏡，激光準直后經(jīng)由中心開孔的接收鏡射出，穿越密封窗鏡和目標氣體探測區(qū)，到達對面的角錐反射鏡裝置的角錐反射鏡后形成反射光束，且沿主光路方向返回，有所擴展的返回光束再由接收鏡接收和側(cè)向反射聚焦，到達接收鏡頭和探測器，探測器探測接收光譜光信號，探測器輸出的電信號經(jīng)連接線傳至輸出接口，并通過外接電纜傳回主機。本發(fā)明的光譜吸收光程增加一倍，不僅探測精度可獲提高，應(yīng)用范圍也能拓寬；抗振性能明顯增強。
【專利說明】穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及煙道氨逃逸在線監(jiān)測工程應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前各類原位安裝的煙道氨逃逸光譜監(jiān)測儀器，大都采用收發(fā)分離式光路系統(tǒng)裝置，這種安裝工作方式的不足之處，主要是受到單程吸收光譜的限制，對測量精度有一定的影響。同樣立足于煙道原位安裝方式工作，本監(jiān)測儀采取的是收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，運用往返光路，可以增大一倍的吸收光程，不僅測量精度可獲提高，應(yīng)用范圍也能拓寬，尤其對于只具備煙道口徑相對較小的行業(yè)系統(tǒng)而言，更具有應(yīng)用優(yōu)勢。
[0003]原位安裝煙道氨逃逸監(jiān)測儀的探測光路裝置處于戶外條件工作，而且所在安裝位置的振動干擾也大，為能適應(yīng)此類工程應(yīng)用環(huán)境，對于監(jiān)測儀光路系統(tǒng)的各個結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)，包括激光發(fā)射、反射、接收、探測和光路保護各個單元，進行了整體性和收發(fā)一體化的優(yōu)化設(shè)計與研制，形成一套具有高度穩(wěn)定性和經(jīng)久耐用性的探測光路實用化裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括有激光發(fā)射和接收裝置、角錐反射鏡裝置，所述的激光發(fā)射和接收裝置包括有罩筒，罩筒內(nèi)主光路上依次設(shè)有激光準直鏡、接收鏡、密封鏡窗，罩筒內(nèi)反射光路上設(shè)有接收鏡頭、探測器，罩筒后端設(shè)有光纖法蘭、輸出接口 ；角錐反射鏡裝置包括有角錐反射鏡；由監(jiān)測儀主機激光器輸出的激光，通過傳輸光纖外接光纖法蘭耦合進入罩筒內(nèi)的尾纖，激光經(jīng)尾纖傳導至激光準直鏡，激光準直后經(jīng)由中心開孔的接收鏡射出，穿越密封窗鏡和目標氣體探測區(qū)，到達對面的角錐反射鏡裝置的角錐反射鏡后形成反射光束，且沿主光路方向返回，有所擴展的返回光束再由接收鏡接收和側(cè)向反射聚焦，到達接收鏡頭和探測器，探測器探測接收光譜光信號，探測器輸出的電信號經(jīng)連接線傳至輸出接口，并通過外接電纜傳回主機。
[0006]所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的罩筒的兩端分別安裝有罩筒螺旋后蓋、法蘭盤一，法蘭盤一中心開有通光孔。
[0007]所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的激光準直鏡、接收鏡、接收鏡頭和探測器集成安裝于鏡架的主面板上，所述的鏡架包括有主面板、側(cè)面板和底板，其中主面板為可調(diào)固定板，利用三個固定孔安裝于側(cè)面板，中間的固定孔為轉(zhuǎn)動軸孔，主面板可作小角度俯仰調(diào)節(jié)，底板也有三個固定孔，用于鏡架整體與固定支板的安裝固定和小角度水平調(diào)節(jié)，固定支板的另一端通過固定螺釘固定在法蘭盤一上，兩維調(diào)節(jié)機構(gòu)均采用螺釘剛性鎖緊固定，具有高度的穩(wěn)定性和抗振動性。
[0008]所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的接收鏡采用離軸拋物面鏡，接收鏡與轉(zhuǎn)接座由三個螺釘固定相接，兩者均中心開孔，并保持同軸安裝，轉(zhuǎn)接座由三個螺釘固定于鏡架主面板的正面中心位置，激光準直鏡緊配合安裝于轉(zhuǎn)接座的開孔內(nèi)，由兩個側(cè)向螺釘鎖緊固定，由此構(gòu)成穩(wěn)固的激光發(fā)射和接收的同軸光路。
[0009]所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的接收鏡頭和探測器安裝于連接支板的前后對應(yīng)位置，兩者之間由固定螺釘墊柱分隔適當距離，接收鏡頭用于增大接收孔徑、用于均勻擴展激光探測的覆蓋范圍，有助于改善光信號探測的穩(wěn)定性，增強光信號探測的抗振動性；連接支板固定于鏡架主面板的側(cè)面位置，連接支板一端的固定孔為兩個腰形孔，可以橫向移動固定，用以調(diào)整探測器對應(yīng)位置，使之與拋物面接收鏡保持中心位置對正。
[0010]所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的密封窗鏡傾斜設(shè)置，密封窗鏡由密封圈封裝于窗鏡座，窗鏡座由密封圈封裝于法蘭盤一。密封窗鏡用于隔離保護，避免探測區(qū)煙塵污染光學裝置部件；密封窗鏡傾斜設(shè)置，避免鏡面反射光干擾。
[0011]所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述角錐反射鏡裝置包括有小罩筒，小罩筒長度短于罩筒，小罩筒內(nèi)的角錐反射鏡裝于鏡框內(nèi)并通過壓圈固緊，鏡框的后蓋與鏡框支座27固定，鏡框支座固定于支板24上；小罩筒的兩端分別安裝后蓋和法蘭盤二。
[0012]所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的激光發(fā)射和接收裝置的后端與角錐反射鏡裝置的前端分別設(shè)有吹氣保護筒裝置，吹氣保護筒裝置包括有由外筒、內(nèi)筒構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，外筒和內(nèi)筒的后端與法蘭盤二密封焊接，外筒和內(nèi)筒前端設(shè)置半圓環(huán)形堵墊和半圓環(huán)形擋風蓋，在端口形成側(cè)向氣流風簾，阻擋煙道中的煙塵進入保護筒內(nèi)；吹氣保護筒裝置上設(shè)有夾層進風接口、內(nèi)筒進風接口，經(jīng)由三通閥與空氣壓縮機連接，吹氣保護筒裝置上還設(shè)有轉(zhuǎn)接法蘭盤，法蘭盤二用于與法蘭盤一、法蘭盤三連接組裝，轉(zhuǎn)接法蘭盤用于與工程預裝件法蘭盤的連接組裝。吹氣保護筒內(nèi)層處于光路通道，內(nèi)層前向吹風，也能用于光路窗鏡的防護和清潔維護。
[0013]本發(fā)明的原理是:
本發(fā)明的收發(fā)一體式探測光路，激光發(fā)射和接收光元件同處裝置一端，并且保持同光軸的結(jié)構(gòu)關(guān)系，借助對面設(shè)置的角錐反射鏡裝置，可將發(fā)射光束沿原光路方向返回，在目標氣體探測區(qū)內(nèi)形成往返疊加吸收光路，返回光束經(jīng)由接收鏡接收、反射和聚焦，以及接收鏡頭的發(fā)散，到達光電探測器接收光譜光信號。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點是:
本發(fā)明與通常采用的收發(fā)分離式單光程探測光路相比，光譜吸收光程增加一倍，不僅探測精度可獲提高，應(yīng)用范圍也能拓寬；穩(wěn)定緊湊的激光收發(fā)一體光路結(jié)構(gòu)，抗振性能明顯增強，加之氣簾式吹氣保護筒的配合使用，可以保持探測光路的長期正常運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的激光發(fā)射與接收裝置配裝吹氣保護筒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的角錐反射鏡裝置配裝相同的吹氣保護筒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為激光收發(fā)一體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖1中標號:I光纖法蘭，2轉(zhuǎn)接座，3激光準直鏡，4鏡架，5接收鏡，6固定支板，7密封窗鏡，8法蘭盤，9接收鏡頭，10探測器，11鏡片壓圈，12連接支板，13輸出接口，14罩筒，15罩筒螺旋后蓋，16法蘭盤，17內(nèi)筒進風接口，18外筒，19內(nèi)筒，20半圓環(huán)形堵墊，21半圓環(huán)形擋風蓋，22法蘭盤，23夾層進風接口。
[0019]圖2中標號:24固定支板，25鏡框及壓圈，26角錐反射鏡，27鏡框支座，31小罩筒，32小罩筒螺旋后蓋，33法蘭盤，其它光路構(gòu)件與圖1相同。
[0020]圖3中標號:28主面板，29側(cè)面板，30底板，其它光路構(gòu)件與圖1相同。

【具體實施方式】
[0021]如圖1、2所示，穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，包括有激光發(fā)射和接收裝置、角錐反射鏡裝置和吹氣保護筒裝置，激光發(fā)射和接收裝置包括有罩筒14，罩筒14內(nèi)主光路上依次設(shè)有激光準直鏡3、接收鏡5、密封鏡窗7，罩筒14內(nèi)反射光路上設(shè)有接收鏡頭9、探測器10，罩筒14后端設(shè)有光纖法蘭1、輸出接口 13 ;角錐反射鏡裝置包括有角錐反射鏡26。
[0022]1.光路系統(tǒng)工作流程
由監(jiān)測儀主機激光器輸出的激光，通過傳輸光纖外接光纖法蘭I耦合進入罩筒14內(nèi)的尾纖，傳導至激光準直鏡3，發(fā)射激光經(jīng)由中心開孔的接收鏡5射出，穿越密封窗鏡7和目標氣體探測區(qū)，到達對面角錐反射鏡裝置的角錐反射鏡26后形成反射光束，且沿主光路方向返回，有所擴展的返回光束再由接收鏡5接收和側(cè)向反射聚焦，到達接收鏡頭9和探測器10探測接收光譜光信號，探測器輸出的電信號經(jīng)連接線傳至輸出接口 13，并通過外接電纜傳回主機。
[0023]2.激光收發(fā)一體裝置結(jié)構(gòu)
離軸拋物面接收鏡5與轉(zhuǎn)接座2由三個螺釘固定相接，兩者均中心開孔，并保持同軸安裝，轉(zhuǎn)接座2由三個螺釘固定于鏡架4主面板28的正面中心位置，激光準直鏡3緊配合安裝于轉(zhuǎn)接座2的開孔內(nèi)，由兩個側(cè)向螺釘鎖緊固定，由此構(gòu)成穩(wěn)固的激光發(fā)射和接收的同軸光路。
[0024]接收鏡頭9和探測器10安裝于連接支板12的前后對應(yīng)位置，兩者之間由固定螺釘墊柱分隔適當距離，接收鏡頭9用于增大接收孔徑，有助于改善光信號探測的穩(wěn)定性，增強光信號探測的抗振動性。連接支板12固定于鏡架4主面板28的側(cè)面位置，圖1中兩中心線之間的箭頭所示，為該支板實際安裝位置，支板一端的固定孔為兩個腰形孔，可以橫向移動固定，用以調(diào)整探測器對應(yīng)位置，使之與拋物面接收鏡5保持中心位置對正。
[0025]激光發(fā)射接收光元件全部緊湊安裝于鏡架4的主面板28上，彼此間相互位置一旦調(diào)整固定，便很難發(fā)生改變。鏡架4由主面板28、側(cè)面板29和底板30構(gòu)成，其中主面板為可調(diào)固定板，利用三個固定孔安裝于側(cè)面板，中間的固定孔為轉(zhuǎn)動軸孔，主面板可作小角度俯仰調(diào)節(jié)，鏡架底板也有三個固定孔，用于鏡架整體與固定支板6的安裝固定和小角度水平調(diào)節(jié)，兩維調(diào)節(jié)機構(gòu)均采用螺釘剛性鎖緊固定。實際使用情況表明，該鏡架及其收發(fā)一體式整體裝置，結(jié)構(gòu)簡潔緊湊適用，穩(wěn)定可靠，能夠增強和保持運行光路的穩(wěn)定性和持久性。
[0026]3.法蘭盤、密封窗鏡及罩筒結(jié)構(gòu)固定支板6、密封窗鏡7和罩筒14均由固定螺釘安裝于法蘭盤8，法蘭盤8中心開有通光孔。密封窗鏡7由密封圈封裝于窗鏡座,窗鏡座由密封圈封裝于法蘭盤8。密封窗鏡7用于隔離保護，避免探測區(qū)煙塵污染光學裝置部件。密封窗鏡7傾斜設(shè)置，避免鏡面反射光干擾。罩筒14筒壁后部裝有進光光纖法蘭I和輸出接口 13，為方便安裝接插，設(shè)有罩筒螺旋后蓋15。
[0027]4.吹氣保護筒裝置結(jié)構(gòu)
吹氣保護筒為內(nèi)外套筒夾層結(jié)構(gòu)，外筒18和內(nèi)筒19的后端與法蘭盤16密封焊接，套筒前端設(shè)置半圓環(huán)形堵墊20和半圓環(huán)形擋風蓋21，筒體外壁設(shè)置夾層進風接口 23和內(nèi)筒進風接口 17，經(jīng)由三通閥與空氣壓縮機連接。半圓環(huán)形堵墊20用于阻擋夾層吹風氣流，半圓環(huán)形擋風蓋21用于改變夾層端口的氣流方向，可在端口形成側(cè)向氣流風簾，阻擋煙道中的煙塵進入保護筒內(nèi)，有助于保護光路窗鏡和探測光路的正常運行。吹氣保護筒內(nèi)層處于光路通道，內(nèi)層前向吹風，也能用于光路窗鏡的防護和清潔維護。法蘭盤16用于與光學裝置筒法蘭盤8的連接組裝，轉(zhuǎn)接法蘭盤22用于與工程預裝件法蘭盤的連接組裝。
[0028]5.角錐反射鏡裝置結(jié)構(gòu)
角錐反射鏡裝置包括有小罩筒31，小罩筒31內(nèi)的角錐發(fā)射鏡26裝于鏡框25內(nèi)，并通過壓圈11固緊，鏡框25后蓋與鏡框支座27固定，鏡框支座27固定于支板24。小罩筒31長度短于罩筒14，且筒壁不需安裝光電接口座，其它的結(jié)構(gòu)尺寸與激光收發(fā)端相同。小罩筒31的兩端分別安裝后蓋32和法蘭盤33。原型角錐反射棱鏡，外形棱角分明，不便安裝，本裝置將其進光面周邊設(shè)計成圓形結(jié)構(gòu)，使得安裝結(jié)構(gòu)相對簡化。角錐棱鏡用作反射光元件，可使反射光路沿入射原光路方向返回，保持往返光路的同軸性。法蘭盤16還用于與角錐反射鏡裝置的法蘭盤33的連接組裝。
【權(quán)利要求】
1.穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括有激光發(fā)射和接收裝置、角錐反射鏡裝置，所述的激光發(fā)射和接收裝置包括有罩筒，罩筒內(nèi)主光路上依次設(shè)有激光準直鏡、接收鏡、密封鏡窗，罩筒內(nèi)反射光路上設(shè)有接收鏡頭、探測器，罩筒后端設(shè)有光纖法蘭、輸出接口 ；角錐反射鏡裝置包括有角錐反射鏡；由監(jiān)測儀主機激光器輸出的激光，通過傳輸光纖外接光纖法蘭耦合進入罩筒內(nèi)的尾纖，激光經(jīng)尾纖傳導至激光準直鏡，激光準直后經(jīng)由中心開孔的接收鏡射出，穿越密封窗鏡和目標氣體探測區(qū)，到達對面的角錐反射鏡裝置的角錐反射鏡后形成反射光束，且沿主光路方向返回，有所擴展的返回光束再由接收鏡接收和側(cè)向反射聚焦，到達接收鏡頭和探測器，探測器探測接收光譜光信號，探測器輸出的電信號經(jīng)連接線傳至輸出接口，并通過外接電纜傳回主機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的罩筒的兩端分別安裝有罩筒螺旋后蓋、法蘭盤一，法蘭盤一中心開有通光孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的激光準直鏡、接收鏡、接收鏡頭和探測器集成安裝于鏡架的主面板上，所述的鏡架包括有主面板、側(cè)面板和底板，其中主面板為可調(diào)固定板，利用三個固定孔安裝于側(cè)面板，中間的固定孔為轉(zhuǎn)動軸孔，主面板可作小角度俯仰調(diào)節(jié)，底板也有三個固定孔，用于鏡架整體與固定支板的安裝固定和小角度水平調(diào)節(jié)，固定支板的另一端通過固定螺釘固定在法蘭盤—上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的接收鏡采用離軸拋物面鏡，接收鏡與轉(zhuǎn)接座由三個螺釘固定相接，兩者均中心開孔，并保持同軸安裝，轉(zhuǎn)接座由三個螺釘固定于鏡架主面板的正面中心位置，激光準直鏡緊配合安裝于轉(zhuǎn)接座的開孔內(nèi)，由兩個側(cè)向螺釘鎖緊固定，由此構(gòu)成穩(wěn)固的激光發(fā)射和接收的同軸光路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的接收鏡頭和探測器安裝于連接支板的前后對應(yīng)位置，兩者之間由固定螺釘墊柱分隔適當距離，連接支板固定于鏡架主面板的側(cè)面位置，連接支板一端的固定孔為兩個腰形孔，可以橫向移動固定，用于調(diào)整探測器對應(yīng)位置，使之與拋物面接收鏡保持中心位置對正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的密封窗鏡傾斜設(shè)置，密封窗鏡由密封圈封裝于窗鏡座，窗鏡座由密封圈封裝于法蘭盤一O
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述角錐反射鏡裝置包括有小罩筒，小罩筒長度短于罩筒，小罩筒內(nèi)的角錐反射鏡裝于鏡框內(nèi)并通過壓圈固緊，鏡框的后蓋與鏡框支座固定，鏡框支座固定于支板上；小罩筒的兩端分別安裝小罩筒螺旋后蓋和法蘭盤三。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穩(wěn)定緊湊型激光收發(fā)一體式探測光路結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的激光發(fā)射和接收裝置的后端與角錐反射鏡裝置的前端分別設(shè)有吹氣保護筒裝置，吹氣保護筒裝置包括有由外筒、內(nèi)筒構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，外筒和內(nèi)筒的后端與法蘭盤二密封焊接，夕卜筒和內(nèi)筒前端設(shè)置半圓環(huán)形堵墊和半圓環(huán)形擋風蓋，在端口形成側(cè)向氣流風簾；吹氣保護筒裝置上設(shè)有夾層進風接口、內(nèi)筒進風接口，經(jīng)由三通閥與空氣壓縮機連接；吹氣保護筒裝置上還設(shè)有轉(zhuǎn)接法蘭盤，法蘭盤二用于與法蘭盤一、法蘭盤三連接組裝，轉(zhuǎn)接法蘭盤用于與工程預裝件法蘭盤的連接組裝。
【文檔編號】G01N21/27GK104297169SQ201410570889
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】崔益本, 張玉鈞, 何瑩, 尤坤, 高彥偉, 徐金鳳 申請人:中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院