本發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一體化小型激光氣體檢測組件。

背景技術(shù)：

可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)分析方法，是常用的氣體分析方法，主要是利用半導(dǎo)體激光器的可調(diào)諧和窄線寬特性，通過選擇待測氣體的某條特定的吸收光譜線進行測量，可排除其他氣體的光譜的干擾，實現(xiàn)待測氣體濃度的快速在線檢測。

在某些氣體監(jiān)測設(shè)備中，由于激光氣體檢測系統(tǒng)比較復(fù)雜，其中必須的組成部分，包括：半導(dǎo)體激光器、溫度控制器、光電探測器等體積較大且相互之間的連接復(fù)雜，不利于做成小型化集成度較高的氣體探測組件。尤其是在便攜式設(shè)備以及固定點型氣體報警氣的應(yīng)用中，由于形態(tài)的和尺寸無法小型化和集成化，限制了該技術(shù)的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種一體化小型激光氣體檢測組件，通過高集成度的TDLAS系統(tǒng)設(shè)計，將各組成部分在同一個金屬基板上進行封裝，使得整個檢測組件形成一個獨立工作的激光氣體傳感器件。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明涉及一種激光氣體檢測組件，更具體地說，尤其涉及一種一體化小型激光氣體檢測組件，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。

一種一體化小型激光氣體檢測組件，包括從上至下依次連接的金屬板，半導(dǎo)體制冷器和散熱器，所述金屬板上方固定有作為電氣連接口的接線端子，熱敏電阻，半導(dǎo)體激光器，球面石英透鏡，光電探測器和平面反射鏡；所述半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光通過球面石英透鏡對準平面反射鏡并經(jīng)過所述平面反射鏡反射后由光電探測器接收；所述半導(dǎo)體激光器、所述半導(dǎo)體制冷器、所述光電探測器和所述熱敏電阻分別與所述接線端子連接。

其中，接線端子可作為該傳感組件的唯一電氣連接口。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以作如下改進：

進一步，所述半導(dǎo)體激光器，所述球面石英透鏡，所述光電探測器位于所述金屬板的同一側(cè)，所述平面反射鏡位于所述金屬板的另一側(cè)。

進一步，所述半導(dǎo)體激光器封裝于TO管殼內(nèi)。

進一步，所述半導(dǎo)體激光器是所述金屬板是可伸縮的鋁合金金屬板。

進一步，所述金屬板、所述半導(dǎo)體制冷器以及所述散熱器之間通過導(dǎo)熱硅膠粘接。

進一步，所述半導(dǎo)體激光器，所述平面反射鏡和所述光電探測器通過環(huán)氧膠固定于金屬板上。

進一步，所述半導(dǎo)體激光器、所述半導(dǎo)體制冷器、所述光電探測器和所述熱敏電阻焊接在接線端子上。

進一步，所述熱敏電阻為負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻。

進一步，所述半導(dǎo)體制冷器是利用半導(dǎo)體材料的珀爾帖效應(yīng)制成的半導(dǎo)體制冷器。

進一步，所述半導(dǎo)體激光器是DFB激光器或者VCSEL激光器。

本發(fā)明提供了一種一體化小型激光氣體檢測組件，通過高集成度的TDLAS系統(tǒng)設(shè)計，將各組成部分在同一個金屬基板上進行封裝，使得整個檢測系統(tǒng)形成一個獨立工作的激光氣體傳感器件?？梢苑奖沆`活的集成在例如便攜式氣體檢測儀，固定點型氣體報警器中作為氣體檢測探頭使用，使得基于TDLAS原理的氣體傳感技術(shù)更加方便靈活的應(yīng)用在氣體報警領(lǐng)域中。另外，TDLAS原理的氣體傳感器通常使用帶制冷封裝的蝶形或者雙列直插的管殼，成本較高，而本發(fā)明使用的是TO封裝的半導(dǎo)體激光器，可以降低成本。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

第一：使用了集成化設(shè)計，將多個組成部分安裝在同一塊金屬板上，實現(xiàn)一體化設(shè)計，減少了很多組成部分之間相互連接的環(huán)節(jié)，使得整個組件具有體積小，功耗低優(yōu)點，減少了各個組成部分之間作配合出故障的可能性。

第二，由于采用了熱敏電阻對溫度進行監(jiān)控，和通過半導(dǎo)體制冷器配合散熱器進行溫度控制，使得基于該組件制作的氣體傳感裝置可適應(yīng)較大環(huán)境溫度變化范圍，同時，由于光電探測器也位于同一塊金屬基板上，使得光電探測器的工作溫度穩(wěn)定，避免了光電探測器溫度出現(xiàn)誤差。

第三，由于使用大面積光電探測器以及單次反射的簡單光路，使得該組件的耦合難度大大降低，提高了激光氣體傳感器的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)過程中的損耗率。

第四，避免了使用自帶制冷的蝶形激光器或者雙列直插激光器的使用，而使用同軸TO封裝的半導(dǎo)體激光器，大大降低了激光器的價格。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所述的一體化小型激光氣體檢測組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例2所述的一體化小型激光氣體檢測組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-半導(dǎo)體激光器，2-球面石英透鏡，3-平面反射鏡，4-金屬板，5-半導(dǎo)體制冷器，6-散熱器，7-光電探測器，8-熱敏電阻，9-接線端子，10-模數(shù)轉(zhuǎn)換器，11-單片機，12-繼電器，13-顯示屏，14-封閉殼體，15-進氣口。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

實施例1

本發(fā)明涉及一種激光氣體檢測組件，更具體地說，尤其涉及一種一體化小型激光氣體檢測組件，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。

如圖1所示，一種一體化小型激光氣體檢測組件，包括從上至下依次連接的金屬板4，半導(dǎo)體制冷器5和散熱器6，所述金屬板4上方固定有作為電氣連接口的接線端子9，熱敏電阻8，半導(dǎo)體激光器1，球面石英透鏡2，光電探測器7和平面反射鏡3；所述半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的激光通過球面石英透鏡2對準平面反射鏡3并經(jīng)過所述平面反射鏡3反射后由光電探測器7接收；所述半導(dǎo)體激光器1、所述半導(dǎo)體制冷器5、所述光電探測器7和所述熱敏電阻8分別與所述接線端子9連接。

其中，接線端子9可作為該傳感組件的唯一電氣連接口。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以作如下改進：

其中，所述半導(dǎo)體激光器1，所述球面石英透鏡2，所述光電探測器7位于所述金屬板4的同一側(cè)，所述平面反射鏡3位于所述金屬板4的另一側(cè)。

其中，所述半導(dǎo)體激光器1封裝于TO管殼內(nèi)。取代碟型或雙列直插的帶制冷封裝的蝶形管殼，降低了成本。

其中，所述半導(dǎo)體激光器是所述金屬板4是可伸縮的鋁合金金屬板。由于通光路徑的長度和整個組件的測量精度相關(guān)，可以通過改變金屬板4的長度來調(diào)整系統(tǒng)的通光路徑。

其中，所述金屬板4、所述半導(dǎo)體制冷器5以及所述散熱器6之間通過導(dǎo)熱硅膠粘接。以保證熱量的順利傳導(dǎo)和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

其中，所述半導(dǎo)體激光器1，所述平面反射鏡3和所述光電探測器7通過環(huán)氧膠固定于金屬板4上。

其中，所述半導(dǎo)體激光器1、所述半導(dǎo)體制冷器5、所述光電探測器7和所述熱敏電阻8焊接在接線端子9上。

其中，所述熱敏電阻8為負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻。

其中，所述半導(dǎo)體制冷器5是利用半導(dǎo)體材料的珀爾帖效應(yīng)制成的半導(dǎo)體制冷器5。當直流電流通過兩種半導(dǎo)體材料組成的電偶時，其一端吸熱，一端放熱。

其中，所述半導(dǎo)體激光器1是DFB激光器或者VCSEL激光器。這種激光器必須具有譜線寬度小的特性，通常譜線寬度不大于0.2nm。

本發(fā)明提供了一種一體化小型激光氣體檢測組件，通過高集成度的TDLAS系統(tǒng)設(shè)計，通過將各組成部分在同一個金屬基板上進行封裝，使得整個檢測系統(tǒng)形成一個獨立工作的激光氣體傳感器件?？梢苑奖沆`活的集成在例如便攜式氣體檢測儀，固定點型氣體報警器中作為氣體檢測探頭使用，使得基于TDLAS原理的氣體傳感技術(shù)更加方便靈活的應(yīng)用在氣體報警領(lǐng)域中。另外，TDLAS原理的氣體傳感器通常使用帶制冷封裝的蝶形或者雙列直插的管殼，成本較高，而本發(fā)明使用的是TO封裝的半導(dǎo)體激光器1，可以降低成本。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

第一：使用了集成化設(shè)計，將多個組成部分安裝在同一塊金屬板上，實現(xiàn)一體化設(shè)計，減少了很多組成部分之間相互連接的環(huán)節(jié)，使得整個組件具有體積小，功耗低優(yōu)點，減少了各個組成部分之間作配合出故障的可能性。

第二，由于采用了熱敏電阻8對溫度進行監(jiān)控，和通過半導(dǎo)體制冷器5配合散熱器6進行溫度控制，使得基于該組件制作的氣體傳感裝置可適應(yīng)較大環(huán)境溫度變化范圍，同時，由于光電探測器7也位于同一塊金屬基板上，使得光電探測器7的工作溫度穩(wěn)定，避免了光電探測器7溫度出現(xiàn)誤差。

第三，由于使用大面積光電探測器7以及單次反射的簡單光路，使得該組件的耦合難度大大降低，提高了激光氣體傳感器的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)過程中的損耗率。

第四，避免了使用自帶制冷的蝶形激光器或者雙列直插激光器的使用，而使用同軸TO封裝的半導(dǎo)體激光器1，大大降低了激光器的價格。

本發(fā)明的工作過程是：由固定于金屬板4一側(cè)的TO管殼封裝的半導(dǎo)體激光器1發(fā)出激光，通過球面石英透鏡2將激光匯聚成空間直線光、使得該光線對準位于金屬板4另一測的平面反射鏡3，光線經(jīng)過平面反射鏡3反射后由位于和半導(dǎo)體激光器1同一側(cè)位置的光電探測器7接收轉(zhuǎn)換為電信號，與此同時，通過熱敏電阻8采集金屬板4的溫度，通過半導(dǎo)體制冷器5對金屬板4進行制冷或者加熱。本發(fā)明的通光路徑長度等于半導(dǎo)體激光器1到平面反射鏡3的距離加上平面反射鏡3到光電探測器7的距離。由于通光路徑的長度和整個組件的測量精度相關(guān)，可以通過改變金屬板4的長度來調(diào)整系統(tǒng)的通光路徑。

實施例2

如圖2所示，將實施例1所述組件包括1-9的部分置于封閉殼體14內(nèi)，所述封閉殼體14上裝有進氣口5，在所述封閉殼體14外，單片機11分別連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器10，繼電器12，顯示屏13；位于所述封閉殼體14內(nèi)部的接線端子9分別連接單片機11和模數(shù)轉(zhuǎn)換器10，所述半導(dǎo)體制冷器5與所述封閉殼體14外的所述繼電器12相連。

通過封閉殼體14上的進氣口15將被測氣體充入封閉殼體14內(nèi)，使得由半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的光纖在被測氣體中穿過，其部分光能量被被測氣體吸收，由光電探測器7將光能量的變化轉(zhuǎn)化為電壓變化信號，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器10采集這個電壓變化信號輸入到單片機11中，電壓的變化和濃度變化是滿足正線性關(guān)系的，單片機11將濃度換算結(jié)果輸入到顯示屏13中將氣體濃度數(shù)據(jù)顯示出來。同時，由單片機11控制繼電器12驅(qū)動半導(dǎo)體制冷器5對整個組件進行制冷散熱。這個裝置即可以實現(xiàn)氣體濃度采集和測量。

本發(fā)明顯著提高了TDLAS硬件系統(tǒng)的集成化程度，減小了系統(tǒng)體積，同時提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和使用便捷性，可應(yīng)用于通光路徑長度不超過20cm的TDLAS檢測系統(tǒng)中，使得TDLAS技術(shù)在小型化設(shè)備例如便攜式氣體傳感器，固定點式氣體報警器等應(yīng)用中得以廣泛使用。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。