本發(fā)明涉及氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氣體探測(cè)器及其吸收池。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的氣體濃度檢測(cè)裝置，如公告號(hào)為CN 205593914 U的中國(guó)專利文獻(xiàn)“一種便攜式污染氣體濃度檢測(cè)裝置”，包括吸收池和設(shè)置在吸收池同側(cè)的光發(fā)射器和光接收器以及與光接收器相連的檢測(cè)裝置，其中吸收池包括供待測(cè)氣體進(jìn)入的吸收池腔體，吸收池腔體內(nèi)設(shè)有左右分布的近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡，近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)光學(xué)諧振腔，該光學(xué)諧振腔的光軸為左右延伸的水平軸線，具體的該現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)諧振腔為凹-凹光學(xué)諧振腔，也即近光源端反射鏡為一個(gè)凹面鏡，遠(yuǎn)光源端反射鏡為兩個(gè)凹面鏡，當(dāng)然在其他的現(xiàn)有技術(shù)中，也可以將遠(yuǎn)光源端反射鏡設(shè)為一個(gè)凹面鏡。

現(xiàn)有技術(shù)中的凹-凹光學(xué)諧振腔構(gòu)成的吸收池在使用時(shí)，光源發(fā)出的光束直接從近光源端反射鏡的徑向外側(cè)的入口進(jìn)吸收池，光束首先投射到遠(yuǎn)光源端反射鏡，然后依次經(jīng)遠(yuǎn)光源端反射鏡、近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡……進(jìn)行反射，產(chǎn)生光學(xué)諧振，通過(guò)這種光學(xué)諧振，使得光線的路程可以在體積較小的光學(xué)諧振腔中變得很長(zhǎng)，從而利于后續(xù)的氣體檢測(cè)工作。

但是，由于上述現(xiàn)有技術(shù)中的入射光的入光結(jié)構(gòu)(入光口)與出射光的出光結(jié)構(gòu)(出光口)是分布在近光源端反射鏡的徑向上的相對(duì)兩側(cè)的，這就導(dǎo)致入射光的入光結(jié)構(gòu)(入光口)與出射光的出光結(jié)構(gòu)(出光口)之間的間距過(guò)大，進(jìn)而使得光發(fā)射器與光接收器的間距設(shè)置的過(guò)大，導(dǎo)致氣體檢測(cè)設(shè)備在徑向方向上的尺寸過(guò)大，使得探測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)存在體積大、重量重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法在極端環(huán)境下使用(高溫振動(dòng))，不易攜帶等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠減小入射光的入光結(jié)構(gòu)與出射光的出光結(jié)構(gòu)之間的間距的氣體探測(cè)器的吸收池，同時(shí)提供使用該吸收池的氣體探測(cè)器，且能實(shí)現(xiàn)在高溫?zé)煔庵械脑粶y(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種氣體探測(cè)器的吸收池，包括吸收池腔體及吸收池腔體內(nèi)左右設(shè)置的近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡，吸收池還包括入射光的入光結(jié)構(gòu)、出射光的出光結(jié)構(gòu)，在吸收池腔體內(nèi)的近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡構(gòu)成光軸為左右延伸的水平軸線的光學(xué)諧振腔，光學(xué)諧振腔的光路分別在近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡上形成近端反射點(diǎn)、遠(yuǎn)端反射點(diǎn)；所述近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡分別為平面反射鏡和凹面反射鏡，所述平面反射鏡與凹面反射鏡構(gòu)成平-凹光學(xué)諧振腔，所述近端反射點(diǎn)、遠(yuǎn)端反射點(diǎn)均圍繞光軸呈圓周分布，所述入光結(jié)構(gòu)與出光結(jié)構(gòu)均設(shè)置于平面反射鏡上，入光結(jié)構(gòu)和出光結(jié)構(gòu)的位置處于近端反射點(diǎn)中反射次序不同但位置重合的一個(gè)重合點(diǎn)上或者處于近端反射點(diǎn)中的相互靠近的兩個(gè)點(diǎn)上。

所述吸收池腔體外部設(shè)置有包裹吸收池腔體的防塵透氣燒結(jié)金屬網(wǎng)罩。

所述平面反射鏡通過(guò)高溫合金支撐桿與凹面反射鏡固定在一起。

本發(fā)明的一種氣體檢測(cè)探器的技術(shù)方案，包括吸收池及設(shè)置于吸收池左側(cè)的光發(fā)射器、光接收器，所述吸收池包括吸收池腔體及吸收池腔體內(nèi)左右設(shè)置的近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡，吸收池還包括入射光的入光結(jié)構(gòu)、出射光的出光結(jié)構(gòu)，在吸收池腔體內(nèi)的近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡構(gòu)成光軸為左右延伸的水平軸線的光學(xué)諧振腔，光學(xué)諧振腔的光路分別在近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡上形成近端反射點(diǎn)、遠(yuǎn)端反射點(diǎn)；所述近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡分別為平面反射鏡和凹面反射鏡，所述平面反射鏡與凹面反射鏡構(gòu)成平-凹光學(xué)諧振腔，所述近端反射點(diǎn)、遠(yuǎn)端反射點(diǎn)均圍繞光軸呈圓周分布，所述入光結(jié)構(gòu)與出光結(jié)構(gòu)均設(shè)置于平面反射鏡上，入光結(jié)構(gòu)和出光結(jié)構(gòu)的位置處于近端反射點(diǎn)中反射次序不同但位置重合的一個(gè)重合點(diǎn)上或者處于近端反射點(diǎn)中的相互靠近的兩個(gè)點(diǎn)上。

氣體探測(cè)器上于吸收池的左側(cè)設(shè)置有供光線穿過(guò)的光路腔，所述光發(fā)射器與光接收器安裝在光路腔左端。

所述吸收池腔體外部設(shè)置有包裹吸收池腔體的防塵透氣燒結(jié)金屬網(wǎng)罩。

所述平面反射鏡通過(guò)高溫合金支撐桿與凹面反射鏡固定在一起。

還包括用于改變光束方向的折轉(zhuǎn)鏡片，使得光束向光軸方向聚攏；所述折轉(zhuǎn)鏡片設(shè)于吸收池的左端、或者設(shè)于光路腔的右端、或者隔設(shè)于吸收池腔體與光路腔之間，以使得在容光線通過(guò)的同時(shí)對(duì)吸收池腔體與光路腔進(jìn)行密封阻隔。

所述折轉(zhuǎn)鏡片為折轉(zhuǎn)棱鏡。

本發(fā)明的吸收池為平-凹光學(xué)諧振腔，其光路分別在平面反射鏡、凹面反射鏡上形成的近端反射點(diǎn)、遠(yuǎn)端反射點(diǎn)均圍繞平-凹光學(xué)諧振腔的光軸呈圓周分布，而且入射光的入光結(jié)構(gòu)與出射光的出光結(jié)構(gòu)均設(shè)置于平面反射鏡上，具體的，入光結(jié)構(gòu)和出光結(jié)構(gòu)的位置可以為兩種形式，第一種是在反射次序不同但位置重合的一個(gè)重合反射點(diǎn)上設(shè)置，另一種則選擇近端反射點(diǎn)中的相互靠近的兩個(gè)設(shè)置。如此設(shè)置就能夠使入射光的入光結(jié)構(gòu)與出射光的出光結(jié)構(gòu)之間的間距能夠盡可能小。這樣使用該具有平-凹光學(xué)諧振腔的吸收池，一方面，使氣體檢測(cè)器在徑向方向上的尺寸變得更小，節(jié)省占用的空間，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的小型化，便于攜帶。另一方面，能夠產(chǎn)生光學(xué)諧振，使得光線的路程可以在體積較小的光學(xué)諧振腔中變得更長(zhǎng)，從而利于后續(xù)的氣體檢測(cè)工作。

進(jìn)一步的，本發(fā)明中的氣體探測(cè)器設(shè)置的折轉(zhuǎn)棱鏡，可用于改變光束方向，使光束向光軸聚攏，使得遠(yuǎn)距離設(shè)置的光發(fā)射器與光接收器之間的間距盡可能的小，節(jié)省徑向方向的空間。同時(shí)，折轉(zhuǎn)棱鏡在容光線通過(guò)的同時(shí)對(duì)吸收池腔體與光路腔進(jìn)行密封阻隔，使得當(dāng)吸收池處于高溫環(huán)境中時(shí)，由于處在高溫的吸收池與光發(fā)射及光接收部分隔開，使得光發(fā)射及光接收部分不會(huì)受到溫度的影響，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的氣體探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的氣體探測(cè)器的光路路徑示意圖；

圖3為圖2的左視圖；

圖4為折轉(zhuǎn)棱鏡的光路路徑示意圖的側(cè)視圖；

圖5為折轉(zhuǎn)棱鏡的光路路徑示意圖的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。

氣體探測(cè)器實(shí)施例

圖1為本發(fā)明的一種氣體探測(cè)器的基本結(jié)構(gòu)示意圖，其包括吸收池及設(shè)置于氣體探測(cè)器上于吸收池的左側(cè)設(shè)置有供光線穿過(guò)的光路腔左端的光發(fā)射器7、光接收器8，且光路腔的外部包裹有薄壁支撐鋼管9。

本實(shí)施例中的氣體探測(cè)器還包括設(shè)置在供光線穿過(guò)的光路腔右端的折轉(zhuǎn)棱鏡5。

本實(shí)施例中的氣體探測(cè)器的吸收池包括吸收池腔體及吸收池腔體內(nèi)左右設(shè)置的近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡、入射光的入光結(jié)構(gòu)(入光口)、出射光的出光結(jié)構(gòu)(出光口)，在吸收池腔體內(nèi)的近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡構(gòu)成光軸為左右延伸的水平軸線的光學(xué)諧振腔。其中，近光源端反射鏡、遠(yuǎn)光源端反射鏡分別為平面反射鏡1和凹面反射鏡2，兩反射鏡通過(guò)高溫合金支撐桿3固定在一起，并構(gòu)成平-凹光學(xué)諧振腔；平-凹光學(xué)諧振腔的光路分別在近平面反射鏡1、遠(yuǎn)光源端反射鏡2上形成的近端反射點(diǎn)D點(diǎn)、遠(yuǎn)端反射點(diǎn)E點(diǎn)，如圖2所示，近端反射點(diǎn)D點(diǎn)的軌跡是圍繞光學(xué)諧振腔的光軸呈正圓形分布，遠(yuǎn)端反射點(diǎn)E點(diǎn)的軌跡也是圍繞光學(xué)諧振腔的光軸呈正圓形分布。

本實(shí)施例中的入射光的入光結(jié)構(gòu)(入光口)與出射光的出光結(jié)構(gòu)(出光口)均設(shè)置于平面反射鏡1上，且入光結(jié)構(gòu)(入光口)和出光結(jié)構(gòu)(出光口)的位置處于近端反射點(diǎn)D中可以是反射次序不同但位置重合的一個(gè)重合點(diǎn)6上，如圖1和3所示。

其中，圖3為圖2的光束路徑左視圖，兩反射鏡之間的光束路徑為：1-1(in)→2-1→1-2→2-2→1-3→2-3→1-4→2-4→1-5→……→2-17→1-18→2-18→1-19→1-20(out)，其入光口為1-1(in)與出光口為1-20(out)是相重合的反射點(diǎn)，且近端反射點(diǎn)D點(diǎn)的圓周軌跡相比遠(yuǎn)端反射點(diǎn)E點(diǎn)的圓周軌跡要小。同時(shí)，光束經(jīng)過(guò)40次反射后出射，在約300ml的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)了十幾米長(zhǎng)光程的吸收，即本發(fā)明在占用最小體積的情形下，形成完整的長(zhǎng)光程應(yīng)用在光學(xué)延遲線服務(wù)TDLAS。

作為其他實(shí)施方式，本發(fā)明中的平面反射鏡1的入光結(jié)構(gòu)(入光口)與出光結(jié)構(gòu)(出光口)也可以不在同一位置上，只要處于近端反射點(diǎn)中的相互靠近的兩個(gè)點(diǎn)上即可，如光束可從1-1(in)入射，從1-16(out)出射，也能滿足本發(fā)明的技術(shù)方案。

上述中的平面反射鏡1的入光結(jié)構(gòu)(入光口)與出光結(jié)構(gòu)(出光口)的設(shè)置能夠使入射光的入光結(jié)構(gòu)與出射光的出光結(jié)構(gòu)之間的間距能夠盡可能小。這樣在使用該具有平-凹光學(xué)諧振腔的吸收池，一方面，使氣體檢測(cè)器在徑向方向上的尺寸變得更小，節(jié)省占用的空間，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的小型化，便于攜帶。另一方面，能夠產(chǎn)生光學(xué)諧振，使得光線的路程可以在體積較小的光學(xué)諧振腔中變得更長(zhǎng)，從而利于后續(xù)的氣體檢測(cè)工作。

同時(shí)，本實(shí)施例中的吸收池腔體外部還包裹有燒結(jié)金屬網(wǎng)罩4，不僅能夠使待測(cè)氣體自由通過(guò)，還可以達(dá)到防塵的效果。

如圖2所示，光發(fā)射器7在出光位置A點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)折轉(zhuǎn)棱鏡5上的C點(diǎn)位置并通過(guò)平面反射鏡1的入光結(jié)構(gòu)(入光口)6入射至平-凹光學(xué)諧振腔，在平-凹光學(xué)諧振腔內(nèi)進(jìn)行多次反射后，經(jīng)平面反射鏡1的出光結(jié)構(gòu)(出光口)6出射后經(jīng)折轉(zhuǎn)棱鏡C點(diǎn)進(jìn)行光束調(diào)理后，被光接收器8接收光束位置B點(diǎn)接收，即可實(shí)現(xiàn)氣體的檢測(cè)工作。本實(shí)施例中的光束在平-凹光學(xué)諧振腔中能夠來(lái)回折返數(shù)十至數(shù)百次，其光束徑跡長(zhǎng)度將達(dá)到數(shù)十米，這樣的長(zhǎng)光程光路路徑能夠使光束充分被周圍的氣體吸收，能夠提高待測(cè)氣體的檢測(cè)下限；同時(shí)，對(duì)于弱吸收的氣體(如NH₃,CO,O₂等)，檢測(cè)下限可至ppb量級(jí)。

再者，本實(shí)施例中的折轉(zhuǎn)棱鏡5主要用于對(duì)光發(fā)射器7發(fā)出的光束進(jìn)行光束調(diào)理，以合適的角度經(jīng)平面反射鏡1入射到兩反射鏡構(gòu)成的平-凹光學(xué)諧振腔中，多次反射后；使出射的光束能夠準(zhǔn)確的穿過(guò)平面反射鏡，再經(jīng)折轉(zhuǎn)棱鏡5處理后被光接收器8接收。即設(shè)置的折轉(zhuǎn)棱鏡主要是用于改變光束方向，使得遠(yuǎn)距離設(shè)置的光發(fā)射器7與光接收器8之間的間距盡可能的小，節(jié)省徑向方向的空間。

作為其他實(shí)施方式，本發(fā)明的折轉(zhuǎn)棱鏡5也可以設(shè)置在吸收池的吸收池腔體的左端，當(dāng)然也可以設(shè)置在光發(fā)射及光接收部分右端與吸收池部分左端之間的任意合適位置。

當(dāng)檢測(cè)高溫環(huán)境的氣體時(shí)，折轉(zhuǎn)棱鏡5能夠在容光線通過(guò)的同時(shí)將處在高溫環(huán)境的吸收池腔體與光路腔進(jìn)行密封阻隔，這樣光發(fā)射器及光接收器就不會(huì)受到溫度的影響，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

如圖4和5所示，本實(shí)施例中的折轉(zhuǎn)棱鏡為五棱鏡，圖4為五棱鏡的側(cè)視圖，圖5為五棱鏡的俯視圖。當(dāng)然，作為其他實(shí)施方式，折轉(zhuǎn)棱鏡也可以選取其他多棱鏡，只要滿足對(duì)光束的調(diào)理即可。同時(shí)，為了降低影響光束的噪音，將設(shè)置的折轉(zhuǎn)棱鏡5的前后通光表面5-1鍍?cè)鐾改?。作為其他?shí)施方式，本發(fā)明的折轉(zhuǎn)棱鏡并不局限于棱鏡，也可以是其他可以使光線向光軸聚攏的鏡片，只要滿足需要即可。

本實(shí)施例中的光發(fā)射器7可以為激光光源，只要光源發(fā)出的光束波長(zhǎng)滿足待測(cè)氣體吸收的范圍即可；光接收器8可以為In GaAs探測(cè)器，也可以為其他探測(cè)器，只要滿足對(duì)光束的檢測(cè)即可。

作為其他實(shí)施方式，本發(fā)明中的光發(fā)射器7與光接收器8無(wú)需在吸收池的左側(cè)設(shè)置供光線穿過(guò)的光路腔，其也可以直接設(shè)置在吸收池的左側(cè)，只需滿足氣體檢測(cè)工作正常進(jìn)行即可。

本實(shí)施例的氣體探測(cè)器主要適用于封閉的高溫?zé)煔鈪^(qū)域；在使用過(guò)程中，如圖1所示，在煙道墻壁11左邊，包裹有較長(zhǎng)的薄壁支撐鋼管的光路腔使光發(fā)射器7和光接收器8遠(yuǎn)離高溫區(qū)，保證其正常工作；在煙道墻壁的右邊是高溫區(qū)域450攝氏度，而吸收池被防塵透氣燒結(jié)金屬網(wǎng)罩所包裹，即可以經(jīng)受400攝氏度高溫，保持穩(wěn)定的光學(xué)機(jī)械特性。其主要工作原理如下：從光發(fā)射器7發(fā)出的激光光束經(jīng)過(guò)折轉(zhuǎn)棱鏡5的光束調(diào)理，以合適的角度通過(guò)平面反射鏡1的入光結(jié)構(gòu)入射兩反射鏡構(gòu)成的平-凹光學(xué)諧振腔中，在平-凹光學(xué)諧振腔中激光光束來(lái)回折返數(shù)十至數(shù)百次，然后準(zhǔn)確的從平面反射鏡的出光結(jié)構(gòu)(出光結(jié)構(gòu)與入光結(jié)構(gòu)在同一位置上)出射后，經(jīng)折轉(zhuǎn)棱鏡5處理后到達(dá)In GaAs探測(cè)器8，即按照?qǐng)D1中的整個(gè)光路路徑10進(jìn)行傳播的。光接收器8通過(guò)對(duì)光電信號(hào)的分析得出氣體對(duì)激光的吸收譜線，據(jù)此推算出被測(cè)氣體的濃度，達(dá)到高溫區(qū)域煙氣的檢測(cè)。

吸收池實(shí)施例

本實(shí)施例中的吸收池與氣體探測(cè)器中的吸收池結(jié)構(gòu)一致，在此不再贅述。

本發(fā)明在光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，充分考慮了整臺(tái)儀器的便攜性。通過(guò)特殊的光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)，使傳感器的直徑控制在60mm左右，總長(zhǎng)在1m以內(nèi)，重量不超過(guò)7Kg?？纱钆浜线m的收納箱體，便于單人攜行并可無(wú)障礙的乘坐各類公共交通工具。

本發(fā)明中的氣體探測(cè)器結(jié)構(gòu)輕便堅(jiān)固，體積小且易于運(yùn)輸部署。其不僅用于高溫監(jiān)測(cè)，在線傳感器的校準(zhǔn)；還可用于大型燃燒器的燃燒工況調(diào)節(jié)。最優(yōu)選的是用于高溫且操作空間受限的場(chǎng)合。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，對(duì)于在本發(fā)明的其他實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)于吸收池內(nèi)的平-凹諧振腔的鏡片形狀及尺寸、腔體尺寸及布置結(jié)構(gòu)等光學(xué)參數(shù)，可通過(guò)相應(yīng)的與光軸、反射的次數(shù)以及兩反射鏡的結(jié)構(gòu)及參數(shù)相關(guān)的計(jì)算公式還可以做出很多形式，這些均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。