本發(fā)明涉及氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型化激光甲烷傳感探頭。

背景技術(shù)：

激光甲烷傳感探頭主要應(yīng)用于煤炭，石油化工，電力，冶金等有可能出現(xiàn)氣體突出或泄露并對(duì)人民財(cái)產(chǎn)生命安全產(chǎn)生重大威脅的特殊領(lǐng)域。但是現(xiàn)有的停留在實(shí)驗(yàn)室階段的激光氣體傳感器大多體積龐大，功耗高，一般尺寸都在200mm以上，無(wú)法實(shí)現(xiàn)小型化使得該技術(shù)不能在產(chǎn)品領(lǐng)域大范圍推廣，很多應(yīng)用場(chǎng)合都需要產(chǎn)品的小型化，比如煤礦領(lǐng)域的壁掛式傳感器，石油化工及消防領(lǐng)域的可燃?xì)怏w報(bào)警器，探頭的小型化對(duì)甲烷氣體檢測(cè)領(lǐng)域激光檢測(cè)技術(shù)的推廣具有重要意義。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種小型化激光甲烷傳感探頭。具體技術(shù)方案如下：

一種小型化激光甲烷傳感探頭，包括過(guò)濾網(wǎng)蓋、氣室芯、電路板、前套筒、轉(zhuǎn)接套筒及線纜，所述電路板包括層疊設(shè)置的光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板，所述光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板之間通過(guò)連接件電連接；所述氣室芯具有安裝容腔，所述安裝容腔的一側(cè)的兩端部分別安裝有激光發(fā)射器和光電轉(zhuǎn)換接收器，所述光電轉(zhuǎn)換接收器與所述光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板相連接，所述安裝容腔的另一側(cè)的兩端部分別安裝有第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡和第二反射鏡的鏡面相對(duì)于所述激光器發(fā)出的入射光線均呈45°傾角，所述入射光線在所述第一反射鏡和第二反射鏡的發(fā)射下可被所述光電轉(zhuǎn)換接收器接收。

根據(jù)本發(fā)明提供的小型化激光甲烷傳感探頭，采用層疊結(jié)構(gòu)的電路設(shè)計(jì)，解決了由于電路體積龐大而影響探頭尺寸的問(wèn)題，減小了的探頭空間浪費(fèi)，在保證探頭直徑的情況下將探頭的整體體積縮小為原有的1/2，為在不同特殊的應(yīng)用場(chǎng)合提供了極大便利。并且改變了傳統(tǒng)的激光器和光電轉(zhuǎn)換接收器的布置形式，利用一組反射鏡使得從激光器發(fā)出的入射光線在兩個(gè)相互配合的反射鏡的反射下可被所述光電轉(zhuǎn)換接收器接收，利用反射鏡改變光的傳播路徑，使得相同體積下的氣室光程增加了一倍以上，不僅起到了增加光程、節(jié)省空間的效果，而且使得氣體檢測(cè)結(jié)果更加精確。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的小型化激光甲烷傳感探頭，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述光電轉(zhuǎn)換接收器包括依次設(shè)置的球窗透鏡、接收器芯片和電氣引線，所述接收器芯片和電氣引線相連接，所述球窗透鏡與所述接收器芯片具有安裝距離。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述光電轉(zhuǎn)換接收器通過(guò)轉(zhuǎn)接套筒安裝在所述氣室芯的安裝容腔上。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述連接件為柔性電路板。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述層疊設(shè)置的光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板與氣室芯可拆卸連接。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述氣室芯設(shè)有螺柱，所述層疊設(shè)置的光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板形成的層疊電路板體設(shè)有與所述螺柱相適配的安裝孔。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述第一反射鏡、第二反射鏡均通過(guò)拋光處理。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述安裝容腔的一側(cè)的兩端分別設(shè)有兩個(gè)安裝槽，所述激光器和光電轉(zhuǎn)換接收器分別置于兩個(gè)所述安裝槽內(nèi)，所述安裝容腔在安裝槽的對(duì)側(cè)成型有兩個(gè)安裝側(cè)壁，所述第一反射鏡和所述第二反射鏡分別安裝在兩個(gè)所述安裝側(cè)壁上。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述第一反射鏡和第二反射鏡之間安裝有溫度傳感器和/或壓力傳感器器。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，還包括套設(shè)在所述電路板和氣室芯外的殼體，所述殼體包括過(guò)濾網(wǎng)蓋、前套筒及轉(zhuǎn)接套筒，所述電路板和氣室芯安裝在所述前套筒內(nèi)部，所述前套筒設(shè)有外壁中部設(shè)有凸緣，所述凸緣兩側(cè)形成有兩個(gè)環(huán)形槽，所述過(guò)濾網(wǎng)蓋、轉(zhuǎn)接套筒通過(guò)所述環(huán)形槽分別套設(shè)在所述前套筒的兩端，且所述凸緣位于所述過(guò)濾網(wǎng)蓋、轉(zhuǎn)接套筒之間，所述過(guò)濾網(wǎng)蓋的側(cè)壁設(shè)有多個(gè)散氣孔。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的小型化激光甲烷傳感探頭的結(jié)構(gòu)示意圖(一)；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的小型化激光甲烷傳感探頭的結(jié)構(gòu)示意圖(二)；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的小型化激光甲烷傳感探頭的電路板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的小型化激光甲烷傳感探頭的電路板和氣室芯連接示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的小型化激光甲烷傳感探頭的氣室芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的小型化激光甲烷傳感探頭的光電轉(zhuǎn)換接收器示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面參考附圖來(lái)詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的小型化激光甲烷傳感探頭。

結(jié)合附圖1-6所示，本實(shí)施例提供了一種小型化激光甲烷傳感探頭，如圖1和2所示，包括過(guò)濾網(wǎng)蓋1、電路板3和氣室芯2、前套筒4、轉(zhuǎn)接套筒5及線纜6，前套筒4內(nèi)安裝有相連接的電路板3和氣室芯2，前套筒4的外壁中部設(shè)有一凸緣，凸緣兩側(cè)形成兩個(gè)環(huán)形槽，過(guò)濾網(wǎng)蓋1、轉(zhuǎn)接套筒5通過(guò)兩個(gè)環(huán)形槽套裝在前套筒4上，并且在過(guò)濾網(wǎng)蓋1的側(cè)壁設(shè)有多個(gè)散氣孔7，具體的，本實(shí)施例的散氣孔7數(shù)量為三個(gè)。

本實(shí)施例的小型化激光甲烷傳感探頭相比于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)之處在于電路板的層疊結(jié)構(gòu)、氣室芯的結(jié)構(gòu)以及光電轉(zhuǎn)換接收器的結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，本實(shí)施例的電路板3的層疊結(jié)構(gòu)包括層疊設(shè)置的光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板，光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板之間通過(guò)柔性連接件8電連接，具體的，在本實(shí)施例中，連接件8為柔性電路板。本實(shí)施例的層疊電路根據(jù)探頭的具體情況將各個(gè)驅(qū)動(dòng)控制電路部分進(jìn)行分割，包括供電電路部分、CPU信號(hào)處理分析部分以及光電器件驅(qū)動(dòng)控制部分。較傳統(tǒng)電路分布而言，此三部分電路并非平面放置，而是通過(guò)電路本體上的柔板將三部分進(jìn)行連接，裝在集成探頭上可以通過(guò)連接柱將三部分電路層疊放置。采用此種電路板，可以使各部分驅(qū)動(dòng)電路層疊放置，從空間利用上從二維平面拓展到三維空間上。

具體的，在本實(shí)施例中，如圖4所示，層疊設(shè)置的光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板與氣室芯2相連接。有利的，層疊設(shè)置的光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板與氣室芯2可拆卸連接，可以實(shí)現(xiàn)快速拆裝。具體的，可拆卸連接可以是螺栓連接，例如在氣室芯2上設(shè)有螺柱，層疊設(shè)置的光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板形成的層疊電路板體設(shè)有與螺柱相適配的安裝孔，即在光電器件驅(qū)動(dòng)控制電路板、CPU信號(hào)處理分析部分板及供電電路電路板均開(kāi)設(shè)安裝孔，將螺柱伸入其中，并通過(guò)螺母等結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝固定。

本實(shí)施例的氣室芯2結(jié)構(gòu)如圖5所示，氣室芯向內(nèi)凹陷成型有安裝容腔，在安裝容腔的一側(cè)(即圖中的下方)的兩端部分別安裝有激光發(fā)射器9和光電轉(zhuǎn)換接收器10。安裝容腔的另一側(cè)的兩端部分別安裝有第一反射鏡11和第二反射鏡12，第一反射鏡11和第二反射鏡12之間設(shè)有溫度傳感器或者壓力傳感器，又或者可以同時(shí)設(shè)有溫度傳感器件或者壓力傳感器，并且可以將溫度傳感器或者壓力傳感器設(shè)計(jì)成一體的溫度壓力傳感器件13，實(shí)時(shí)的對(duì)氣室內(nèi)氣體的溫度和壓強(qiáng)進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)獲得該參數(shù)實(shí)時(shí)的對(duì)甲烷濃度進(jìn)行壓強(qiáng)和溫度的修正，從而適應(yīng)不同的溫度壓強(qiáng)環(huán)境。

第一反射鏡11和第二反射鏡12的鏡面相對(duì)于激光器發(fā)出的入射光線均呈傾角，具體的，在本實(shí)施例中第一反射鏡和第二反射鏡與入射光線的傾角均呈45°，第一反射鏡11和第二反射鏡12的鏡面垂直于安裝容腔的底面，使得激光發(fā)射器3發(fā)出的入射光線在第一反射鏡11和第二反射鏡12的發(fā)射下可被光電轉(zhuǎn)換接收器接收，激光發(fā)射器9發(fā)出的入射光線通過(guò)第一反射鏡11反射至第二反射鏡12，通過(guò)第二反射鏡12將光線反射至光電轉(zhuǎn)換接收器10，完成一次檢測(cè)。

具體的，在本實(shí)施例中，第一反射鏡11、第二反射鏡12均通過(guò)拋光處理。鍍金反射鏡有著良好的外觀和光學(xué)性能。該折疊反射光路利用氣室金屬本體充當(dāng)反射面，拋棄了利用膠黏平面鏡充當(dāng)反射面的方式，配合后端特殊設(shè)計(jì)的高效率采集光的光電接收器，完成了氣室采樣的光路系統(tǒng)。

利用氣室金屬本體充當(dāng)反射面的技術(shù)特征描述如下：

特定波長(zhǎng)的激光由激光發(fā)射器出，經(jīng)過(guò)兩個(gè)氣室本體的金屬反射面兩次90°反射最后由光電接收器接收，當(dāng)激光發(fā)射至接收的路徑上有甲烷氣體存在，光電接收器接收所接收的激光光強(qiáng)信號(hào)就會(huì)發(fā)生變化，因而由轉(zhuǎn)換的電參量也會(huì)發(fā)生變化，后端電路系統(tǒng)通過(guò)分析變化的電參量，從而確定當(dāng)前所測(cè)試的氣體濃度。

氣室本體上的兩個(gè)45°反射面由機(jī)械精加工加工而成，保證表面一定平面度和光潔度的基礎(chǔ)上在進(jìn)行拋光處理，使其金屬表面能夠充當(dāng)類鏡面反射的反射面。

利用氣室金屬本體充當(dāng)反射面優(yōu)勢(shì)如下：

1)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中可以省略貼裝平面反射鏡這一工藝過(guò)程，簡(jiǎn)化了產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過(guò)程。

2)避免了由于貼裝反射鏡時(shí)工藝水平不高造成的光路耦合困難，光路歪斜等問(wèn)題。

3)該氣體吸收光路是產(chǎn)品的最關(guān)鍵部分，他是決定產(chǎn)品是否準(zhǔn)確測(cè)量的核心部件，而吸收光路確近似完全暴露在外界環(huán)境中的，從長(zhǎng)期應(yīng)用角度來(lái)看，反射鏡和金屬本體的連接是最脆弱的，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)鏡片從金屬本體脫落的現(xiàn)象。去掉反射鏡極大的提高產(chǎn)品的可靠性，并能夠提升產(chǎn)品的使用壽命。

具體的，在本實(shí)施例中，安裝容腔的一側(cè)的兩端分別設(shè)有兩個(gè)安裝槽，激光發(fā)射器9和光電轉(zhuǎn)換接收器10分別置于兩個(gè)安裝槽內(nèi)，安裝容腔在安裝槽7的對(duì)側(cè)具有呈多邊形的側(cè)壁，本實(shí)施例的第一反射鏡11、第二反射鏡12安裝在其中的兩個(gè)對(duì)稱的側(cè)壁上。上述結(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)的激光發(fā)射器和光電轉(zhuǎn)換接收器的布置形式，利用一組反射鏡使得從激光器發(fā)出的入射光線在兩個(gè)相互配合的反射鏡的發(fā)射下可被所述光電轉(zhuǎn)換接收器接收，利用反射鏡改變光的傳播路徑，使得相同體積下的氣室光程增加了一倍以上，不僅起到了增加光程、節(jié)省空間的效果，而且使得氣體檢測(cè)結(jié)果更加精確，提高了氣體的檢測(cè)和報(bào)警的準(zhǔn)確度。

除了以上改進(jìn)，本實(shí)施例還對(duì)光電轉(zhuǎn)換接收器10進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，如圖6所示，本實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換接收器10包括由上至下依次設(shè)置的球窗透鏡101、接收器芯片102和電氣引線103，接收器芯片102和電氣引線103相連接，球窗透鏡與所述接收器芯片具有安裝距離。該球窗管帽光電轉(zhuǎn)換接收器采用的是球窗管帽，即特定焦距凸透鏡集成到管帽之上，能夠最大限度的收集外部微弱的有效光信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)接套筒固定在氣室本體上。由激光器發(fā)射的外界的平行光(或類平行光)經(jīng)過(guò)光電接收器管帽上的球窗透鏡后聚焦到達(dá)接收器芯片上，接收器芯片將聚焦后的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流信號(hào)，電流信號(hào)通過(guò)電氣引線傳出后由其他電路系統(tǒng)進(jìn)行分析。

球窗管帽接收器的管帽前端為特定焦距的凸透鏡，能夠最大程度的收集外部微弱的光信號(hào)，在外部光路的反射條件不佳情況下，該球窗管帽接收器也能夠收集有效可用的光吸收信號(hào)。

綜上所述，本實(shí)施例的小型化激光甲烷傳感探頭采用的是甲烷對(duì)1653nm特定激光光譜的吸收原理開(kāi)發(fā)而成，該產(chǎn)品具有諸多優(yōu)點(diǎn)：

1)氣體檢測(cè)的選擇性好，不受其他氣體干擾和引起誤報(bào)。

2)屬于氣體直接檢測(cè)，響應(yīng)速度快，檢測(cè)精度高。

3)產(chǎn)品的核心部件為半導(dǎo)體激光器，使用壽命長(zhǎng)。

4)產(chǎn)品測(cè)量精度穩(wěn)定的大于1年，實(shí)際使用中無(wú)需標(biāo)校。

5)其實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的小型化，可以應(yīng)用在煤礦領(lǐng)域的壁掛式傳感器，石油化工及消防領(lǐng)域的可燃?xì)怏w報(bào)警器，探頭的小型化對(duì)甲烷氣體檢測(cè)領(lǐng)域激光檢測(cè)技術(shù)的推廣有用具有重要意義。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。