本實用新型涉及氣體測量領(lǐng)域，具體地涉及一種全空間耦合的高低濃度激光氣體測量裝置。

背景技術(shù)：

在激光氣體測量應(yīng)用中，通常選擇使用光纖作為光能量傳輸介質(zhì)，而通訊光纖的工作波長范圍通常不超過1.1um-2.0um，紅外和紫外以及可見光波長在無法在光纖中有效的傳輸。另外，通常氣體對于光譜的吸收強弱范圍較大，而選擇強吸收的波長來測量高濃度的氣體會導(dǎo)致吸收出現(xiàn)飽和或者嚴重的非線性，而選擇弱吸收的波長來測量低濃度的氣體又會導(dǎo)致靈敏度不足的情況。通常的解決辦法是使用不同光程的氣體吸收池，使得同一個激光器發(fā)出的激光經(jīng)過長、短兩種空間路徑后分別到達兩個光電探測器來實現(xiàn)高、低濃度的分別測量，這種方式一是工藝復(fù)雜，二是兩種路徑差異較大導(dǎo)致本身的兩個通道光能量損失差異較大，不能進行互相補償。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型的目的是提供一種無須通過光纖傳輸?shù)娜臻g路徑，并且可以同時測量高、低濃度的激光氣體測量裝置。主要是通過兩個工作波長分別對應(yīng)氣體強、弱吸收線的激光器，通過由斜面鍍有反射率50％反射膜的直角棱鏡構(gòu)建了使得兩個兩個激光器可經(jīng)過完全相同的測量通光路徑和參考通光路徑，不但可以進行通光路徑導(dǎo)致光能量損耗的補償，還可以分別在高濃度和低濃度時選擇對應(yīng)的激光器工作來保證全量程范圍的測量準確性。并且該裝置可用于不限于光纖工作波長的全波長工作范圍，從紫外到紅外包括可見光都能適用本設(shè)計。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的：

具體地，本實用新型提供一種全空間耦合的高低濃度激光氣體測量裝置，其包括底板，所述底板上設(shè)置有密封氣體容器、第一激光器、第二激光器、直角棱鏡、主光電探測器以及輔助光電探測器，所述密封氣體容器的上部及下部分別開設(shè)有窗片，所述直角棱鏡與所述輔助光電探測器分別設(shè)置在所述密封氣體容器的上部及下部，所述第一激光器與所述第二激光器在所述直角棱鏡周圍呈直角設(shè)置，所述主光電探測器與所述直角棱鏡處于同一水平面。

優(yōu)選地，所述底板為石英玻璃底板。

優(yōu)選地，所述窗片為石英玻璃片。

優(yōu)選地，所述密封氣體容器中充有已知濃度的被測氣體。

優(yōu)選地，所述第一激光器的軸線與所述主光電探測器的軸線位于同一條直線上。

優(yōu)選地，所述第二激光器的軸線與所述輔助光電探測器的軸線位于同一條直線上。

優(yōu)選地，所述第一激光器發(fā)出的光沿所述直角棱鏡的一個直角面入射。

優(yōu)選地，所述第一激光器發(fā)出的光沿所述直角棱鏡的斜面成45°角入射。

優(yōu)選地，所述第一激光器為對于被測氣體有強光譜吸收的激光器，所述第二激光器為對于被測氣體有弱光譜吸收的激光器，當被測氣體濃度較低時，第一激光器處于工作狀態(tài)，第二激光器處于非工作狀態(tài)，當被測氣體濃度較高時，第一激光器處于非工作狀態(tài)，第二激光器處于工作狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：

(1)避免了使用通過光纖耦合出光的激光器，采用了直接空間耦合的結(jié)構(gòu)，避免了光纖通光波段只能在近紅外的波段的限制，大大提高了系統(tǒng)工作的波長適用范圍，甚至可用于紅外和紫外范圍。

(2)使用對應(yīng)氣體吸收強弱不同的兩個激光器經(jīng)完全相同的空間路徑達到兩個光電探測器，不但可以完全抵消由于不同的通光路徑的差異導(dǎo)致的測量誤差，還可以在高濃度和低濃度時通過選擇合適的激光器工作保證測量結(jié)果的線性范圍。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將參考附圖詳細說明本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本實用新型的結(jié)構(gòu)及工作原理做進一步解釋：

如圖1所示，具體地，本實用新型提供一種全空間耦合的高低濃度激光氣體測量裝置，其包括底板8，所述底板8上設(shè)置有密封氣體容器4、第一激光器1、第二激光器2、直角棱鏡3、主光電探測器6以及輔助光電探測器5，所述密封氣體容器4的上部及下部分別開設(shè)有窗片7，所述直角棱鏡3與所述輔助光電探測器5分別設(shè)置在所述密封氣體容器的上部及下部并且處于同一軸線，所述第一激光器1與所述第二激光器2在所述直角棱鏡3周圍呈直角設(shè)置，所述主光電探測器6與所述直角棱鏡3處于同一水平面。主光電探測器6與直角棱鏡的斜面相對。

所述第一激光器1為對于被測氣體有強光譜吸收的激光器，所述第二激光器2為對于被測氣體有弱光譜吸收的激光器，當被測氣體濃度較低時，第一激光器1處于工作狀態(tài)，第二激光器2處于非工作狀態(tài)，當被測氣體濃度較高時，第一激光器1處于非工作狀態(tài)，第二激光器2處于工作狀態(tài)。

實施例

選擇波長對于被測氣體有強光譜吸收的激光器1和選擇波長對于被測氣體有弱光譜吸收的激光器2。

將直角棱鏡3的斜邊面鍍有反射率50％，透射率50％的半反射膜。

密封氣體容器4中充有已知濃度的被測氣體，兩端使用石英窗片7進行密封，使得光線可從一端穿過內(nèi)部的氣體并從另一端射出。

使得激光器1的出光方向垂直于直角棱鏡3的直角面入射，其一半能量從直角棱鏡3的斜面透射出，經(jīng)過一段空間距離后到達主光電探測器6，另一半能量被直角棱鏡3的斜面反射后經(jīng)其直角面透射出，然后通過密封氣體容器4到達參考光電探測器5。

使得激光器2的出光方向和直角棱鏡3的斜面成45°角入射，一半能量經(jīng)直角棱鏡3的斜面反射射出，經(jīng)過一段空間距離后到達主光電探測器6，另一半能量從直角棱鏡3的直角面透射出，然后通過密封氣體容器4到達參考光電探測器5。

當被測氣體濃度低時，強吸收激光器1工作，主光電探測器6接收到的光強度和參考光電探測器5接收到的光強度之間的比例和被測氣體濃度線性相關(guān)，此時弱吸收激光器2停止工作。

當被測氣體濃度高時，弱吸收激光器2工作，主光電探測器6接收到的光強度和參考光電探測器5接收到的光強度之間的比例和被測氣體濃度線性相關(guān)，此時強吸收激光器1停止工作。

上述的激光器1、激光器2、直角棱鏡3、密封氣體容器4、參考光電探測器5和主光電探測器6都位于石英玻璃底板上。

本實用新型使用對應(yīng)氣體吸收強弱不同的兩個激光器經(jīng)完全相同的空間路徑達到兩個光電探測器，不但可以完全抵消由于不同的通光路徑的差異導(dǎo)致的測量誤差，還可以在高濃度和低濃度時通過選擇合適的激光器工作保證測量結(jié)果的線性范圍。

最后應(yīng)說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的范圍。