基于tdlas檢測多種氣體的方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置，更換裝有不同氣體的氣室和激光安裝座上對應(yīng)的光波長的激光器，可以方便地檢測各種氣體的濃度。激光安裝座設(shè)有溫度控制、顯示屏和操作按鈕，激光器安裝在激光安裝座的上面的鞍型夾具上，檢測不同氣體時，只需打開鞍型夾具更換激光器。獨立的斜面氣室為圓柱形，透光、化學(xué)性能穩(wěn)定的窗口片粘接在氣室的斜面上，斜面氣室擱置在托塊上。氣室與長光程反射池的二端的反射鏡同心、平行，旋開連接環(huán)螺栓，即可更換裝有不同氣體的斜面氣室。探測器的接收芯片中心對準(zhǔn)長光程反射池的出光孔，將接收的光信號傳輸?shù)娇刂破?，控制器集成了對激光器?qū)動，采集信號后將數(shù)據(jù)傳輸給上位機處理顯示檢測結(jié)果。
【專利說明】
基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作用于測量氣體濃度的一種方法，TDLAS(TunableD1de Laser Absorpt1nSpectroscopy可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜)。使用激光測量氣體濃度正在逐步替代傳統(tǒng)的電化學(xué)型氣體檢測形式，它速度快、靈敏度高的顯著優(yōu)勢，在環(huán)境檢測、科研實驗、石油化工、采礦等領(lǐng)域普遍使用。TDLAS技術(shù)是一種高分辨率的光譜吸收技術(shù)，在待測的混合氣體中，其各種特定的氣體成分分別具有特定波長的吸收特性，將具有特定頻率的激光入射待測氣體，入射激光在該待測氣體的目標(biāo)氣體成分的特定頻率附近被強烈吸收，激光穿過被測氣體的光強產(chǎn)生衰減。通過氣體吸收激光后的光強的衰減可用朗伯-比爾定律測量氣體的濃度。TDLAS檢測設(shè)備包括:激光器及其安裝、激光器驅(qū)動、溫度控制、準(zhǔn)直器，長光程反射池、氣室、探測器、鎖相放大解調(diào)，數(shù)據(jù)采集模塊組成。這些模塊生產(chǎn)商和使用者有各種組合形式，形成各自不同的工作效率的和經(jīng)濟(jì)成本，更重要的是檢測結(jié)果的精度有一定的差異。
[0003]目前組合使用TDLAS檢測設(shè)備的一般有下列形式:
[0004]1、激光安裝與準(zhǔn)直器、激光器驅(qū)動、溫度控制組成一個激光模塊，不同波段的激光器選用不同型號的模塊，檢測不同的氣體就得購置不同的激光模塊。
[0005]2、激光器發(fā)射光通過一組對射鏡調(diào)節(jié)后入射進(jìn)長光程反射池，長光程反射池和氣室組合長光程氣體池模塊，氣室的二端是一組反射鏡;對一些揮發(fā)性、腐濁需要及時清洗，很容易損害反射鏡和整體模塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是:基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置，使用一套裝置，檢測混合氣體，根據(jù)目標(biāo)氣體成分的特定吸收光波，可調(diào)換對應(yīng)波長的激光器，可在同一氣室測得多種不同氣體的濃度;更換裝有不同氣體的氣室和對應(yīng)的光波長的激光器，可以方便地檢測各種氣體的濃度。本裝置包括:1、設(shè)有激光安裝座中有溫度控制、顯示屏和操作按鈕，操作激光器的預(yù)置溫度和顯示實時工作溫度。激光器安裝在激光安裝座的上面的鞍型夾具上，檢測不同氣體時，只需打開鞍型夾具，方便的更換不同波長的激光器。2、設(shè)有長光程反射池、氣室、托塊、連接環(huán)、O型密封圈、探測器為分體式組合模塊。所述長光程反射池設(shè)有底板，二個鏡固定架，二個凹面反射鏡，二個封板。前封板上有進(jìn)光孔，準(zhǔn)直調(diào)節(jié)板安裝在前封板上，準(zhǔn)直器安裝在準(zhǔn)直調(diào)節(jié)板上，激光器的光纖接頭連接在準(zhǔn)直器上，激光器的射光就進(jìn)入長光程反射池，安裝在二個鏡固定架里的二個凹面反射鏡對面反射多次光束，從后反射鏡的、后封板上的出光孔射出。
[0007]氣室為獨立的圓柱形氣體密封室，二端為斜面，斜面氣室采用不吸收光源，不吸附氣體，化學(xué)性能穩(wěn)定，能承受一定的穩(wěn)定和大氣壓強的材料制作，斜面的窗口片選用透光、化學(xué)穩(wěn)定性材料粘接在氣室的斜面上，斜面氣室擱置在托塊上。托塊分成前后二塊，后托塊安裝在長光程反射池的中間的底板上，前托塊與后托塊連接固定。二端有氣室連接環(huán)和O型密封圈與長光程反射池的鏡固定用螺栓連接，使氣室與長光程反射池的二端的反射鏡同心、平行。旋開螺栓即可方便更換裝有不同氣體的斜面氣室。探測器安置在長光程反射池的底板的后端，探測器的接收芯片中心對準(zhǔn)長光程反射池的出光孔。3、設(shè)有控制器將激光器驅(qū)動、鎖相放大解調(diào)組合成一個控制器內(nèi)，控制器內(nèi)集成電源、對激光座供電及數(shù)據(jù)接收、采集探測器光信號轉(zhuǎn)為電信號等，有將數(shù)據(jù)傳輸給上位機的接口，由上位機內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊處理后將檢測數(shù)據(jù)顯示。
[0008]本發(fā)明目的技術(shù)方案是:基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置，使用一套裝置，檢測混合氣體，根據(jù)目標(biāo)氣體成分的特定吸收光波，可調(diào)換對應(yīng)波長的激光器，可在同一氣室測得多種不同氣體的濃度;更換裝有不同氣體的氣室和對應(yīng)的光波長的激光器，可以方便地檢測各種氣體的濃度。包括:激光安裝座，長光程反射池，斜面氣室，托塊，二個氣室連接環(huán)和O型密封圈，探測器，控制器。
[0009]所述激光安裝座上面和二測面有均勻齒型散熱槽，上面散熱槽的中間部讓位設(shè)有鞍型夾具，用于裝夾激光器，二測面的散熱槽用于內(nèi)壁安裝溫控芯片的散熱;激光安裝座的正面有顯示屏和操作按鈕，操作激光器預(yù)置溫度和顯示實時工作溫度；背面有二個DB9接口，連接控制器。
[0010]所述長光程反射池設(shè)有底板，二個鏡固定架，二個凹面反射鏡，二個封板。前封板上有進(jìn)光孔，準(zhǔn)直調(diào)節(jié)板安裝在前封板上，準(zhǔn)直器安裝在準(zhǔn)直調(diào)節(jié)板上，激光器的光纖接頭連接在準(zhǔn)直器上，激光器的射光就進(jìn)入長光程反射池，安裝在二個鏡固定架里的二個凹面反射鏡對面多次反射光束，從后凹面反射鏡、后封板上的出光孔射出。
[0011 ]所述斜面氣室采用不吸收光源，不吸附氣體，化學(xué)性能穩(wěn)定，能承受一定的大氣壓強的材料，設(shè)內(nèi)壁光潔圓柱形管體，二端面為斜面，避免透過光的反射干擾光源；圓柱形管體上有二個進(jìn)出氣口，用于安裝氣體接頭和氣閥來控制進(jìn)出氣體。斜面的窗口片選用透光率高、化學(xué)穩(wěn)定性材料，粘接在氣室的斜面上。
[0012]所述托塊分前、后二塊，上面是圓弧形用來托氣室，后托塊的底面用螺栓安裝在底板上，前托塊從前側(cè)面用螺栓安裝在后托塊上。
[0013]所述連接環(huán)用于斜面氣室和長光程反射池連接，連接環(huán)通過螺栓固定在鏡固定架上，O型密封圈嵌在氣室連接環(huán)的內(nèi)圓槽內(nèi)，使得斜面氣室與長光程反射池的二端的反射鏡同心、平行，也保護(hù)了反射鏡面不染灰塵。
[0014]所述探測器的接收芯片中心對準(zhǔn)長光程反射池的出光孔，安置在長光程反射池的底板的后端。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0016]1、一套TDLAS設(shè)備可檢測多種氣體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、適用范圍廣。
[0017]2、更換激光器和斜面氣室，操作方便。
[0018]3、獨立氣室易清洗，防止氣體交叉反應(yīng)，影響檢測氣體的精度，檢測設(shè)備不會被所測氣體損害，延長了使用壽命。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明裝置立體圖；
[0020]圖2為本發(fā)明裝置的電、光路示意圖；
[0021 ]圖3為本發(fā)明激光安裝座組件視圖；
[0022]圖4為本發(fā)明長光程反射池組件立體圖；
[0023]圖5為本發(fā)明零件斜面氣室正剖視圖；
[0024]圖中標(biāo)號:I激光安裝座；11顯示屏；12按鈕；13DB9接頭；14鞍型夾具；15散熱槽；16溫控芯片；2激光器;21光纖接頭;3準(zhǔn)直器;31準(zhǔn)直調(diào)節(jié)塊;4長光程反射池;41底板;42鏡固定架(二件)；43封板(二件)；44凹面反射鏡(二件)；45撐桿;5斜面氣池;51窗口片(二件)；52進(jìn)出氣口( 二個);6托塊;60圓弧面;61后托塊;611螺孔;62前托塊;621前螺孔;70型密封圈；8連接環(huán);810圈槽;9探測器;91接收芯片;92傳輸接頭；10控制器;11螺栓。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步描述:
[0026]如圖1所示，基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置，更換裝有各種待測氣體的斜面氣室，根據(jù)目標(biāo)氣體成分的特定吸收光波，配置激光安裝座上對應(yīng)的光波長的激光器，一套TDLAS裝置可方便地檢測各種氣體的濃度。裝置包括:激光安裝座I，激光器2，準(zhǔn)直器3，長光程反射池4，斜面氣池5，托塊6，0型密封圈7，連接環(huán)8，探測器9，控制器10。所述激光安裝座I上面的中間部設(shè)有鞍型夾具14，用于裝夾激光器2，所述激光器2的光纖接頭21與準(zhǔn)直器3通過螺紋連接，準(zhǔn)直調(diào)節(jié)塊31通過螺栓與長光程反射池4中的前封板連接。所述斜面氣室5擱置在托塊6上，所述托塊6安裝在長光程反射池4的中間的底板上，所述連接環(huán)8用于斜面氣室5和長光程反射池4的鏡固定架的連接，所述O型密封圈7嵌在連接環(huán)8內(nèi)。所述探測器9的接收芯片中心對準(zhǔn)長光程反射池4的出光孔，安置在長光程反射池4的底板的后端。所述控制器10集成電源、激光器驅(qū)動、采集探測器信號、鎖相放大解調(diào)組合，通過外接口將數(shù)據(jù)傳輸給上位機。
[0027]如圖2所示本發(fā)明裝置的電、光路示意圖，電源接入控制器，控制器給激光安裝座上的激光器提供驅(qū)動，接收溫控信號。激光器射出光束，安裝在長光程反射池二端的凹面反射鏡將光束多次反射后從出光孔射出(虛線條示意光束)，探測器接收光信號進(jìn)行放大處理轉(zhuǎn)為電信號后，傳輸給控制器，控制器將鎖相信號處理后將數(shù)據(jù)傳輸給上位機。
[0028]如圖3所示本發(fā)明激光安裝座組件視圖，圖a是正視圖:激光安裝座I的正面有顯示屏11和操作按鈕12，操作激光器2預(yù)置溫度和顯示實時工作溫度，鞍型夾具14壓緊激光器的狀態(tài)。圖b是后視圖:背面有二個DB9接口 13，連接控制器10，鞍型夾具140是打開的狀態(tài)。圖c是俯視圖:激光安裝座I上面和二測面有均勻齒型散熱槽15，上面散熱槽的中間部讓位設(shè)有鞍型夾具14，激光器2裝夾在鞍型夾具14的中間。圖d是側(cè)面圖:二測面的散熱槽用于內(nèi)壁安裝溫控芯片16的散熱。
[0029]如圖4所示本發(fā)明長光程反射池組件立體圖，所述長光程反射池4設(shè)有底板41，二個鏡固定架42，二個凹面反射鏡44，二個封板43，撐桿45連接二端的鏡固定架42。前封板上有進(jìn)光孔，后封板上有出光孔，準(zhǔn)直調(diào)節(jié)板31通過螺栓安裝在前封板43上。所述托塊6分前、后二塊，上面是圓弧面60，用來托斜面氣室，后托塊61的底面用螺栓安裝在底板41上，前托塊62的前側(cè)面有二前螺孔621，由螺栓11與后托塊螺孔611連接，旋開螺栓11即可退出前托塊62，方便斜面氣室5的更換。所述探測器9的接收芯片91中心對準(zhǔn)長光程反射池4的出光孔，安置在底板41的后端。所述連接環(huán)8用于斜面氣室5和鏡固定架42通過螺栓連接，O型密封圈7嵌在氣室連接環(huán)的內(nèi)圓槽81內(nèi)，使得斜面氣室5與長光程反射池4的二端的反射鏡44同心、平行，也保護(hù)了反射鏡面44不染灰塵。旋開螺栓即可方便更換裝有不同氣體的斜面氣室。
[0030]如圖5所示本發(fā)明零件斜面氣室正剖視圖，斜面氣室5采用不吸收光源，不吸附氣體，化學(xué)性能穩(wěn)定，能承受一定大氣壓強的材料，設(shè)內(nèi)壁光潔圓柱形管體，二端面為斜面，避免透過光的反射干擾光源；圓柱形管體上有二個進(jìn)出氣口 52，用于安裝氣體接頭和氣閥來控制進(jìn)出氣體。二斜面的窗口片51選用透光率高、化學(xué)穩(wěn)定性材料，粘接在氣室的斜面上。
[0031]以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置，其特征在于更換裝有各種待測氣體的斜面氣室，根據(jù)目標(biāo)氣體成分的特定吸收光波，配置激光安裝座上對應(yīng)的光波長的激光器，一套TDLAS裝置可方便地檢測各種氣體的濃度，包括:激光安裝座，激光器，準(zhǔn)直器，長光程反射池，斜面氣池，托塊，O型密封圈，連接環(huán)，探測器，控制器;所述激光安裝座上面的中間部設(shè)有鞍型夾具，用于裝夾激光器，所述激光器的光纖接頭與準(zhǔn)直器通過螺紋連接，準(zhǔn)直調(diào)節(jié)塊通過螺栓與長光程反射池中的前封板連接。所述斜面氣室擱置在托塊上，所述托塊安裝在長光程反射池的中間的底板上，所述連接環(huán)用于斜面氣室和長光程反射池的鏡固定架的連接，所述O型密封圈嵌在連接環(huán)內(nèi)；所述探測器的接收芯片中心對準(zhǔn)長光程反射池的出光孔，安置在長光程反射池的底板的后端;所述控制器集成電源、激光器驅(qū)動、采集探測器信號、鎖相放大解調(diào)組合，通過外接口將數(shù)據(jù)傳輸給上位機。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置，其特征在于:所述激光安裝座的正面有顯示屏和操作按鈕，操作激光器預(yù)置溫度和顯示實時工作溫度，鞍型夾具壓緊激光器的狀態(tài);背面有二個DB9接口，連接控制器;激光安裝座上面和二測面有均勻齒型散熱槽，上面散熱槽的中間部讓位設(shè)有鞍型夾具，激光器裝夾在鞍型夾具的中間；二測面的散熱槽用于內(nèi)壁安裝溫控芯片的散熱。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置，其特征在于:所述托塊分前、后二塊，上面是圓弧面，用來托斜面氣室，后托塊的底面用螺栓安裝在底板上，前托塊的前側(cè)面有二前螺孔，由螺栓與后托塊螺孔連接，旋開螺栓即可退出前托塊，方便斜面氣室的更換。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于TDLAS檢測多種氣體的方法和裝置，其特征在于:所述斜面氣室采用不吸收光源，不吸附氣體，化學(xué)性能穩(wěn)定，能承受一定大氣壓強的材料，設(shè)內(nèi)壁光潔圓柱形管體，二端面為斜面，避免透過光的反射干擾光源；圓柱形管體上有二個進(jìn)出氣口，用于安裝氣體接頭和氣閥來控制進(jìn)出氣體;二斜面的窗口片選用透光率高、化學(xué)穩(wěn)定性材料，粘接在氣室的斜面上。
【文檔編號】G01N21/39GK105911021SQ201610300127
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】李金林
【申請人】上海鐳芯微電子有限公司