基于tdlas檢測(cè)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(kāi)了一種基于TDLAS檢測(cè)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(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)的激光器，可以方便地檢測(cè)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(cè)不同氣體時(shí)，只需打開(kāi)鞍型夾具更換激光器。獨(dú)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(zhǎng)光程反射池的二端的反射鏡同心、平行，旋開(kāi)連接環(huán)螺栓，即可更換裝有不同氣體的斜面氣室。探測(cè)器的接收芯片中心對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)光程反射池的出光孔，將接收的光信號(hào)傳輸?shù)娇刂破?，控制器集成了?duì)激光器驅(qū)動(dòng)，采集信號(hào)后將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)處理顯示檢測(cè)結(jié)果。
【專利說(shuō)明】
基于TDLAS檢測(cè)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(cè)多種氣體的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作用于測(cè)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(cè)量氣體濃度正在逐步替代傳統(tǒng)的電化學(xué)型氣體檢測(cè)形式，它速度快、靈敏度高的顯著優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境檢測(cè)、科研實(shí)驗(yàn)、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(cè)的混合氣體中，其各種特定的氣體成分分別具有特定波長(zhǎng)的吸收特性，將具有特定頻率的激光入射待測(cè)氣體，入射激光在該待測(cè)氣體的目標(biāo)氣體成分的特定頻率附近被強(qiáng)烈吸收，激光穿過(guò)被測(cè)氣體的光強(qiáng)產(chǎn)生衰減。通過(guò)氣體吸收激光后的光強(qiáng)的衰減可用朗伯-比爾定律測(cè)量氣體的濃度。TDLAS檢測(cè)設(shè)備包括:激光器及其安裝、激光器驅(qū)動(dòng)、溫度控制、準(zhǔn)直器，長(zhǎng)光程反射池、氣室、探測(cè)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(cè)結(jié)果的精度有一定的差異。
[0003]目前組合使用TDLAS檢測(cè)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(dòng)、溫度控制組成一個(gè)激光模塊，不同波段的激光器選用不同型號(hào)的模塊，檢測(cè)不同的氣體就得購(gòu)置不同的激光模塊。
[0005]2、激光器發(fā)射光通過(guò)一組對(duì)射鏡調(diào)節(jié)后入射進(jìn)長(zhǎng)光程反射池，長(zhǎng)光程反射池和氣室組合長(zhǎng)光程氣體池模塊，氣室的二端是一組反射鏡;對(duì)一些揮發(fā)性、腐濁需要及時(shí)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(cè)多種氣體的方法和裝置，使用一套裝置，檢測(cè)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(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光器，可在同一氣室測(cè)得多種不同氣體的濃度;更換裝有不同氣體的氣室和對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)的激光器，可以方便地檢測(cè)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(shí)時(shí)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(cè)不同氣體時(shí)，只需打開(kāi)鞍型夾具，方便的更換不同波長(zhǎng)的激光器。2、設(shè)有長(zhǎng)光程反射池、氣室、托塊、連接環(huán)、O型密封圈、探測(cè)器為分體式組合模塊。所述長(zhǎng)光程反射池設(shè)有底板，二個(gè)鏡固定架，二個(gè)凹面反射鏡，二個(gè)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(zhǎng)光程反射池，安裝在二個(gè)鏡固定架里的二個(gè)凹面反射鏡對(duì)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(dú)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(qiáng)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(zhǎng)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(zhǎng)光程反射池的鏡固定用螺栓連接，使氣室與長(zhǎng)光程反射池的二端的反射鏡同心、平行。旋開(kāi)螺栓即可方便更換裝有不同氣體的斜面氣室。探測(cè)器安置在長(zhǎng)光程反射池的底板的后端，探測(cè)器的接收芯片中心對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)光程反射池的出光孔。3、設(shè)有控制器將激光器驅(qū)動(dòng)、鎖相放大解調(diào)組合成一個(gè)控制器內(nèi)，控制器內(nèi)集成電源、對(duì)激光座供電及數(shù)據(jù)接收、采集探測(cè)器光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)等，有將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)的接口，由上位機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊處理后將檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示。
[0008]本發(fā)明目的技術(shù)方案是:基于TDLAS檢測(cè)多種氣體的方法和裝置，使用一套裝置，檢測(cè)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(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光器，可在同一氣室測(cè)得多種不同氣體的濃度;更換裝有不同氣體的氣室和對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)的激光器，可以方便地檢測(cè)各種氣體的濃度。包括:激光安裝座，長(zhǎng)光程反射池，斜面氣室，托塊，二個(gè)氣室連接環(huán)和O型密封圈，探測(cè)器，控制器。
[0009]所述激光安裝座上面和二測(cè)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(cè)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(shí)時(shí)工作溫度；背面有二個(gè)DB9接口，連接控制器。
[0010]所述長(zhǎng)光程反射池設(shè)有底板，二個(gè)鏡固定架，二個(gè)凹面反射鏡，二個(gè)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(zhǎng)光程反射池，安裝在二個(gè)鏡固定架里的二個(gè)凹面反射鏡對(duì)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(qiáng)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(guò)光的反射干擾光源；圓柱形管體上有二個(gè)進(jìn)出氣口，用于安裝氣體接頭和氣閥來(lái)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(lái)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(zhǎng)光程反射池連接，連接環(huán)通過(guò)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(zhǎng)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(cè)器的接收芯片中心對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)光程反射池的出光孔，安置在長(zhǎng)光程反射池的底板的后端。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0016]1、一套TDLAS設(shè)備可檢測(cè)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(dú)立氣室易清洗，防止氣體交叉反應(yīng)，影響檢測(cè)氣體的精度，檢測(cè)設(shè)備不會(huì)被所測(cè)氣體損害，延長(zhǎng)了使用壽命。
【附圖說(shuō)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(zhǎng)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(hào):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(zhǎng)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(gè));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(cè)器;91接收芯片;92傳輸接頭；10控制器;11螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述:
[0026]如圖1所示，基于TDLAS檢測(cè)多種氣體的方法和裝置，更換裝有各種待測(cè)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(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)的激光器，一套TDLAS裝置可方便地檢測(cè)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(zhǎng)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(cè)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(guò)螺紋連接，準(zhǔn)直調(diào)節(jié)塊31通過(guò)螺栓與長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)器9的接收芯片中心對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)光程反射池4的出光孔，安置在長(zhǎng)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(dòng)、采集探測(cè)器信號(hào)、鎖相放大解調(diào)組合，通過(guò)外接口將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。
[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(dòng)，接收溫控信號(hào)。激光器射出光束，安裝在長(zhǎng)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(cè)器接收光信號(hào)進(jìn)行放大處理轉(zhuǎn)為電信號(hào)后，傳輸給控制器，控制器將鎖相信號(hào)處理后將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。
[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(shí)時(shí)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(gè)DB9接口 13，連接控制器10，鞍型夾具140是打開(kāi)的狀態(tài)。圖c是俯視圖:激光安裝座I上面和二測(cè)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(cè)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(zhǎng)光程反射池組件立體圖，所述長(zhǎng)光程反射池4設(shè)有底板41，二個(gè)鏡固定架42，二個(gè)凹面反射鏡44，二個(gè)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(guò)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(lái)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(kāi)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(cè)器9的接收芯片91中心對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(kāi)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(qiáng)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(guò)光的反射干擾光源；圓柱形管體上有二個(gè)進(jìn)出氣口 52，用于安裝氣體接頭和氣閥來(lái)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(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其它實(shí)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(xiàng)】
1.基于TDLAS檢測(cè)多種氣體的方法和裝置，其特征在于更換裝有各種待測(cè)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(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)的激光器，一套TDLAS裝置可方便地檢測(cè)各種氣體的濃度，包括:激光安裝座，激光器，準(zhǔn)直器，長(zhǎng)光程反射池，斜面氣池，托塊，O型密封圈，連接環(huán)，探測(cè)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(guò)螺紋連接，準(zhǔn)直調(diào)節(jié)塊通過(guò)螺栓與長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)器的接收芯片中心對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)光程反射池的出光孔，安置在長(zhǎng)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(dòng)、采集探測(cè)器信號(hào)、鎖相放大解調(diào)組合，通過(guò)外接口將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于TDLAS檢測(cè)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(shí)時(shí)工作溫度，鞍型夾具壓緊激光器的狀態(tài);背面有二個(gè)DB9接口，連接控制器;激光安裝座上面和二測(cè)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(cè)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(cè)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(lái)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(kāi)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(cè)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(qiáng)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(guò)光的反射干擾光源；圓柱形管體上有二個(gè)進(jìn)出氣口，用于安裝氣體接頭和氣閥來(lái)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(hào)】G01N21/39GK105911021SQ201610300127
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】李金林
【申請(qǐng)人】上海鐳芯微電子有限公司