[实用新型]一种气体测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气体测量装置，它主要用于检测气体参数。

背景技术

半导体激光吸收光谱分析技术可以用于分析气体、液体中化学组分含量的测量，还可以分析气体温度和速度等物理参数，应用越来越广泛。该技术是一种高灵敏度气体分析技术。该技术的原理为，特定频率的半导体激光束穿过被测气体时，被测气体对光束能量的吸收导致光强度衰减，可用Beer-Lambert关系准确表述：

I(v)＝I₀(v)exp[-S(T)Φ(v)PXL]

其中I₀(v)和I(v)分别表示频率为v的激光入射时和经过压力P、浓度X和光程L的气体后的光强。线强S(T)是温度T的函数。线形函数Φ(v)表征吸收谱线的形状，与气体的种类、压力、温度等有关。由Beer-Lambert关系(上述公式)可知，光强度的衰减与被测气体含量成正比，因此，该技术测量气体浓度时通过测量光强度衰减信息，从而获得被测气体的浓度。

实现这种技术的激光气体测量装置一般由光发射单元、光接收单元和信号分析单元组成，光发射单元和接收单元安装在被测气体的两侧。激光气体测量装置具有测量精度高、响应速度快、不受背景气体交叉干扰等优点。但该测量装置的发射单元和接收单元分别在被测气体的两侧，安装、调试的难度大；而且维护不方便；该装置的测量光程有限，取决于具体的现场工况，限制了测量精度；该装置的体积通常也较大，不灵活。

发明内容

本实用新型为了解决上述技术问题，还提供一种结构设计合理，光路设计巧妙，测量精度高，信噪比高，部件少，加工装配简单，安装方便，体积小的气体测量装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是一种气体测量装置，包括激光器、传感器、会聚透镜、光反射器件、支撑装置和分析单元，支撑装置由固定腔和测量通道组成，其特点是：会聚透镜的一侧设置有激光器和传感器，会聚透镜的另一侧设置有光反射器件，激光器、传感器、会聚透镜设置在固定腔中；会聚透镜的主光轴与测量通道的纵轴之间互相倾斜。

本实用新型所述的激光器发出的测量光与在其路径上的光学界面的法线之间的夹角不为零。

本实用新型所述的光学界面包括会聚透镜的前后表面、光反射器件的表面、传感器的光敏面。

本实用新型所述的固定腔中设置有副传感器，副传感器设置在会聚透镜反射测量光的反射光路上。

作为优选，会聚透镜的主光轴相对测量通道的纵轴夹角为8°～35°。

在本实用新型中，基本原则是所有光学器件的光学界面的法线与光束行进方向均成一定的夹角，这样可以避免由于激光在其表面反射造成的光学噪音。上述光学界面包括透镜的前后表面，光反射器件的表面，传感器的光敏面等等。本实用新型的一个关键之处在于恰当设置各光学器件相对测量通道纵轴的倾斜角度，以满足上述基本原则。具体实施中，由于会聚透镜的表面为曲面，并且激光有一定的发散角(通常大于10°)等原因，所以反射光线的方向各异，以及还存在多次反射的情况，因此要达到完全避免各个方向上的反射激光到达激光器和传感器，需要十分恰当地设置。

本实用新型具有以下优点和有益效果：

光路为回返式，测量光程增加一倍，测量精度和测量灵敏度高。

激光器和传感器件置于会聚透镜的同一侧，便于激光器、传感器件与分析单元的连接，保持结构紧凑；会聚透镜能有效的隔离被测气体和光学器件，避免测量通道内物质污染激光器、传感器；光学器件采用一体化安装，结构紧凑，提高了装置的可靠性、结构更加稳定，便于装置的安装和维护。而且体积更小，更加灵活。

光学器件采用倾斜设置，合理的设计光路，最大程度避免了反射造成的干涉，降低了光学噪音，提高了探测下限和检测灵敏度；最大程度避免反射激光返回激光器，有效的减少光学噪音，大大提高了测量精度。

采用具有会聚功能的光学器件，如会聚透镜和凹面镜，缩小了光斑，测量响应速度快，而且可以更好的控制光束在光学器件入射点的角度，从而进一步降低光学噪音。光学元器件少，成本低。

采用了副传感器，能够用标定降低漂移的影响，提高了测量的稳定性。还能够实现双光路测量，提高测量的准确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为实施例1的光学器件及光路示意图；

图3为实施例1的双光路的光路示意图；

图4为本实用新型实施例2的结构示意图；

图5为实施例2的光学器件及光路示意图；