一种光路校准装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于检测校准发射光路和接收光路的光轴共轴线的装置。

背景技术：

在中国，绝大多数电力来自于火力发电。但是现在火力发电污染很大，效率也比较低下。而温度和CO₂ 浓度等都是炉膛中燃烧的重要参数。基于激光光谱原理的光学类传感器业已用于解决与提取测量技术相关的浓度成分测量问题，并且基于激光原理的测量技术也具有提供适用于动态过程控制的高速反馈优点。

现有技术多采用可调谐二极管激光吸收光谱法（TDLAS）来测量燃烧气体成分、温度场与其他燃烧参数。TDLAS检测燃烧系统需要将多于两种波长的激光合并成一束光通过炉膛，进入接收端的光学天线然后耦合进光纤。TDLAS检测燃烧系统需要在火电厂冷机状态下安装，常规方法为发射装置将指示光入射到接收端，再切换至红外光，此时用扫描算法扫描信号。这种方式需要大量时间装调，以保证入射端的光轴与接收端的光轴共轴线。同时由于炉

膛内从预热到满负载温度变化大，炉壁形变会导致收发两端准直的偏差而造成激光偏离，在锅炉从运行状态到停机而后再启动运行时，由于炉壁不可恢复的变形对TDLAS检测燃烧系统的使用会产生较大影响，因此，需要经常性的在起机前进行收发光路快速对准调校操作。为提高装调效率，需要开发一种快速的光路校准装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种用于检测校准发射光路和接收光路的光轴共轴线的装置。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种光路校准装置，包括半透半反镜、物镜和靶板；物镜水平放置；半透半反镜置于物镜前端，且与物镜呈45度倾角放置；靶板设于物镜后端、物镜焦距处。

本实用新型光路校准装置还包括光学检测卡件；半透半反镜、物镜和靶板设于光学检测卡件上；光学检测卡件下端面上设有可拆卸装置或可推移装置。

其中，可拆卸装置采用卡槽或卡扣；可推移装置采用滑轨或滑块。

光学检测卡件为固定托板或检测小盒；当采用固定托板时，半透半反镜、物镜和靶板设于固定托板的正面，可拆卸装置或可推移装置设于固定托板的背面；当采用检测小盒时，半透半反镜、物镜和靶板设于检测小盒内，可拆卸装置或可推移装置设于检测小盒的底部外侧面。

当光学检测卡件为检测小盒；检测小盒上设有入光孔、出光孔和可视窗；入光孔和出光孔位于检测小盒的前端的左右两侧，且正对半透半反镜的中心；可视窗位于检测小盒的后端面上，且正对靶板。

靶板采用带刻线分划板或CCD靶板。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：本实用新型通过半透半反膜的一面可透过由发射装置发射的指示光，另一面可将由接收装置（即接收光路）反射回来的指示光反射给物镜，再由物镜聚焦到靶板上，通过光斑在靶板位置的数值化快速对准或判读形变偏移量；同时本实用新型通过设置可拆卸装置或可推移装置，可在运行对锅炉燃烧检测时，及时将光学检测卡件从锅炉燃烧检测系统移除，不影响燃烧检测系统对炉膛燃烧参数的测定。本实用新型具有结构简单、使用方便、准确高效等特点。

附图说明

图1为本实用新型光路校准装置的光路示意图；

图2为本实用新型光路校准装置应用在燃烧检测系统中的结构示意图；

图3为本实用新型光路校准装置的校准原理图；

图4为本实用新型光路校准装置的结构示意图。

图中，1-发射装置，2-转台Ⅰ，3-机械悬臂Ⅰ，4-激光切换装置，5-光学检测卡件，51-入光孔，52-出光孔，53-可视窗，6-靶板，7-物镜，8-半透半反镜，9-接收装置，10-滤光片，11-转台Ⅱ，12-探测器，13-锅炉温度场，14-机械悬臂Ⅱ。

图3中，α-偏转角，f-物镜焦距，d-聚焦光偏离距离。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型光路校准装置进行详细说明。

如图1所示，本实用新型光路校准装置包括光学检测卡件5、靶板6、物镜7、半透半反镜8。物镜7水平放置，半透半反镜8置于物镜7前端，且与物镜7呈45度倾角放置，靶板6设于物镜7后端、且位于物镜7焦距处。本实施例中光学检测卡件5采用检测小盒，小盒采用透明或非透明的材料，如图4以透明材料示例，靶板6、物镜7、半透半反镜8固定于光学检测卡件5内，防止外界环境对光路影响，延长装置的使用寿命。光学检测卡件5也可直接采用板状结构，进行靶板6、物镜7、半透半反镜8的固定。

结合图4，本实用新型光学检测卡件5采用检测小盒，检测小盒的前端左右两侧分别设有入光孔51、出光孔52，正对半透半反镜的中心。检测小盒的后端面上设有可视窗53，正对靶板6。

本实用新型光路校准装置用于燃烧检测系统时，设于发射端的前端。如图2所示，燃烧检测系统包括发射装置1、转台Ⅰ2、机械悬臂Ⅰ3、激光切换装置4、光路校准装置、接收装置9、滤光片10、转台Ⅱ11、光电探测器12、机械悬臂Ⅱ14。锅炉温度场13位于锅炉炉膛中。转台Ⅰ、转台Ⅱ均为在水平和垂直方向正交旋转的正交旋转转台，可手动调节或转台控制。由发射装置1、转台Ⅰ2、机械悬臂Ⅰ3、激光切换装置4组成燃烧检测系统的发射端：激光切换装置4通过光纤连接发射装置1，发射装置1通过转台Ⅰ2固定安装于机械悬臂Ⅰ3上，光学检测卡件5也装置于机械悬臂Ⅰ3上，装配位在于发射装置1的前端。检测小盒的底部设有卡扣（或卡槽），机械悬臂Ⅰ3的对应位置设有卡槽（或卡扣），两者通过卡扣连接，可手动拆卸。也可在检测小盒的底部设有滑轨（或滑块），机械悬臂Ⅰ3的对应位置设有对应的滑块（或滑轨），两者通过滑块在滑轨内滑动进行装配或移除。如图4所示，本实用新型光学检测卡件5底部固定设有的滑块，滑块上设有滑槽与机械悬臂Ⅰ3上设有滑轨对应装配，光学检测卡件5通过滑槽在滑轨上运动，进行安装、移除。检测小盒内的半透半反镜8镀指示光波段半透半反膜，使发射装置1的光轴与物镜7的光轴相交于半透半反镜8中点，并且共轭。靶板6安放在物镜7焦点并共轴。靶板6可为带刻线分划板或CCD靶板等类似靶板，用于判断聚焦光斑的位置信息。更简易的，物镜7和靶板6可直接采用CCD相机和相机镜头搭配替代，如索尼XCG-5005E工业CCD搭配ComputerMP5018-MP2工业镜头。

由接收装置9、滤光片10、转台Ⅱ11、光电探测器12、机械悬臂Ⅱ14组成燃烧检测系统的接收端。其中，滤光片10、接收装置9同轴固定安装于转台Ⅱ11上，并由转台Ⅱ11固定安装于机械悬臂Ⅱ14上，接收装置9通过光纤与光电探测器12连接；其中，滤光片10镀温度场测量波段增透膜，该滤光片对指示光有很高的反射率。

采用本实用新型光路校准装置进行燃烧检测系统检测的具体使用如下：在冷机下，将激光切换装置4切换为指示光，将本实用新型光路校准装置通过光学检测卡件5安装于机械悬臂Ⅰ3上，调整转台Ⅰ2将发射装置1投射的指示光穿过半透半反镜8投射于接收端滤光片10上，滤光片10将指示光反射到半透半反镜8上，半透半反镜8将指示光反射至物镜7，经过聚焦的光斑投射到靶板6上。物镜7的焦距和靶板6的尺寸决定了偏转角度测量的范围，物镜7焦距和靶板6象元尺寸决定了装置分辨率。若发射装置1和接收装置9光轴不平行，则聚焦光斑会偏移靶板6的中心，偏离靶板中心点的相对位置，可带入下列公式计算出滤光片10偏转角，如图3所示：

式中：d为聚焦光偏离距离（相对靶板中心位置），f为物镜焦距，为偏转角。

根据公式计算的偏转角值，通过微调转台Ⅱ，使聚焦光斑重叠于靶板6中心。

若使用物镜焦距为50mm，转台不细分下转动1步长旋转量为0.1mrad，靶板使用CCD靶板，靶板像素为2592×1944，象元大小为2.2μm×2.2μm，通过上述公式可得本系统的校准范围为：57mrad×42mrad，校准精度为0.02mrad。

当聚焦光斑沿x轴偏离靶板中心点+50个像素，对应偏移距离为+110μm，经过公式计算，接收装置相对发射装置偏移了1.1mrad，此时发出指令调节转台Ⅱ11沿x负方向旋转11个步长，使聚焦光斑与靶板6中心点重合即完成对准。

锅炉起机后：将激光切换装置4切换为温度场测量波段光，将安装在机械悬臂Ⅰ3上的光路校准装置取下，进行后续信号获取，测量温度场。

锅炉由运行至停机后：重复冷机下快速对准操作，记录偏离位置，调节转台Ⅱ11使聚焦光斑与靶板中心点重合即完成修复。若光斑移出探测范围，则认为变形量过大，需要重新校准。

本实用新型的光路校准装置不仅可以在TDLAS检测燃烧系统对锅炉两端的激光发射装置、接收装置进行准直调校检测，也可以用于与此相似的平行光收发端设备的准直检测与调校分析，如基于本实用新型工作原理，在平行光收发端设备调校时，可在接收装置中临时同轴设置一面反光镜，将发射光反射回光学检测卡件即可实现准直检测与调校分析，因此，本实用新型具有广泛的适用性，是一种通用的准确而便捷的光路校准测量分析装置。