气体组分浓度的检测装置及检测设备的制作方法

本公开涉及气体组分浓度检测技术领域，具体地，涉及一种气体组分浓度的检测装置及检测设备。

背景技术：

目前，气体组分浓度的高精度检测方法是基于气体分子对特定波长光束的光谱强度和光谱线线型的吸收来推导出气体组分浓度的。

气体分子吸收特定波长光束的光谱强度和光谱线线型往往需要在检测气室内实现。当前市场上通常采用特定波长光束为准直光束的检测气室，通过准直光束在气室内的反射次数来达到增加光程的目的。但是由于所采用的准直光束的路径截面积较小，使得光束在气室内截取的有效体积(即光敏区)相应较小，而且光束的反射会将光源位置的偏移量放大，从而引起接收位置出现较大的偏差，这使得光束发射管和光束接收管的位置需要精确计算后才能保证实际安装位置的对齐精度。

因此，现有技术中所使用的气体组分浓度的检测设备在装配时存在较大的难度。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种气体组分浓度的检测装置及检测设备，该气体检测装置能够在保证检测精度的同时降低装配难度。

为了实现上述目的，本公开提供一种气体组分浓度的检测装置，该检测装置包括：

光源，用于发出初始光束；

扩光模块，用于将所述初始光束扩散为以预设角度出射的发散光束；

反光模块，用于反射所述发散光束；

聚光模块，用于将经过所述反光模块反射的所述发散光束聚焦为汇聚光束；

接收模块，用于接收所述汇聚光束；以及，

检测腔室，限定用于容纳气体的检测空间；

其中，所述发散光束在从所述扩光模块到所述聚光模块的传播路径上至少穿过所述检测空间两次。

可选地，所述反光模块包括第一聚光反射镜、第二聚光反射镜和中间反射镜，经过所述扩光模块的所述发散光束依次经过所述第一聚光反射镜、所述中间反射镜和所述第二聚光反射镜后到达所述聚光模块，且所述发散光束在所述第一聚光反射镜、所述中间反射镜和所述第二聚光反射镜中任意相邻两者之间传播时均穿过所述检测空间。

可选地，所述发散光束从所述扩光模块到所述第一聚光反射镜的传播路径上穿过所述检测空间，和/或，

所述发散光束从所述第二聚光反射镜到所述聚光模块的传播路径上穿过所述检测空间。

可选地，所述中间反射镜包括平面反射区域，该平面反射区域设置为：经所述平面反射区域反射的光线能够全部到达所述第二聚光反射镜；和/或，

所述中间反射镜包括凸面反射区域，该凸面反射区域设置为：经所述凸面反射区域反射的光线能够全部到达所述第二聚光反射镜；和/或，

所述中间反射镜包括凹面反射区域，该凹面反射区域设置为：经所述凹面反射区域反射的光线能够全部到达所述第二聚光反射镜。

可选地，所述中间反射镜的数量为多个，所述发散光束从所述第一聚光反射镜依次经过多个所述中间反射镜，且所述发散光束在多个所述中间反射镜中任意相邻两者之间传播时均穿过所述检测空间。

可选地，所述反光模块在所述检测空间内固定在所述检测腔室的侧壁上。

可选地，所述扩光模块设置在所述检测腔室的外侧，所述检测腔室开设有入射窗口，供所述发散光束穿过以到达所述检测空间中。

可选地，所述聚光模块设置在所述检测腔室的外侧，所述检测腔室开设有出射窗口，供所述发散光束从所述检测空间穿过以到达所述聚光模块。

可选地，所述光源和所述扩光模块集成为一体；和/或，

所述接收模块和所述聚光模块集成为一体。

在上述方案的基础上，本公开还提供一种气体组分浓度的检测设备，所述检测设备包括上述气体组分浓度的检测装置。

通过上述技术方案，本公开提供的气体组分浓度的检测装置中，扩光模块能够将光源发出的初始光束扩散成为发散光束，以增加进入检测腔室内检测空间的发散光束的路径截面积，同时，检测腔室内的反光模块将对发散光束的发射改变了光束的传播方向，使得发散光束能够至少两次穿过检测空间，因此，发散光束在检测空间内的有效体积(即光敏区)增大，由此可以保证甚至提高气体组分浓度检测的灵敏度和准确性。其中，接收模块所接收的光束不再是直接来自检测空间的单光束，而是经聚光模块聚焦发散光束之后的汇聚光束，因此，其位置可以通过确定聚光模块的位置和焦距来计算获得，不再受到光源位置的影响，其装配比较容易。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1示意性地示出了根据本公开第一实施例所述的气体检测装置的结构图，其中示出了第一聚光反射镜、第二聚光反射镜和第一中间反射镜。

图2示意性地示出了根据本公开第二实施例所述的气体检测装置的结构图，其中示出了第一聚光反射镜、第二聚光反射镜、第一中间反射镜和第二中间反射镜。

附图标记说明

1扩光模块2反光模块

3聚光模块4接收模块

21第一聚光反射镜22第二聚光反射镜

23第一中间反射镜24第二中间反射镜

5准直光源

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相对于部件本身轮廓而言的内、外。另外，“第一、第二”等词的使用目的在于区分不同的部件，并不具有顺序性和重要性。但上述词语仅用于解释和说明本公开，并不用于限制。

根据本公开的具体实施方式，提供一种气体组分浓度的检测装置，该检测装置包括：光源，用于发出初始光束；扩光模块1，用于将初始光束扩散为以预设角度(该预设角度可以根据实际需求进行设定)出射的发散光束；反光模块2，用于反射发散光束；聚光模块3，用于将经过反光模块2反射的发散光束聚焦为汇聚光束；接收模块4，用于接收汇聚光束；以及，检测腔室，限定用于容纳气体的检测空间(可参考图1和图2中的虚线框，其中，框内的箭头可以代表气体中待测浓度的组分)；其中，发散光束在从扩光模块1到聚光模块3的传播路径上至少穿过检测空间两次。

通过上述技术方案，本公开提供的气体组分浓度的检测装置中，扩光模块1能够将光源发出的初始光束扩散成为发散光束，以增加进入检测腔室内检测空间的发散光束的路径截面积，同时，检测腔室内的反光模块2对发散光束的反射改变了光束的传播方向，使得发散光束能够至少两次穿过检测空间，因此，发散光束在检测空间内的有效体积(即光敏区)增大，由此可以保证甚至提高气体组分浓度检测的灵敏度和准确性。其中，接收模块4所接收的光束不再是直接来自检测空间的单光束，而是经聚光模块3聚焦发散光束之后的汇聚光束，因此，其位置可以通过确定聚光模块3的位置和焦距来计算获得，不再受到光源位置的影响，其装配较为容易。

在本公开提供的具体实施方式中，反光模块2可以以任何合适的方式配置。可选择地，反光模块2包括第一聚光反射镜21、第二聚光反射镜22和中间反射镜，经过扩光模块1的发散光束依次经过第一聚光反射镜21、中间反射镜和第二聚光反射镜22后到达聚光模块3，且发散光束在第一聚光反射镜21、中间反射镜和第二聚光反射镜22中任意相邻两者之间传播时均穿过检测空间，以保证发散光束从扩光模块1到聚光模块3的传播路径上至少穿过检测空间两次。

其中，发散光束从扩光模块1到第一聚光反射镜21的传播路径上也可以穿过检测空间，增多光束穿过检测空间的次数，对应增大光敏区。例如，可以使得初始光束经扩光模块1扩光之后所出射的发散光束以较短的路径就能够进入到检测空间中，并在此之后到达第一聚光反射镜21的镜面位置处，由此可以降低不必要或意外的光损失，保证测量的精度。

相应的，发散光束从第二聚光反射镜22到聚光模块3的传播路径上可以穿过所述检测空间，增多光束穿过检测空间的次数，对应增大光敏区。例如，可以使得经第二聚光反射镜22汇聚并反射的发散光束穿过检测空间后以较短的路径到达聚光模块3，由此可以降低该传播路径上必要或意外的光子损失，保证测量的精度。

图1和图2示出了反光模块2的不同的实施例，且在该两个实施例中，发散光束从扩光模块1到第一聚光反射镜21的传播路径上穿过检测空间，并且发散光束从第二聚光反射镜22到聚光模块3的传播路径上穿过所述检测空间。其中，如图1所示的第一实施例中，反光模块2配置为包括第一聚光反射镜21，第二聚光反射镜22和第一中间反射镜23，经扩光模块1的发散光束依次经过第一聚光反射镜21、第一中间反射镜23和第二聚光反射镜22后到达聚光模块3，从而使得发散光束从扩光模块1到聚光模块3的路径上穿过检测空间四次。如图2所示的第二实施例中，反光模块2配置为包括第一聚光反射镜21、第二聚光反射镜22、第一中间反射镜23和第二中间反射镜24，经扩光模块1的发散光束依次经过第一聚光反射镜21、第一中间反射镜23、第二中间反射镜23和第二聚光反射镜22后到达聚光模块3，从而使得发散光束从扩光模块1到聚光模块3的路径上穿过检测空间五次。在本公开的其他实施例中，反光模块2还可以是其他的配置方式，对此，本公开不作具体限制。

在本公开提供的具体实施方式中，中间反射镜可以以任何合适的方式配置。可选择地，中间反射镜包括平面反射区域，该平面反射区域设置为：经平面反射区域反射的光线能够全部到达第二聚光反射镜22，以避免光损失影响检测效果。例如，可以使得该中间反射镜的平面反射区域正面对第二聚光反射镜22，或者，正面对下一个中间反射镜(如有)。

可选择地，中间反射镜包括凸面反射区域，该凸面反射区域设置为：经凸面反射区域反射的光线能够全部到达第二聚光反射镜22，以避免光损失影响检测效果。例如，可以使得该中间反射镜的凸面反射区域的扩光区域落入第二聚光反射镜22或者下一个中间反射镜(如有)内。

可选择地，中间反射镜包括凹面反射区域，该凹面反射区域设置为：经凹面反射区域反射的光线能够全部到达第二聚光反射镜22，以避免光损失影响检测效果。例如，可以使得该中间反射镜的凹面反射区域的聚光区域落入第二聚光反射镜22或者下一个中间反射镜(如有)内。

在本公开提供的具体实施方式中，中间反射镜可以选择性地包括上述的平面区域、凸面反射区域和凹面区域中的一者或多者，且所包括的该一者或多者的数量可以根据实际需要而选择，例如，可以是一个，也可以是多个，且是多个的情况下，其布置方式也可以根据实际需要而选择，例如交替布置、按照预定的顺序布置等。对此，本公开不作具体限制。

此外，在本公开提供的具体实施方式中，中间反射镜可以以任意合适的方式配置。可选择地，中间反射镜的数量可以为多个，发散光束从第一聚光反射镜21依次经过多个中间反射镜，且发散光束在多个中间反射镜中任意相邻两者之间传播时均穿过检测空间，以增大发散光束在检测空间内的有效体积(即光敏区)。如图1所示的第一实施例中，中间反射镜配置为一个第一中间反射镜23，如图2所示的第二实施例中，中间反射镜配置为一个第一中间反射镜23和一个第二中间反射镜24。在本公开的其他实施例中，中间发射镜还可以是其他的配置方式，对此，本公开不作任何限制。

其中，在反光模块2如上配置时，如图1所示的第一实施例中，反光模块2可以配置为仅包括平面反射区域的第一中间反射镜23，如图2所述的第二实施例中，中间反射镜可以配置为仅包括平面反射区域的第一中间反射镜23和仅包括凹面反射区域的第二中间反射镜24。即，在设置有多个中间反射镜的情况下，其中的中间反射镜可以不必以相同的配置构造。在本公开的其他实施例中，中间反射镜还可以是其他的配置方式，对此，本公开不作任何限制。

在本公开提供的具体实施方式中，反光模块2可以在检测空间内固定在检测腔室的侧壁上，以实现发散光束在检测空间的反射。这种情况下，一方面可以降低检测腔室的构造复杂程度，另一方面可以减少甚至避免由反光模块2的设置位置(在检测腔室内或外)而引起的光损失。

其中，检测腔室可以以任意合适的方式配置。可选择地，检测腔室可以构造为半开放式样气采集腔，以用于实时检测采样气体的组分浓度。在本公开的其他实施例中，检测腔室还可以是其他的配置方式，例如，检测腔室可以构造为可打开的密闭空间，在规定时间内检测采样气体的组分浓度时，以用于提高检测精度。对此，本公开不作任何限制。

此外，在本公开提供的具体实施方式中，扩光模块1可以设置在检测腔室的外侧，以方便调整和更换。对此，所述检测腔室可以开设有入射窗口(其上可以安装有玻璃)，供发散光束穿过以到达检测空间中。

另外，在本公开提供的具体实施方式中，聚光模块3可以设置在检测腔室的外侧，以方便调整和更换。检测腔室开设有出射窗口(其上可以安装有玻璃)，供发散光束从检测空间穿过以到达聚光模块3。

再者，在本公开提供的具体实施方式中，可选择地，光源和扩光模块1集成为一体，以降低甚至避免光源和扩光模块1之间由装配引起的位置偏差，同时还能够省去安装光源的步骤，简化装配步骤。当然，在需要的情况下，光源与扩光模块1可以相对独立(如图1和图2中所示)，即需要各自安装。对此，本公开不作具体限制。

可选择地，接收模块4和聚光模块3可以集成为一体，以降低甚至避免两者之间由装配引起的位置偏差，同时还能够省去安装接收模块4的步骤，简化装配步骤。当然，在需要的情况下，接收模块4与聚光模块3可以相对独立(如图1和图2中所示)，即需要各自安装。对此，本公开不作具体限制。

在此需要说明的是，本公开中的光源、扩光模块1以及聚光模块3分别可以以任意所需的方式配置。例如，光源可以构造为图1和图2中所示的准直光源5；扩光模块1可以构造为凹透镜，还可以构造为凸面镜；聚光模块3可以构造为凸透镜，还可以构造为凹面镜。在本公开的其他实施例中，光源、扩光模块1以及聚光模块3分别还可以是其他的配置方式，对此，本公开不作任何限制。

此外，本公开还提供一种气体组分浓度的检测设备，该检测设备包括上述气体组分浓度的检测装置。例如，气体组分浓度的检测设备可以包括光束检测元件，上述气体组分浓度的检测装置中接收模块4接收的汇聚光束传输到光束检测元件中，光束检测元件可检测光束的光谱强度和光谱线线型等，以供计算出检测空间内气体组分的浓度。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。