油烟气体监测仪光学扫描系统的制作方法

本发明涉及油烟气体监测设备领域，特别是涉及一种适用于油库、加油(气)站及大中型储油(气)库空间环境中油烟气体含量、碳氢化合物浓度等光学监测仪器的光学扫描系统。

背景技术：

为满足国民经济高速长远发展需要，国家对煤炭、石油、天然气等能源物质多进行战略贮备，建设了大批战略能源储备库，而大大小小遍布全国城乡街道的加油(气)站，更是给人们提供了极大的方便，但同时，这些油库加油站的泄露、挥发物也给人们的安全造成很大的隐患，而加油站与大中型储油库是造成周边环境空气中油烟气体含量、碳氢化合物浓度超标的最主要原因之一。对加油(气)站与大中型储油库空间环境中油烟气体含量、碳氢化合物浓度等的实时监测，除了为环保部门提供环境污染指标信息数据外，还为油库、加油(气)站自身安全实时提供十分重要的安全预警信息。而目前国内大部分加油(气)站大多没有配备这种空间环境油烟监测光学仪器设备，存在一定的安全隐患。因此亟需提供一种新型的油烟气体监测仪光学扫描系统来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种光学结构简单、安全适用的油库、加油(气)站空间环境的油烟气体监测仪光学扫描系统，能够满足油库、加油(气)站空间环境中油烟气体、碳氢化合物浓度含量的实时在线监测。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种油烟气体监测仪光学扫描系统，包括监测光源系统、凹面反射镜、光学扫描系统、若干呈发散分布的角反射器、光探测器、数据处理系统；

监测光源系统包括光源、扩束准直器，扩束准直器用于将光源发射的监测光进行扩束准直；

光学扫描系统用于监测光线扫描监测空间，并被角反射器反射形成若干束反射光，其包括扫描电机、45°扫描反射镜，45°扫描反射镜倾斜45°安装在扫描电机转轴的一端；

凹面反射镜倾斜安装在扩束准直器与45°扫描反射镜之间，其中心设有通光孔；

角反射器用于反射45°扫描反射镜发射的光束，并沿入射光路反射返回至凹面反射镜；

光探测器用于光电转换凹面反射镜入射的光线，并将光电信号传输至数据处理系统；

数据处理系统用于将光探测器输出的光电信号进行数据分析处理。

在本发明一个较佳实施例中，光源、扩束准直器、凹面反射镜的通光孔中心、扫描电机的主轴均位于光学系统的中心轴线上。

在本发明一个较佳实施例中，45°扫描反射镜以扫描电机转轴为中心旋转扫描，旋转扫描的角度为360°。

在本发明一个较佳实施例中，光源采用led光源、ld激光光源、带光纤准直头的光纤光源中的任意一种。

在本发明一个较佳实施例中，凹面反射镜的口径和曲率半径均大于8cm，与光学系统中心轴线的夹角为30°。

在本发明一个较佳实施例中，角反射器采用透明材料的锥角反射器，透明材料包括玻璃、有机玻璃，或采用任意材料的空心锥反射器，口径大于5cm。

在本发明一个较佳实施例中，扫描电机采用光学扫描振镜或旋转扫描电机，旋转扫描电机采用交流电机、直流电机、步进电机中的任意一种。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述光学扫描系统是油烟气体监测仪的核心部件之一，整体光路结构简单，安全可靠，采用旋转扫描式光路设计，可以满足油库、加油(气)站空间环境中油烟气体、碳氢化合物浓度含量的实时在线监测。

(2)系统采用45°扫描反射镜安装在扫描电机转轴上，以转轴为中心做360°旋转扫描，监测光束在被测空间区域高速扫描并被监测区域内分布的若干角反射器原路反射返回，实现了被监测区域的全方位监测。

(3)监测光源从45°扫描反射镜扫描输出到某一监测点的角反射器后，再原路返回45°扫描反射镜，使光束二次穿越被监测区域的空间环境，实现被监测站空间环境中油烟气体、碳氢化合物的二次吸收，提高了监测系统的检测灵敏度。

附图说明

图1是本发明油烟气体监测仪光学扫描系统一较佳实施例的应用状态示意图；

图2是所述油烟气体监测仪光学扫描系统一较佳实施例的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、led光源，2、扩束准直器，3、凹面反射镜，4、光探测器，5、45°扫描反射镜，6、扫描电机，7、角反射器，8、光学扫描系统，9、监测光源系统，10、加油站环境空间，11、数据处理系统，12、通光孔，13、扫描电机转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

一种油烟气体监测仪光学扫描系统，包括监测光源系统9、凹面反射镜3、光学扫描系统8、若干呈发散分布的角反射器7、光探测器4、数据处理系统11。

监测光源系统9包括光源1、扩束准直器2，光源1可采用led光源或ld激光光源或带光纤准直头的光纤光源，用于发射监测光，扩束准直器2用于将光源1发射的监测光进行扩束准直。光学扫描系统8用于监测光线扫描监测空间，并被角反射器反射形成若干束反射光，其包括扫描电机6、45°扫描反射镜5，扫描电机6包括扫描电机转轴13。45°扫描反射镜5倾斜45°安装在扫描电机转轴13的一端，其以转轴为中心做360°旋转扫描。扫描电机6安装在扫描电机转轴13的另一端，可采用光学扫描振镜或旋转扫描电机，光学扫描振镜做来回摆动运动，摆动的角度范围为-20°—20°；旋转扫描电机包括交流电机、直流电机、步进电机中的任意一种，其旋转扫描的角度为360°。凹面反射镜3倾斜安装在扩束准直器2与45°扫描反射镜之间，其中心设有通光孔12，口径和曲率半径均大于8cm。角反射器7采用透明材料的锥角反射器，透明材料包括玻璃、有机玻璃，或采用任意材料的空心锥反射器，口径大于5cm，如图1所示，角反射器7的个数及位置依站点空间监测需求布置，布置在45°扫描反射镜5的扫描范围内，用于反射45°扫描反射镜5发射的光束，并沿入射光路反射返回至凹面反射镜3。光探测器4用于光电转换凹面反射镜3入射的光线，并将光电信号传输至数据处理系统11，光探测器4可采用光电探测器或光谱仪。数据处理系统11用于将光探测器4输出的光电信号并进行数据的分析处理。光源1、扩束准直器2、凹面反射镜3的通光孔12中心、扫描电机转轴13均位于光学系统的中心轴线上。

结合图2，所述光学扫描系统的光路结构为：从光源1出射的监测光经扩束准直器2扩束准直后，穿过凹面反射镜3的中心通光孔12到达安装在扫描电机转轴13上的45°扫描反射镜5，光学扫描系统8以转轴为中心做360°旋转，安装其上的45°扫描反射镜5将入射光束在油(气)站空间区域，沿油(气)站空间旋转扫描，当光束扫描照射到分布安装在站点的角反射器7上时，光线被角反射器7反射，原路返回到扫描电机转轴13上的45°扫描反射镜5上，接着入射到凹面反射镜3上，通过调节扩束准直器2与光源之间的距离可调节反射返回的光束直径大小，进而使反射返回到达凹面反射镜3时光束直径大于凹面反射镜3通光孔12的直径，大部分返回的监测光被凹面反射镜3反射，最终会聚到光探测器4上，形成加油站环境空气监测信号光，经光电转换数据处理后，获得被监测点的空间环境中的油烟气体成分含量、碳氢化合物浓度分布的实时数据，完成监测数据信息的显示、输出，并完成加油(气)站空间环境的监测预报。

在一较佳实施例中，考虑到被检测区域空间环境油烟气体易燃易爆的特殊性，光源采用波长为420nm的led蓝光光源，led光源1功率选取30mw，扩束准直器2为扩束准直透镜，扩束倍率为8×，凹面反射镜3直径60mm，中心通光孔12直径20mm，口径80mm，曲率半径为300mm，45°扫描反射镜5直径80mm，扫描电机6采用36系列步进电机，角反射器7采用透明k9玻璃材料制成，反射通光面直径50mm。具体实施时，首先将led光源1与扩束准直器2组合为一体，成为监测光源系统9，系统垂直安装于光学系统中心轴线上，凹面反射镜3中心通光孔12穿过中心轴线，与中心轴线成30°角，45°扫描反射镜5与扫描电机6组成光学扫描系统8，扫描电机6的主轴与光轴同轴，七只角反射器7安装依站点空间监测需求分布，安装时运行监测光源系统9，监测光束在被监测区间扫描，让角反射器7对准扫描光线轨迹被光源照射，调整角反射器7方位使入射光能原路返回，返回的监测光被凹面反射镜3会聚到光探测器4上，产生的光电信号到数据处理系统11进行处理，输出被监测油(气)站空间环境中，油烟气体成分含量、碳氢化合物浓度分布的监测预报数据信息。

所述油烟气体监测仪光学扫描系统的光学原理为采用光学吸收法，即光在传播途中光能被监测区域空间环境中的油烟气体、碳氢化合物吸收，通过实时检测光束光谱功率变化量，处理得到被监测站点空间环境中油烟气体成分含量、碳氢化合物浓度等信息，完成加油(气)站空间环境油烟气体成分、含量浓度分布的数据输出、显示及预报。

本发明所述光学扫描系统是油烟气体监测仪的核心部件之一，整体光学结构简单，安全可靠，采用旋转扫描式光路设计，可以满足油库、加油(气)站空间环境中油烟气体、碳氢化合物浓度含量的实时在线监测。系统采用45°扫描反射镜5安装在扫描的转轴上，以转轴为中心做360°旋转扫描，监测光束在被测空间区域高速扫描并被监测区域内分布的若干角反射器7原路反射返回，实现了被监测区域的全方位监测。同时，监测光源从45°扫描反射镜5扫描输出到某一监测点的角反射器7后，再原路返回45°扫描反射镜5，使光束二次穿越被监测区域的空间环境，实现被监测站空间环境中油烟气体、碳氢化合物的二次吸收，提高了监测系统的检测灵敏度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。