基于激光光谱吸收的一体化气体检测探头的制作方法

本实用新型涉及光学气体检测技术领域，尤其涉及一种基于激光光谱吸收的一体化气体检测探头

背景技术：

目前，国内外光学气体检测分为红外光和激光两大类，激光气体传感主要采用光纤进行导光，该系统工艺较为复杂，生产装配过程繁琐。红外气体传感探头采用空间光传输，但由于光谱较宽，易受水汽和其它烷烃气体的影响，测量准确度差。根据查阅国内外文献和专利，激光气室部分有一项专利，但是该专利采用反射式结构，工艺较复杂，不便于后期的批量化生产。

技术实现要素：

本实用新型为解决背景技术中提及的技术问题提供一种体积小，易于装配，防振性和可靠性好的光路和电路一体化设计的基于激光光谱吸收的一体化气体检测探头。

为此，本实用新型提供以下技术方案：

基于激光光谱吸收的一体化气体检测探头，包括：壳体，所述壳体内设有激光器、反射镜片单元、扩束镜、光电探测单元、驱动电路及检测电路；所述壳体设有进气口；所述激光器与驱动电路电连；所述反射镜片组件将激光器发出的激光反射至扩束镜；所述光电探测单元与检测电路电连，接收来自所述扩束镜的激光。

其进一步的技术方案为，所述光电探测单元包括第一光电探测器及第二光电探测器，所述第一光电探测器及第二光电探测器均与检测电路电连。

其进一步的技术方案为，还包括固定板，所述固定板设置于所述壳体内，所述第一光电探测器及第二光电探测器设置于所述固定板。

其进一步的技术方案为，反射镜片单元包括第一反射镜及第二反射镜，所述激光器发出的激光分别经第一反射镜及第二反射镜反射至扩束镜。

其进一步的技术方案为，所述第一光电探测器通过三维调整螺钉设置于固定板；所述第二光电探测器通过三维调整螺钉设置于固定板。

其进一步的技术方案为，所述壳体内还设有卡槽，所述扩束镜设置于所述卡槽。

其进一步的技术方案为，所述第一反射镜及第二反射镜对称设置。

其进一步的技术方案为，所述第一反射镜及第二反射镜均通过高强度玻璃胶固定于所述壳体。

其进一步的技术方案为，所述激光器为半导体激光器。

其进一步的技术方案为，所述激光器为tosa或to封装的小型化激光器，内部集成温度控制和驱动芯片。

与现有技术相比，本实用新型所能达到的技术效果包括：

1.本方案将激光器、光电探测单元和光学吸收腔等结构整合在壳体，使气体检测探头结构紧凑、体积小；

2.光路部分与电路部分通过电气连接，实现检测探头的一体化设计，能够提高检测探头的防振能力，提高了检测探头的稳定性和可靠性，便于批量化生产和后期维护。

3.设计的检测探头整个空间光路部分，通过利用固定件配合来固定激光器和光电探测单元，结构简单、紧凑，体积小且易于装调。

4.利用空间光扩束镜片和光电探测单元来实现了检测探头的自校准和自动补偿功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于激光光谱吸收的一体化气体检测探头的结构示意图。

附图标记

1-激光器、2-第一反射镜、3-第二反射镜、4-扩束镜、5-第一光电探测器、6-第二光电探测器、7-固定板、8-驱动电路及检测电路的电路板、9-壳体、10-进气口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

参见图1，本实用新型实施例提供基于激光光谱吸收的一体化气体检测探头，包括：壳体，所述壳体内设有激光器1、反射镜片单元、扩束镜4、光电探测单元、驱动电路及检测电路；所述壳体9设有进气口10；所述激光器1与驱动电路电连；所述反射镜片组件将激光器1发出的激光反射至扩束镜4；所述光电探测单元与检测电路电连，接收来自所述扩束镜4的激光。

本实施例将驱动电路及检测电路集成至驱动电路及检测电路的电路板8上，以减小整个探头的体积，节省空间。

本实施例将激光器、光电探测单元和光学吸收腔等结构整合在壳体，使气体检测探头结构紧凑、体积小。可以理解，光学吸收腔为壳体内部空间，被测气体经进气口加入壳体腔内，从而被激光器、反射镜单元、光电探测单元构成的检测回路检测到。

激光器1还通过三维调整螺钉固定于壳体9内，以便于调整激光出射方向。

在一实施例中，所述光电探测单元包括第一光电探测器5及第二光电探测器6，所述第一光电探测器5及第二光电探测器6均与检测电路电连。

具体地，第一光电探测器5为气体检测探测器，第二光电探测器6为气体校准探测器。根据被测气体的不同，通过改变第二光电探测器6内灌封的气体即可进行转换。驱动电路为激光器1提供驱动扫描电流及温度控制电流，保证激光器1出射光波始终稳定在待测气体的工作波长，常见被测的气体及波长包括：甲烷1653.7nm,co气体1571nm和2400nm,o2气体760nm,co2气体2004nm。本实用新型对被测的气体不做限定。

在一实施例中，所述探头还包括固定板7，所述固定板7设置于所述壳体9内，所述第一光电探测器5及第二光电探测器6设置于所述固定板7。

具体地，所述第一光电探测器5和第二光电探测器6，先焊接在电路固定板7上，再通过三维调整螺钉，调节方向。在对第一光电探测器5和第二光电探测器6进行调整方向时，可将第一光电探测器5和第二光电探测器6的正负管脚连接示波器，当输出的光信号电流大于1a时(激光器注入电流40ma)，表示此时第一光电探测器5和第二光电探测器6接收的光电信号强度最佳，锁紧三维调整螺钉并打胶固定，完成对第一光电探测器5和第二光电探测器6方向的调整。

可以理解，第一光电探测器5和第二光电探测器6将接收的光信号转化成电信号，利用电气连接方式与检测电路进行连接，构成激光气体检测探头的整个光电检测回路。

在一实施例中，反射镜片单元包括第一反射镜2及第二反射镜3，所述激光器1发出的激光分别经第一反射镜2及第二反射镜3反射至扩束镜4。所述扩束镜4将反转后的激光光束扩束为直径为φ20mm的空间平行激光光斑。

在一实施例中，所述第一反射镜2及第二反射镜3对称设置。具体为，激光器1出射光波通过第一反射镜2和第二反射镜3的反射，将激光进行180°平行反转，以减小检测探头体积。第一反射镜2和第二反射镜3采用高强度玻璃胶贴合在探头壳体9上。

在一实施例中，所述壳体9内还设有卡槽(图未示)，所述扩束镜4设置于所述卡槽。

在其他实施例中，扩束镜通过卡槽限位，卡在所述卡槽，从而固定于壳体内。

在其他实施例中，扩束镜4通过卡槽和高强度玻璃胶直接固定在探头壳体9上。

在一实施例中，所述激光器1为半导体激光器。所述半导体激光器为tosa或to封装的小型化激光器，内部集成温度控制和驱动芯片。

半导体激光器采用tosa或to封装型式，可以降低成本和功耗。通过三维调整螺钉固定及调整激光出射方向，最终以第一光电探测器5和第二光电探测器6接收的光电信号强度为基准判据。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述，为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。