气体探头的制作方法

1.本实用新型涉及气体测量设备技术领域，尤其是涉及一种气体探头。


背景技术：

2.天然气和煤矿在开采过程中，伴随着各种气体，包括甲烷、一氧化碳、乙烯等可燃性危险气体，而在线检测分析这些过程气体和探头小型化是天然气和煤矿高效开采、安全和监控必不可少的关键技术之一，对降低瓦斯事故和天然气泄漏、保证生产安全等起着十分重要的作用。
3.相关技术中，天然气煤矿矿井下安装的各类气体监测仪器大都是抽取式激光探测仪器或电化学式的仪器，这两类检测仪器分别有它的不足之处。抽取式气体监测仪器只能对抽取点的样本气体进行监测，且需要较长束管，严重影响检测实时性，设备体积大，还要配有抽气泵等装置；电化学传感器在灵敏度和输出浓度上无法保证长时间的一致性和准确性，而且电化学传感器在潮湿环境下失准严重。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种气体探头，通过设置发射组件和接收组件，使得发射组件和接收组件的模块化程度高，可以合理利用气体探头的使用空间。
5.根据本实用新型实施例的气体探头，包括：发射组件和接收组件，所述发射组件包括：光源和第一反射镜，所述光源设置于所述第一反射镜的入射侧，所述发射组件设置于所述接收组件，所述接收组件包括：第二反射镜、透镜和光电接收器，所述第二反射镜设置于所述透镜的一侧且位于所述第一反射镜的出射侧，所述光电接收器位于所述透镜的另一侧，以在所述透镜的另一侧接收所述光源照射到反射物体上的光线。
6.根据本实用新型实施例的气体探头，通过设置发射组件和接收组件，使得发射组件和接收组件的模块化程度高，从而可以合理利用气体探头的使用空间，从而使得气体探头的体积小，便于用户携带使用，并且在使用时也无需配置其它辅助设备。
7.根据本实用新型的一些实施例，所述发射组件还包括：发射壳体，所述光源和所述第一反射镜位于所述发射壳体内；所述接收组件还包括：接收壳体，所述透镜和所述光电接收器设置于所述接收壳体内，所述第二反射镜位于所述接收壳体外，所述发射壳体设置于所述接收壳体的一侧。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述发射壳体和所述接收壳体均为金属壳体。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述金属壳体为铝合金氧化的发黑壳体。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述发射壳体的形状为正方体或长方体；所述接收壳体的形状为圆柱体或长方体。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述第一反射镜为半反半透镜，所述发射组件还包括：指示光发射器，所述指示光发射器位于第一反射镜的背侧且透射光线。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述光源的出射方向和所述指示光发射器的出射方向垂直，所述第一反射镜相对所述光源的出射方向倾斜45
°
。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述第二反射镜和所述透镜之间粘接有支撑柱。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述第二反射镜为直角反射棱镜且对应设置于所述透镜的中心位置。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述光电接收器的中心轴线穿设过所述透镜的中心。
16.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
17.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1是根据本实用新型实施例的气体探头的光路图。
19.附图标记：
20.100、气体探头；
21.10、发射组件；11、光源；12、第一反射镜；13、发射壳体；14、指示光发射器；
22.20、接收组件；21、第二反射镜；22、透镜；23、光电接收器；24、接收壳体；25、支撑柱；
23.31、反射物体；32、扫描激光；33、指示光；34、合束光；35、反射光。
具体实施方式
24.下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。
25.下面参考图1描述根据本实用新型实施例的气体探头100。
26.如图1所示，根据本实用新型实施例的气体探头100包括：发射组件10和接收组件20，发射组件10包括：光源11和第一反射镜12，光源11设置于第一反射镜12的入射侧，发射组件10设置于接收组件20，接收组件20包括：第二反射镜21、透镜22和光电接收器23，第二反射镜21设置于透镜22的一侧，并且位于第一反射镜12的出射侧，光电接收器23位于透镜22的另一侧，以在透镜22的另一侧接收光源11照射到反射物体31上的光线。其中，光源11可以为半导体激光器，其可以发出扫描激光32，扫描激光32经过第一反射镜12和第二反射镜21反射后射向某一反射物体31，通过反射物体31表面漫散射效应后，反射光35返回到透镜22并聚焦在光电接收器23的光敏面上，光电接收器23再进行光电信号的转化，从而可以实现对气体浓度的检测。
27.根据朗伯比尔定律(lambert
‑
beer law)，红外光谱分析中，物质在一定波长处的吸光度与它的浓度呈线性关系。因此该气体探头100的光学原理为，扫描激光32与反射光35在空气的传输路径中都经过了特定气体分子的吸收，因此气体探头100能够探测到在某一波长处的光强有所减弱，经过数学反演算法处理，得到光路中气体分子的浓度。
28.气体探头100的气体浓度测量的过程：首先，气体探头100由外接的信号电路板供
电，气体探头100通电后，首先外接电路板信号发生部分产生低频锯齿信号和高频正弦信号，两种信号通过加法器叠加后输入到光源11中，驱动光源11输出扫描激光32。然后，扫描激光32经过第一反射镜12的反射后照向第二反射镜21，扫描激光32经过第二反射镜21反射后射向某一反射物体31，例如，在矿井中，反射物体31可以是钢材、工作人员工作服的荧光带等。通过反射物体31表面漫散射效应后，反射光35返回到透镜22并聚焦在光电接收器23的光敏面上，实现光信号的收集。同时，光电接收器23将光信号实时转化为电信号，并将其传输进电路板的数据处理部分进行电信号的数据处理，通过对电信号处理计算后，得出气体的浓度。
29.即，本实用新型实施例的气体探头100无需配置其它辅助设备即可实现实时在线探测气体浓度。
30.其中，发射组件10和接收组件20组合在一起，即发射组件10和接收组件20可以通过焊接或粘接等方式固定连接在一起，从而可以提升发射组件10和接收组件20之间的连接强度。又或者，发射组件10和接收组件20之间可以通过滑轨和滑槽可分离的连接在一起，从而使得发射组件10和接收组件20可以拆分后单独使用，从而可以提升发射组件10和接收组件20的模块化程度，即可以减小接收组件20和发射组件10的占用空间。并且，第一反射镜12和第二反射镜21之间的距离为1.5cm
‑
4.5cm之间。
31.此外，第二反射镜21为接收组件20的一部分，第一反射镜12为发射组件10的一部分，并且第一反射镜12和第二反射镜21之间相对设置，这样使得接收组件20和发射组件10之间的光路关联性强，从而可以合理利用接收组件20和发射组件10的空间，从而使得气体探头100的体积小，便于用户携带使用。
32.由此，通过设置相互间隔的发射组件10和接收组件20，使得发射组件10和接收组件20的模块化程度高，从而可以合理利用气体探头100的使用空间，从而使得气体探头100的体积小，便于用户携带使用，并且在使用时也无需配置其它辅助设备。
33.如图1所示，发射组件10还包括：发射壳体13，光源11和第一反射镜12位于发射壳体13内，接收组件20还包括：接收壳体24，透镜22和光电接收器23设置于接收壳体24内，第二反射镜21位于接收壳体24外，发射壳体13设置于接收壳体24的一侧。也就是说，发射组件10设置有发射壳体13，接收组件20设置有接收壳体24，这样设置使得发射组件10和接收组件20模块化程度更高，进一步地减小气体探头100的使用空间，进而方便用户携带。并且，通过设置发射壳体13和接收壳体24，可以各自提升接收组件20和发射组件10的密封性，避免降低气体探头100的测量精度。而且，发射壳体13和接收壳体24可以避免外界光线影响气体探头100本身的光路，进一步地避免降低气体探头100的测量精度
34.其中，发射壳体13和接收壳体24均为金属壳体。因为气体探头100产生的光路固定，当气体探头100内的元件发生移位时，气体探头100的光路也会发生变化，从而会导致气体探头100的测量不精准。因此，发射壳体13和接收壳体24选择金属壳体，金属壳体结构强度高，可以提升发射壳体13和接收壳体24的结构强度，使得气体探头100在遭受撞击时也不会发生变形，以及气体探头100内部的元件也不会移位，从而可以避免影响气体探头100的气体浓度的测量精度。
35.进一步地，金属壳体可以为铝合金氧化的发黑壳体。其中，铝合金的壳体质量轻，结构强度高，从而可以进一步地方便用户携带，以及避免发射壳体13和接收壳体24在遭受
撞击时变形。并且，金属壳体为发黑壳体时，发黑壳体可以吸收外界的光线，避免外界的光线影响气体探头100本身的光路。
36.此外，发射壳体13的形状可以为正方体或长方体，接收壳体24的形状可以为圆柱体或长方体。其中，发射壳体13和接收壳体24均为均匀的形状，从而可以方便发射壳体13和接收壳体24的生产。具体地，当发射壳体13为正方体时，发射壳体13的边长可以为3
‑
5cm。当接收壳体24为长方体时，接收壳体24的底面为正方形，且边长为3cm，高为5cm；或者，接收壳体24为圆柱体时，圆柱体的直径为3cm，高为5cm。
37.如图1所示，第一反射镜12可以为半反半透镜，发射组件10还包括：指示光发射器14，指示光发射器14位于第一反射镜12的背侧，并且透射光线。指示光发射器14可以发出指示光33，指示光33和扫描激光32经过半反半透镜的调制可以形成合束光34，合束光34同时具有指示光33和扫描激光32的功能，从而使得合束光34在满足气体浓度测量的同时具有指示作用，便于用户寻找合束光34的光斑的位置，即能够快速确定探测点，这样使得气体探头100的探测效率高。优选的，指示光发射器14可以发出绿色或者红色的指示光33。
38.参照图1所示，光源11的出射方向和指示光发射器14的出射方向垂直，第一反射镜12相对光源11的出射方向倾斜45
°
。如此设置，使得光源11出射的扫描激光32在经过第一反射镜12的折射后与指示光发射器14的指示光33平行，并且在指示光33透过第一反射镜12后与扫描激光32形成为合束光34，从而使得合束光34具有指示光33和扫描激光32的功能。
39.此外，如图1所示，第二反射镜21和透镜22之间粘接有支撑柱25。通过支撑柱25将第二反射镜21和透镜22粘接在一起，从而可以方便第二反射镜21的固定。并且，支撑柱25通过粘接的方式连接在第二反射镜21和透镜22之间，可以方便第二反射镜21的固定，也不会对第二反射镜21和透镜22造成损伤。支撑柱25可以为石英柱，其可以通过粘接胶粘接在第二反射镜21和透镜22之间。
40.参照图1所示，第二反射镜21可以为直角反射棱镜，并且直角反射棱镜对应设置于透镜22的中心位置。如此设置，直角反射棱镜可以方便与支撑柱25粘接，而且可以提升直角反射棱镜与支撑柱25之间的连接稳定性。此外，直角反射棱镜设置在透镜22的中心位置，这样使得直角反射棱镜对反射光35的遮挡较少，即使得光电接收器23很好地收集反射光35，从而可以提升气体探头100的气体浓度的测量精度。
41.并且，光电接收器23的中心轴线穿设过透镜22的中心。如此设置，反射光35在经过透镜22的聚焦后聚焦在透镜22的中心轴线处，将光电接收器23的中心轴线穿设过透镜22的中心，使得反射光35可以聚焦在光电接收器23的光敏面上，从而可以实现光电接收器23的光信号的收集。
42.进一步地，光电接收器23设置在透镜22的焦点靠近透镜22的一侧，即光电接收器23与透镜22之间的距离小于透镜22的焦距，如此设置使得气体探头100不管在测量距离较远的反射物体31，或者是距离较近的反射物体31时，光电接收器23均可以很好的接收反射光35，从而可以方便光信号的收集。具体地，光电接收器23与透镜22之间的距离在4cm
‑
6cm之间。
43.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的
方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
45.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。