專利名稱：一種采用激光探測室內(nèi)有害氣體濃度的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室內(nèi)有害氣體探測裝置，特別是涉及一種采用激光探測室內(nèi)有害氣體濃度的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前家庭裝修污染的一個(gè)重要內(nèi)容就是在家庭裝修和新家散發(fā)出大量有害氣體甲醛，甲醛的存在會(huì)對(duì)周圍的人的健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。由中國環(huán)境學(xué)會(huì)室內(nèi)環(huán)境分會(huì)在京召開的“甲醛離兒童白血病到底有多遠(yuǎn)”專題研討會(huì)披露，室內(nèi)的甲醛污染濃度超過1.0mg/m3時(shí)即可引起細(xì)胞突變和癌癥(包括白血病)，這也是常常導(dǎo)致兒童白血病主要元兇。
傳統(tǒng)的室內(nèi)有害氣體濃度測量裝置(發(fā)明專利號(hào)CN87209935)采用化學(xué)反應(yīng)法測量，讓室內(nèi)含有甲醛的氣體與裝置的氣敏元件中暴露在外面的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過一段時(shí)間后根據(jù)探測到的生成物的多少來判斷甲醛的濃度。這種裝置雖然原理簡單，但由于室內(nèi)有害氣體甲醛的量很小，因而反應(yīng)進(jìn)行得很慢，不僅測量時(shí)間很長，而且難以精確測量，同時(shí)反應(yīng)后的殘留物會(huì)影響到下一次測量的效果，進(jìn)一步降低測量精度，不利于連續(xù)測量，因而應(yīng)用有限。
應(yīng)用激光技術(shù)不僅可以快速測量室內(nèi)有害氣體濃度，而且可以獲得很高的靈敏度，本發(fā)明提供的一種將一束激光用半透半反鏡分成等強(qiáng)度的兩束，其中一束直接達(dá)到光電探測器作為比較光束，另一束經(jīng)過室內(nèi)有害氣體，被有害氣體充分吸收后達(dá)到光電探測器，兩個(gè)光電探測器探測到的強(qiáng)度之比即反映了室內(nèi)有害氣體的濃度。這樣，不僅測量精度高、而且顯著提高了測量速度，同時(shí)還消除了傳統(tǒng)方法中反應(yīng)殘留導(dǎo)致的測量精度下降的問題，而且結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的激光快速測量室內(nèi)有害氣體濃度裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有室內(nèi)有害氣體濃度探測裝置的缺點(diǎn)，從而提供一種將一束激光用半透半反鏡分成等強(qiáng)度的兩束，其中一束直接達(dá)到光電探測器作為比較光束，另一束經(jīng)過室內(nèi)有害氣體后達(dá)到光電探測器，兩個(gè)光電探測器探測到的強(qiáng)度之比即反映了室內(nèi)有害氣體的濃度。這樣，不僅消除了因氣敏元件上化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)殘留導(dǎo)致的測量誤差，而且結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的激光快速測量室內(nèi)有害氣體濃度裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的一種采用激光探測室內(nèi)有害氣體濃度的系統(tǒng)，包括激光器1、第一光電探測器6、第二光電探測器7和顯示器9；其特征是還包括比較電路8、分光鏡2和設(shè)置一氣體通道4；其中在所述的激光器1的輸出光路上設(shè)置一分光鏡2，分光鏡2輸出激光分成兩束，一束輸出光對(duì)準(zhǔn)所設(shè)置的氣體通道4的端口，在通過氣體通道4輸出的光路上設(shè)置第一光電探測器6，分光鏡2輸出的另一束光路上設(shè)置第二光電探測器7，第一光電探測器6、第二光電探測器7分別與比較電路8電連接，比較電路8與顯示器9電連接。
在上述的技術(shù)方案中，還包括一擴(kuò)束透鏡組3和一個(gè)凸透鏡5；在所述的分光鏡2和氣體通道4之間的光路上安置所述的擴(kuò)束透鏡組3，并在氣體通道4與第一光電探測器6的光路上安置所述的凸透鏡5。
在上述的技術(shù)方案中，所述的擴(kuò)束透鏡組3由兩個(gè)凸透鏡平行排列組成，第一凸透鏡的焦距是第二凸透鏡焦距的1/3，兩凸透鏡相距為第一凸透鏡鏡焦距的4倍。
在上述的技術(shù)方案中，所述的擴(kuò)束透鏡組3由一個(gè)凹透鏡，和設(shè)置在凹透鏡輸出光的光路上的凸透鏡平行排列組成，凹透鏡的焦距是凸透鏡焦距的1/3，凹透鏡與凹透鏡之間的距離為凹透鏡焦距的2倍。
在上述的技術(shù)方案中，所述的分光鏡可以鍍上與激光器發(fā)射波長相對(duì)應(yīng)的部分反射膜，也可以不鍍膜。
在上述的技術(shù)方案中，所述的第一光電探測器6或第二光電探測器7的響應(yīng)波長與激光器1發(fā)射波長相匹配。
所述的激光器是輸出波長為4.5微米的半導(dǎo)體激光器。
所述的分光鏡的材料包括石英、K9玻璃。
與傳統(tǒng)的室內(nèi)有害氣體濃度測量裝置相比，本裝置有如下優(yōu)點(diǎn)
1、測量速度顯著提高，本裝置在打開設(shè)備后0.1秒內(nèi)即可得到有害氣體濃度，比傳統(tǒng)裝置(約需10分鐘)提高了6000倍以上。
2、測量精度明顯提高，本裝置將一束激光分成等強(qiáng)度的兩束進(jìn)行對(duì)比活得有害氣體的濃度，徹底消除了傳統(tǒng)測量裝置里氣敏元件表面化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)殘留物導(dǎo)致的測量誤差，因而精度明顯提高。
3、可連續(xù)測量，由于本裝置不像傳統(tǒng)裝置那樣會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)殘留物，因而不存在會(huì)影響到下一次測量精度的問題，可連續(xù)快速測量。
4、性能穩(wěn)定、使用方便。


圖1是本發(fā)明的采用激光探測室內(nèi)有害氣體濃度的系統(tǒng)組成示意2是本發(fā)明的裝置另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意面說明1-激光器； 2-分光鏡； 3-擴(kuò)束透鏡組；4-氣體通道； 5-凸透鏡； 6-第一光電探測器；7-第二光電探測器； 8-比較電路； 9-顯示器；具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)施例選用發(fā)射波長為4.5微米的半導(dǎo)體激光器作為激光器1，出光功率約3～5mW；分光鏡2選用K9材料Ф15×2mm的平平鏡，不鍍膜；用金屬矩形筒作為氣體通道4，該氣體通道4通過室內(nèi)有害氣體，氣體通道4的口徑是400mm×100mm的矩形，其中通光長度為400mm；第一光電探測器6、第二光電探測器7選用硅光電池；比較電路8選用型號(hào)為LM393電壓比較器；顯示器9選用型號(hào)為S1-P111的LED觸控顯示器。
本實(shí)施例的采用激光探測室內(nèi)有害氣體濃度的系統(tǒng)的光路按照?qǐng)D1的光路制作，在激光器1的輸出光路上設(shè)置一分光鏡2，分光鏡2輸出激光分成兩束，一束輸出光的前方設(shè)置氣體通道4，該束輸出光對(duì)準(zhǔn)所設(shè)置的氣體通道4的端口，在通過氣體通道4輸出的光路上設(shè)置第一光電探測器6，分光鏡2輸出的另一束光路上設(shè)置第二光電探測器7，第一光電探測器6、第二光電探測器7分別與比較電路8電連接，比較電路8與顯示器9電連接；系統(tǒng)的光路和電路后設(shè)置好后，光電探測器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后發(fā)送到比較電路，比較電路進(jìn)行處理后將結(jié)果輸出到顯示器，LED觸控顯示器即可顯示該地的室內(nèi)有害氣體濃度。
實(shí)施例2本實(shí)施例的激光器1選用發(fā)射波長為4.5微米的半導(dǎo)體激光器，出光功率約3～5mW；分光鏡2選用K9材料Ф15×2mm的平平鏡，鍍上對(duì)4.5微米波長的半透半反膜；擴(kuò)束鏡3采用常見的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，將激光束擴(kuò)束3倍；用金屬矩形筒作為氣體通道4，該氣體通道4通過室內(nèi)有害氣體，氣體通道4的口徑是300mm×50mm的矩形，其中通光長度為300mm；第一光電探測器6、第二光電探測器7選用硅光電池；比較電路8選用型號(hào)為LM393雙電壓比較器；顯示器9選用型號(hào)為S1-P111的LED觸控顯示器。擴(kuò)束透鏡組3由兩個(gè)凸透鏡組成，第一凸透鏡的焦距是第二凸透鏡焦距的1/3，兩凸透鏡相距為第一凸透鏡鏡焦距的4倍。
再按照?qǐng)D2的光路制作一臺(tái)采用激光探測室內(nèi)有害氣體濃度的系統(tǒng)，進(jìn)行測量室內(nèi)有害氣體濃度，其中在激光器1的輸出光路上設(shè)置一分光鏡2，分光鏡2輸出激光分成兩束，一束輸出光的前方安置一擴(kuò)束透鏡組3，擴(kuò)束透鏡組3輸出光的前方設(shè)置氣體通道4，該束輸出光對(duì)準(zhǔn)所設(shè)置的氣體通道4的端口，在通過氣體通道4輸出的光路上設(shè)置第一光電探測器6，在氣體通道4與第一光電探測器6之間的光路上安置一個(gè)凸透鏡5；分光鏡2輸出的另一束光路上設(shè)置第二光電探測器7，第一光電探測器6、第二光電探測器7分別與比較電路8電連接，比較電路8與顯示器9電連接；系統(tǒng)的光路和電路后設(shè)置好后，光電探測器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后發(fā)送到比較電路，比較電路進(jìn)行處理后將結(jié)果輸出到顯示器，LED觸控顯示器即可顯示該地的室內(nèi)有害氣體濃度。
實(shí)施例3參照?qǐng)D2，按實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)制作一臺(tái)采用激光探測室內(nèi)有害氣體濃度的系統(tǒng)，與實(shí)施例2的區(qū)別在于擴(kuò)束透鏡組3由一個(gè)凹透鏡，和設(shè)置在凹透鏡輸出光的光路上的凸透鏡組成，凹透鏡的焦距是凸透鏡焦距的1/3，凹透鏡與凹透鏡之間的距離為凹透鏡焦距的2倍。
權(quán)利要求
1.一種采用激光探測室內(nèi)有害氣體濃度的系統(tǒng)，包括激光器(1)、第一光電探測器(6)、第二光電探測器(7)和顯示器(9)；其特征是還包括比較電路(8)、分光鏡(2)和設(shè)置一氣體通道(4)；其中在所述的激光器(1)的輸出光路上設(shè)置一分光鏡(2)，分光鏡(2)輸出激光分成兩束，一束輸出光對(duì)準(zhǔn)所設(shè)置的氣體通道(4)的端口，在通過氣體通道(4)輸出的光路上設(shè)置第一光電探測器(6)，分光鏡(2)輸出的另一束光路上設(shè)置第二光電探測器(7)，第一光電探測器(6)、第二光電探測器(7)分別與比較電路(8)電連接，比較電路(8)與顯示器(9)電連接。
2.按權(quán)利要求1所述的激光快速測量室內(nèi)有害氣體濃度裝置，其特征是還包括一擴(kuò)束透鏡組(3)和凸透鏡(5)；在所述的分光鏡(2)與所述的氣體通道(4)之間的光路上安置所述的擴(kuò)束透鏡組(3)，并在氣體通道(4)與所述的第一光電探測器(6)之間的光路上安置所述的凸透鏡(5)。
3.按權(quán)利要求2所述的激光快速測量室內(nèi)有害氣體濃度裝置，其特征是所述的擴(kuò)束透鏡組(3)由兩個(gè)凸透鏡平行排列組成，第一凸透鏡的焦距是第二凸透鏡焦距的1/3，兩凸透鏡相距為第一凸透鏡鏡焦距的4倍。
4.按權(quán)利要求2所述的激光快速測量室內(nèi)有害氣體濃度裝置，其特征是所述的擴(kuò)束透鏡組(3)由一個(gè)凹透鏡，和平行設(shè)置在凹透鏡輸出光的光路上的凸透鏡組成，凹透鏡的焦距是凸透鏡焦距的1/3，凹透鏡與凹透鏡之間的距離為凹透鏡焦距的2倍。
5.按權(quán)利要求1所述的激光快速測量室內(nèi)有害氣體濃度裝置，其特征是所述的激光器(1)為發(fā)射波長為4.5微米的半導(dǎo)體激光器。
6.按權(quán)利要求1所述激光快速測量室內(nèi)有害氣體濃度裝置，其特征是所述的分光鏡(2)還包括鍍上與激光器(1)發(fā)射波長相對(duì)應(yīng)的部分反射膜。
7.按權(quán)利要求1所述的激光快速測量室內(nèi)有害氣體濃度裝置，其特征是所述的第一光電探測器(6)或第二光電探測器(7)的響應(yīng)波長與激光器(1)發(fā)射波長相匹配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用激光探測室內(nèi)有害氣體濃度的系統(tǒng)，包括在激光器的輸出光路上設(shè)置一分光鏡，分光鏡輸出激光分成兩束，一束輸出光對(duì)準(zhǔn)所設(shè)置的室內(nèi)有害氣體通道的端口，在通過室內(nèi)有害氣體通道輸出的光路上設(shè)置第一光電探測器，分光鏡輸出的另一束光路上設(shè)置第二光電探測器，第一光電探測器、第二光電探測器分別與比較電路電連接，比較電路與顯示器電連接。本裝置通過采用擴(kuò)束和分光監(jiān)測的方式，克服了原有技術(shù)中采用化學(xué)反應(yīng)方式測量有害氣體濃度速度慢、而且反應(yīng)后的殘留物導(dǎo)致測量精度下降、成本高的缺陷。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高，可廣泛應(yīng)用于家室內(nèi)裝修公司、裝修家庭等單位。
文檔編號(hào)G01N21/31GK101074923SQ20061001191
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日
發(fā)明者林學(xué)春 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所