一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氣體濃度探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，適用于對在中紅外波段存在吸收峰的氣體濃度進(jìn)行探測。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，基于紅外吸收式的氣體濃度探測裝置，大多選擇近紅外波段的紅外光對氣體濃度進(jìn)行探測，而很少選擇中紅外波段的紅外光，這是由于中紅外光光源產(chǎn)生的光強(qiáng)較低，從而使得光電信號微弱易受干擾。但是，在工業(yè)領(lǐng)域使用的某些氣體，特別是在航空航天領(lǐng)域使用的含氟滅火劑(例如Halonl301，HFC-125等)，這些氣體的特征吸收峰僅存在于中紅外波段，因此，使用紅外吸收法對這些氣體的探測將受到限制。
[0003]在基于紅外吸收式氣體濃度探測裝置中，其內(nèi)部光路一般都采用平面鏡和多次反射氣室對紅外光線進(jìn)行反射；由于中紅外光光源產(chǎn)生的光強(qiáng)較低，如果采用現(xiàn)有的反射方法對中紅外光線進(jìn)行反射，其光強(qiáng)會有所損失，從而只有少部分的中紅外光通過待測氣體并射入測量探測器中；同時，由于光電信號微弱，直接將測量探測器輸出的信號進(jìn)行放大轉(zhuǎn)化難以將其中的干擾信號濾除，因此降低了測量探測器的測量精度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，用于對混合氣體中在中紅外波段內(nèi)具有吸收峰的待測氣體進(jìn)行濃度探測，其具有較高的測量精度。
[0005]本實(shí)用新型提出的一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，包括:紅外光源、橢球面反射鏡、光圈、斬波器、第一拋物面反射鏡、紅外氣體吸收池、第二拋物面反射鏡、紅外濾光片、紅外探測器、外殼、處理模塊；
[0006]其中，紅外光源、橢球面反射鏡、光圈、斬波器、第一拋物面反射鏡、紅外氣體吸收池、第二拋物面反射鏡、紅外濾光片、紅外探測器安裝在外殼中；
[0007]紅外光源發(fā)射紅外光并照射到橢球面反射鏡上；橢球面反射鏡對紅外光進(jìn)行反射后匯聚成第一紅外光束，光圈和斬波器設(shè)在橢球面反射鏡與第一拋物面反射鏡之間分別對第一紅外光束進(jìn)行束光和調(diào)制；第一拋物面反射鏡對束光和調(diào)制后的第一紅外光束進(jìn)行反射后形成平行的第二紅外光束，紅外氣體吸收池設(shè)在第一拋物面反射鏡和第二拋物面反射鏡之間，第二紅外光束通過紅外氣體吸收池中流經(jīng)的混合氣體進(jìn)行紅外吸收；第二拋物面反射鏡對紅外吸收后的第二紅外光束進(jìn)行反射后匯聚成第三紅外光束，紅外濾光片設(shè)在第二拋物面反射鏡與紅外探測器之間對第三紅外光束進(jìn)行濾波，紅外探測器接收濾波后的第三紅外光束；處理模塊與斬波器和紅外探測器連接。
[0008]在具體實(shí)施例中，紅外光源的發(fā)光點(diǎn)位于橢球面反射鏡的一個焦點(diǎn)位置；優(yōu)選地，在橢球面反射鏡的橢球內(nèi)表面鍍有金膜。
[0009]在具體實(shí)施例中，第一紅外光束的匯聚點(diǎn)位于第一拋物面反射鏡的焦點(diǎn)；優(yōu)選地，第一紅外光束的中心軸與第一拋物面反射鏡的光軸重合；優(yōu)選地，第一拋物面反射鏡的離軸角為90°，在其內(nèi)表面鍍有金膜。
[0010]在具體實(shí)施例中，光圈和斬波器位于第一紅外光束的中心軸上；優(yōu)選地，光圈為光束通過大小可調(diào)的可調(diào)光圈。
[0011]在具體實(shí)施例中，第二紅外光束的中心軸與第二拋物面反射鏡的光軸垂直；優(yōu)選地，第二拋物面反射鏡的離軸角為90°，在其內(nèi)表面鍍有金膜。
[0012]在具體實(shí)施例中，第二紅外光束沿著紅外氣體吸收池的中心軸通過；優(yōu)選地，第二紅外光束的中心軸與紅外氣體吸收池的中心軸重合；
[0013]優(yōu)選地，紅外氣體吸收池包括筒體，在筒體兩端分別密封設(shè)有紅外窗片，在筒體內(nèi)部設(shè)有供混合氣體流動的進(jìn)氣支管和出氣支管；優(yōu)選地，筒體、進(jìn)氣支管和出氣支管為有機(jī)玻璃管；優(yōu)選地，紅外窗片為氟化鋇窗片、氟化鈣窗片等。
[0014]在具體實(shí)施例中，第三紅外光束的匯聚點(diǎn)位于紅外探測器的探測窗口上；優(yōu)選地，第三紅外光束的中心軸與第二拋物面反射鏡的光軸重合；優(yōu)選地，紅外探測器的探測窗口與第二拋物面反射鏡的光軸垂直；優(yōu)選地，紅外濾光片與紅外探測器的探測窗口平行安裝，優(yōu)選地，紅外濾光片安裝在紅外探測器上并位于探測窗口前端。
[0015]在具體實(shí)施例中，在外殼上設(shè)有氣體進(jìn)口、氣體出口、光源供電接口、斬波器控制接口、紅外探測器控制接口，氣體進(jìn)口與氣體出口分別與紅外氣體吸收池的進(jìn)氣支管和出氣支管連接，光源供電接口與紅外光源連接，斬波器控制接口與斬波器連接，紅外探測器控制接口與紅外探測器控制接口連接；
[0016]優(yōu)選地，殼體米用長方體結(jié)構(gòu)，橢球面反射鏡、光圈、斬波器、第一拋物面反射鏡安裝在殼體的第一側(cè)，第一拋物面反射鏡、紅外氣體吸收池、第二拋物面反射鏡安裝在殼體的第二側(cè)，第二拋物面反射鏡、紅外濾光片、紅外探測器安裝在殼體的第三側(cè)，其中在殼體中第一側(cè)和第三側(cè)相對布置。
[0017]在本實(shí)用新型中，紅外光經(jīng)過橢球面反射鏡、第一拋物面反射鏡、第二拋物面反射鏡三次反射后進(jìn)入紅外探測器中，通過斬波器對紅外光進(jìn)行調(diào)制處理并輸出調(diào)制信號，通過紅外探測器進(jìn)行探測輸出探測信號，根據(jù)調(diào)制信號和探測信號進(jìn)行運(yùn)算得到輸出電壓，再根據(jù)輸出電壓計(jì)算得到混合氣體中待測氣體濃度；在應(yīng)用過程中，可以對混合氣體中在中紅外波段內(nèi)具有吸收峰的待測氣體進(jìn)行濃度探測，其具有測量精度高、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提出的一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提出的一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1和圖2所示，圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提出的一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提出的一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]參照圖1和圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例提出的一種中紅外吸收式氣體濃度探測裝置，包括:紅外光源1、橢球面反射鏡2、光圈3、斬波器4、第一拋物面反射鏡5、紅外氣體吸收池6、第二拋物面反射鏡7、紅外濾光片8、紅外探測器9、處理模塊、外殼10，其中:
[0022]紅外光源1用于發(fā)射紅外光并照射到橢球面反射鏡2上，紅外光源1的發(fā)光點(diǎn)位于橢球面反射鏡2的一個焦點(diǎn)位置；
[0023]橢球面反射鏡2用于對紅外光進(jìn)行反射后匯聚成第一紅外光束，第一紅外光束的匯聚點(diǎn)位于第一拋物面反射鏡5的焦點(diǎn)，第一紅外光束的中心軸與第一拋物面反射鏡5的光軸重合；
[0024]光圈3和斬波器4設(shè)在橢球面反射鏡2與第一拋物面反射鏡5之間并位于第一紅外光束的中心軸上，第一紅外光束先后通過光圈3和斬波器4后照射到第一拋物面反射鏡5上，光圈3用于對第一紅外光束進(jìn)行束光以限制通過光束的大小，為了方便調(diào)節(jié)光束大小光圈3可以采用光束通過大小可調(diào)的可調(diào)光圈，斬波器4用于對束光后的第一紅外光束進(jìn)行調(diào)制處理得到交變光束并輸出調(diào)制信號；
[0025]第一拋物面反射鏡5用于對束光和調(diào)制后的第一紅外光束進(jìn)行反射后形成平行的第二紅外光束，第二紅外光束的中心軸與第二拋物面反射鏡7的光軸垂直；
[0026]紅外氣體吸收池6設(shè)在第一拋物面反射鏡5和第二拋物面反射鏡7之間，混合氣體在紅外氣體吸收池6中流動，第二紅外光束沿著紅外氣體吸收池6的中心軸通過紅外氣體吸收池6后照射到第二拋物面反射鏡7上，第二紅外光束的中心軸與紅外氣體吸收池6的中心軸重合；在第二紅外光束通過紅外氣體吸收池的過程中，混合氣體中的待測氣體對第二紅外光束中預(yù)定波長范圍的中紅外光進(jìn)行吸收，例如，中紅外光的波長范圍在5-25 μπι之間；
[0027]第二拋物面反射鏡7用于對紅外吸收后的第二紅外光束進(jìn)行反射后匯聚成第三紅外光束，第三紅外光束的匯聚點(diǎn)位于紅外探測器9的探測窗口上，第三紅外光束的中心軸與第二拋物面反射鏡7的光軸重合；
[0028]紅外濾光片8設(shè)在第二拋物面反射鏡7與紅外探測器9之間，紅外探測器9的探測窗口與第二拋物面反射鏡7的光軸垂直，紅外濾光片8與紅外探測器9的探測窗口平行安裝，可以將紅外濾光片8地安裝在紅外探測器9上并位于探測窗口前端；紅外濾光片8允許具有預(yù)定波長范圍的中紅外光透過，第三紅外光束通過紅外濾光片8進(jìn)行濾波后照射到紅外探測器9中，紅外探測器9用于對通過紅外濾光片8濾波后的第三紅外光束進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換處理并輸出探測信號；
[0029]處理模塊與斬波器4和紅外探測器9連接，處理模塊用于根據(jù)調(diào)制信號和探測信號進(jìn)行鎖相放大運(yùn)算得到紅外探測器的輸出電壓It，再根據(jù)標(biāo)定得到的待測氣體濃度與輸出電壓It的對應(yīng)關(guān)系，計(jì)算得到混合氣體中待測氣體濃度；
[0030]在計(jì)算過程中需要對待測氣體濃度與輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，當(dāng)紅外光束照射紅外氣體吸收池的混合氣體時，待測氣體對紅外光束中預(yù)定波長范圍的中紅外光進(jìn)行吸收，吸收之后該預(yù)設(shè)波長范圍的中紅外光光強(qiáng)降低；在具體標(biāo)定過程中，當(dāng)待測氣體濃度為0時，紅外探測器接收到光強(qiáng)為10，當(dāng)待測氣體濃度為t > 0時，紅外探測器接收到光強(qiáng)為It，其中10，It由紅外探測器探測并轉(zhuǎn)化為電壓信號，這樣ΙΟ/It的比值與待測氣體濃度C具有一一對應(yīng)關(guān)系。在氣體濃度計(jì)算過程中，基于ΙΟ/It的比值與待測氣體濃度C的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)紅外探測器的輸出電壓It就可以獲得待測氣體的濃度。
[0031]紅外光源1、橢球面反射鏡2、光圈3、斬波器4、第一拋物面反射鏡5、紅外氣體吸收池6、第二拋物面反射鏡7、紅外濾光片8、紅外探測器9都安裝在外殼10中，在外殼10上設(shè)有氣體進(jìn)口 11、氣體出口 12、光源供電接口 13、斬波器控制接口 14、紅外探測器控制接口15，氣體進(jìn)口 11與氣體出口 12分別與紅外氣體吸收池6的進(jìn)氣支管和出氣支管連接，光源供電接口 13與紅外光源1連接，斬波器控制接口 14與斬波器4連接，紅外探測器控制接口15與紅外探測器控制接口 15連接。
[0032]在中紅外吸收式氣體濃度探測裝置中，參照圖1，根據(jù)光線反射原理和結(jié)構(gòu)布置要求，殼體10采用長方體結(jié)構(gòu)，紅外光源1設(shè)在橢球面反射鏡2的一個焦點(diǎn)位置，橢球面反射鏡2、光圈3、斬波器4