一种满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体的制作方法

本技术属于光学气体检测，特别是指一种满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体。

背景技术：

1、现有的光学气体传感器具有寿命长、精度高、抗中毒等优点，在气体检测领域广泛应用。光学腔体为光学气体传感器的核心部件，直接决定传感器的性能和外形尺寸。

2、随着在气体检测领域中对气体检测灵敏度要求的提高，依据lambert-beer定律，增加光学腔体的有效光程是一种有效可靠的方法。而在有限的空间内实现更长的光程，则需要光束在光学腔体内进行更多次的反射。

3、现有的长光程的光学腔体，具有检测灵敏度高的优点，但同时存在气体吸收易饱和的特性、其检测气体浓度范围较窄的技术问题。而能够检测全量程的光学腔体，又存在检测灵敏度较低的技术问题。

4、由于待测气体浓度的不确定性，要求光学气体传感器既要实现高灵敏度的检测精度，又要满足全量程的检测范围，而现有技术中的光学气体传感器无法同时满足高灵敏度的检测精度和全量程的检测范围。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，解决了现有光学气体传感器无法同时满足高灵敏度的检测精度和全量程的检测范围的技术问题。

2、本申请的技术方案为：

3、一种满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，包括设置有进气嘴和出气嘴的气室，所述气室内间隔设置有相互反射准直光束的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜上设置有与光纤准直器对应的准直光束射入孔、与第一探测器对应的准直光束射出孔，与所述第一反射镜或第二反射镜前一至五次反射的光束相对应设置有第二探测器。本技术方案提供了一种结构简单、性能稳定、长光程的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，包括腔体结构、光学结构、泵吸进出气结构及气体检测模组，所述腔体结构主要包括用于构造安装结构和检测空间的气室；所述光学结构主要包括第一反射镜和第二反射镜，光纤准直器射出的准直光束在第一反射镜和第二反射镜之间依次地往复反射，准直光束在第一反射镜和第二反射镜上每次的反射点位置均不相同；所述泵吸进出气结构用于待检气体的泵入和泵出，待检气体通过进气嘴进入腔体结构、通过出气嘴从腔体结构中排出；所述气体检测模组包括提供准直光束的光纤准直器、用于对腔体结构内低浓度待检气体进行高灵敏检测的第一探测器、用于对腔体结构内的待检气体进行全量程气体检测的第二探测器；本技术方案采用所述腔体结构、光学结构、泵吸进出气结构及气体检测模组，既能实现实现高灵敏度的检测精度，又能满足全量程的检测范围。

4、进一步地，所述第一探测器和第二探测器均设置在第一反射镜背离第二反射镜的一侧。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体优选的结构方式，即所述第一探测器和第二探测器设置在同一侧且位于第一反射镜的外侧。

5、或者，所述第一探测器和第二探测器均设置在第二反射镜背离第一反射镜的一侧。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体另一种优选的结构方式，即所述第一探测器和第二探测器设置在同一侧且位于第二反射镜的外侧。

6、或者，所述第一探测器设置在第一反射镜背离第二反射镜的一侧，所述第二探测器设置在第二反射镜背离第一反射镜的一侧。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体另一种优选的结构方式，即所述第一探测器、第二探测器分别设置在两侧，所述第一探测器位于第一反射镜的外侧，所述第二探测器位于所述第二反射镜的外侧。

7、进一步地，所述第一反射镜为平凹反射镜，所述第二反射镜为凹面反射镜。在上述技术方案的基础上，本技术方案提供了满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体一种优选的结构方式，光纤准直器射出的准直光束能够在第一反射镜上形成两圈反射光斑、在第二反射镜上形成一圈反射光斑。

8、进一步地，所述第一反射镜在直径d1区域内的曲率半径为r1、在直径d3与外径d1的环状区域内的曲率半径为r3，所述第二反射镜的曲率半径为r2、外径为d2，所述第一反射镜与第二反射镜之间的距离为d。

9、进一步地，所述气室的一端通过反射镜压圈安装第二反射镜、另一端通过端盖安装第一反射镜。

10、进一步地，所述气室的侧面设置有观察窗盖板，所述气室一端设置有环形的第一安装筒，所述反射镜压圈连接在安装筒的外部，所述第一安装筒的内壁设置有卡槽，所述第二反射镜定位在反射镜压圈与第一安装筒的卡槽之间。

11、进一步地，所述气室的另一端设置有环形的第二安装筒，所述端盖上设置有与第二安装筒套接的安装槽，所述第二安装筒的内壁设置有卡槽，所述第一反射镜定位在安装槽与第二安装筒的卡槽之间，所述第一反射镜与安装槽之间设置有橡胶垫片。

12、进一步地，所述端盖背离第一反射镜的一侧设置有安装腔，安装腔的开口处设置有信号处理板，所述第一探测器和第二探测器均连接在所述信号处理板的内侧，所述光纤准直器通过准直器固定座与信号处理板相连。

13、与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下技术效果：

14、本技术方案提供了一种结构简单、性能稳定、长光程的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，包括腔体结构、光学结构、泵吸进出气结构及气体检测模组，所述腔体结构主要包括用于构造安装结构和检测空间的气室；所述光学结构主要包括第一反射镜和第二反射镜，光纤准直器射出的准直光束在第一反射镜和第二反射镜之间依次地往复反射，准直光束在第一反射镜和第二反射镜上每次的反射点位置均不相同；所述泵吸进出气结构用于待检气体的泵入和泵出，待检气体通过进气嘴进入腔体结构、通过出气嘴从腔体结构中排出；所述气体检测模组包括提供准直光束的光纤准直器、用于对腔体结构内低浓度待检气体进行高灵敏检测的第一探测器、用于对腔体结构内的待检气体进行全量程气体检测的第二探测器；本技术方案采用所述腔体结构、光学结构、泵吸进出气结构及气体检测模组，既能实现实现高灵敏度的检测精度，又能满足全量程的检测范围。

技术特征：

1.一种满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，包括设置有进气嘴（5）和出气嘴（6）的气室气室（4），其特征在于：所述气室（4）内间隔设置有相互反射准直光束的第一反射镜（1）和第二反射镜（2），所述第一反射镜（1）上设置有与光纤准直器（13）对应的准直光束射入孔、与第一探测器（10）对应的准直光束射出孔，与所述第一反射镜（1）或第二反射镜（2）前一至五次反射的光束相对应设置有第二探测器（11）。

2.根据权利要求1所述的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，其特征在于：所述第一探测器（10）和第二探测器（11）均设置在第一反射镜（1）背离第二反射镜（2）的一侧。

3.根据权利要求1所述的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，其特征在于：所述第一探测器（10）和第二探测器（11）均设置在第二反射镜（2）背离第一反射镜（1）的一侧。

4.根据权利要求1所述的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，其特征在于：所述第一探测器（10）设置在第一反射镜（1）背离第二反射镜（2）的一侧，所述第二探测器（11）设置在第二反射镜（2）背离第一反射镜（1）的一侧。

5.根据权利要求1-4任一项所述的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，其特征在于：所述第一反射镜（1）为平凹反射镜，所述第二反射镜（2）为凹面反射镜。

6.根据权利要求5所述的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，其特征在于：所述第一反射镜（1）在直径d1区域内的曲率半径为r1、在直径d1与外径d3的环状区域内的曲率半径为r3，所述第二反射镜（2）的曲率半径为r2、外径为d2，所述第一反射镜（1）与第二反射镜（2）之间的距离为d。

7.根据权利要求2所述的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，其特征在于：所述气室（4）的一端通过反射镜压圈（7）安装第二反射镜（2）、另一端通过端盖（9）安装第一反射镜（1）。

8.根据权利要求7所述的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，其特征在于：所述气室（4）的侧面设置有观察窗盖板（3），所述气室（4）一端设置有环形的第一安装筒，所述反射镜压圈（7）连接在安装筒的外部，所述第一安装筒的内壁设置有卡槽，所述第二反射镜（2）定位在反射镜压圈（7）与第一安装筒的卡槽之间。

9.根据权利要求8所述的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，其特征在于：所述气室（4）的另一端设置有环形的第二安装筒，所述端盖（9）上设置有与第二安装筒套接的安装槽，所述第二安装筒的内壁设置有卡槽，所述第一反射镜（1）定位在安装槽与第二安装筒的卡槽之间，所述第一反射镜（1）与安装槽之间设置有橡胶垫片（8）。

10.根据权利要求9所述的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，其特征在于：所述端盖（9）背离第一反射镜（1）的一侧设置有安装腔，安装腔的开口处设置有信号处理板（14），所述第一探测器（10）和第二探测器（11）均连接在所述信号处理板（14）的内侧，所述光纤准直器（13）通过准直器固定座（12）与信号处理板（14）相连。

技术总结本技术公开了一种满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体，解决了现有光学气体传感器无法同时满足高灵敏度的检测精度和全量程的检测范围的技术问题。本技术包括腔体结构、光学结构、泵吸进出气结构及气体检测模组，具体包括设置有进气嘴和出气嘴的气室，所述气室内间隔设置有相互反射准直光束的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜上设置有与光纤准直器对应的准直光束射入孔、与第一探测器对应的准直光束射出孔，与所述第一反射镜或第二反射镜前三次反射的光束相对应设置有第二探测器。技术提供了一种结构简单、性能稳定、长光程的满足全量程高灵敏气体检测的微型光学腔体。技术研发人员：杨承霖,陈海永,杨清永,寇婷婷,赵占平,张延军,沈杰受保护的技术使用者：汉威科技集团股份有限公司技术研发日：20231030技术公布日：2024/7/25