一种用于气体检测的自稳频光机组件及其组装方法和应用与流程

本发明属于气体检测，具体涉及一种用于气体检测的自稳频光机组件及其组装方法和应用。

背景技术：

1、tdlas技术(tunable diode laserabsorption spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)是基于可调谐二极管激光器，利用被测气体分子的“选频”特性，实现对被测气体特征的测量。气体分子对光波的“选频”特性规避了其他无关气体组分的交叉干扰，成为当前精准实时在线气体检测系统方案的优选，其响应速度快，测量下限低的特点，特别适用于诸如甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气、氨气、硫化氢等危险气体的测量。九十年代后期以来，基于tdlas技术的气体检测方案及设备大量涌现，在工业应用领域已经出现固定式测试系统、分布式测试系统、遥测式测试系统等多种测量方式。

2、现有针对tdlas技术实现气体在线检测的装置主要存在有以下技术问题：

3、(1)当前实时在线检测仪使用的全集成光机组件，不具备自稳频功能，在使用环境温度变化过程中由于激光器中心波长的漂移，会出现在线检测设备测量准确度低，甚至误报警的问题，此问题在煤矿等特殊工况场所会造成巨大的管理损失。

4、(2)当前实时在线检测仪使用的全集成光机组件基本均为胶粘固定机构，即激光器、探测器组件均为耦合后胶粘固定在气室上。该方式生产效率低，可靠性差。无法满足油气、腐蚀性气体等复杂工况使用。

5、(3)当前实时在线检测仪使用的全集成光机组件由于其内部诸多光学组件链路设计的不合理，造成光机组件内部光干涉严重，从而导致光机组件光噪声大，且随使用环境温度变化而变化，更无法通过算法滤除。因此导致实时在线检测仪在不同温度工况使用时零点经常漂移。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中测量准确度低、内部光干涉严重、无法满足复杂工况等问题。

2、为此，本发明提供了一种用于气体检测的自稳频光机组件，包括壳体，所述壳体上连接有激光器、第一检波探测器和用于光频自校准的参考探测器；所述壳体内设有检波气室；所述检波气室设有分光片，所述分光片位于激光器的出射光光路上；所述参考探测器位的检测端位于所述分光片分出的第一分光光路上；所述第一检波探测器的检测端位于所述分光片分出的第二分光光路上，且所述第二分光光路穿过所述检波气室。

3、具体的，上述用于气体检测的自稳频光机组件还包括激光器调节套管、检波探测器调节套管、参考探测器调节套管；所述激光器通过激光器调节套管耦合安装在所述壳体上；所述第一检波探测器通过所述检波探测器调节套管耦合安装在所述壳体上；所述参考探测器通过所述参考探测器调节套管耦合安装在所述壳体上。

4、具体的，所述激光器与所述激光器调节套管焊接；所述激光器调节套管与所述壳体焊接；所述第一检波探测器与所述检波探测器调节套管焊接；所述检波探测器调节套管与所述壳体焊接；所述参考探测器与所述参考探测器调节套管焊接；所述参考探测器调节套管与所述壳体焊接。

5、具体的，上述参考探测器包括第二检波探测器和参考气室；第二检波探测器的检测端设置在参考气室的出光口；所述参考气室的入光口和出光口均位于所述分光片分出的第一分光光路上。

6、具体的，上述检波气室内设有全反射装置；所述全反射装置位于所述分光片分出的第二分光光路上；所述第一检波探测器的检测端位于所述全反射装置的反射光光路上。

7、具体的，上述检波气室的出光口设有密封镜片。

8、具体的，上述分光片的入光面镀有半透半反介质膜，出光面镀有增透膜。

9、具体的，上述用于气体检测的自稳频光机组件还包括用于感应检波气室内温度和压力的温度压力传感器。

10、本发明还提供了上述用于气体检测的自稳频光机组件的组装方法，包括以下步骤：

11、s1、在检波气室的入光口封装分光片；

12、s2、将第一检波探测器安装在壳体对应位置，预固定；

13、s3、将激光器安装在壳体对应位置，对激光器和第一检波探测器进行链路光强线性度测试以及光噪声测试，耦合激光器方向，待第一检波探测器的响应度及光噪声合格后，将激光器固定在壳体上；

14、s4、将参考探测器安装在壳体对应位置，对激光器、第一检波探测器、参考探测器进行链路光强线性度测试以及光噪声测试，耦合参考探测器方向，待第一检波探测器和参考探测器的响应度及光噪声均合格后，将参考探测器固定在壳体上；

15、s5、调整第一检波探测器，进行链路光强线性度测试及光噪声测试，待其响应度及光噪声合格后，将第一检波探测器固定在壳体上。

16、本发明还提供了上述用于气体检测的自稳频光机组件的使用方法，包括以下步骤：

17、s1、将自稳频光机组件置于待测环境，启动激光器发射光束；

18、s2、根据参考探测器检测到的反射光束中心波长变化，控制激光器的温度；

19、s3、根据第一检波探测器检测到的光束光强吸收的变化判断检波气室内被测气体的浓度。

20、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

21、本发明提供的这种用于气体检测的自稳频光机组件在其光链路内使用分光片，一片两用。即作为扩散式检波气室的密封片，保证了参考光路、测量光路之间气体的完全隔离密封，不会因泄漏造成交叉干扰。又起到了分光作用，将激光器发射的激光束一分为二，一路光束出射到参考探测器内，实现对激光器的光频自校准；另一路光束出射到第一检波探测器完成气体浓度检测功能。杜绝了在使用环境温度变化过程中因激光器中心波长的漂移，而出现的在线检测设备测量准确度低，甚至误报警的问题。此外，增加了调节套管，激光器、参考探测器、第一检波探测器均可借助套管，与壳体相应安装孔进行xyz三维耦合调节。当调节好后，可通过激光穿透焊接和激光搭接焊接进行固定。提高了生产效率，增强了产品可靠性，满足了更多油气、腐蚀性气体等复杂工况使用。

22、本发明提供的用于气体检测的自稳频光机组件的组装方法创新地使用有源链路光噪声耦合调整工艺，进行可视化调整。最大限度地降低了自稳频光机组件内因光干涉严重导致的光机组件光噪声大，且随使用环境温度变化而变化，使得实时在线检测仪在不同温度工况使用时零点经常漂移的问题。

23、以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种用于气体检测的自稳频光机组件，包括壳体，其特征在于：所述壳体上连接有激光器、第一检波探测器和用于光频自校准的参考探测器；所述壳体内设有检波气室；所述检波气室设有分光片，所述分光片位于激光器的出射光光路上；所述参考探测器位的检测端位于所述分光片分出的第一分光光路上；所述第一检波探测器的检测端位于所述分光片分出的第二分光光路上，且所述第二分光光路穿过所述检波气室。

2.如权利要求1所述用于气体检测的自稳频光机组件，其特征在于：还包括激光器调节套管、检波探测器调节套管、参考探测器调节套管；所述激光器通过激光器调节套管耦合安装在所述壳体上；所述第一检波探测器通过所述检波探测器调节套管耦合安装在所述壳体上；所述参考探测器通过所述参考探测器调节套管耦合安装在所述壳体上。

3.如权利要求2所述用于气体检测的自稳频光机组件，其特征在于：所述激光器与所述激光器调节套管焊接；所述激光器调节套管与所述壳体焊接；所述第一检波探测器与所述检波探测器调节套管焊接；所述检波探测器调节套管与所述壳体焊接；所述参考探测器与所述参考探测器调节套管焊接；所述参考探测器调节套管与所述壳体焊接。

4.如权利要求1所述用于气体检测的自稳频光机组件，其特征在于：所述参考探测器包括第二检波探测器和参考气室；第二检波探测器的检测端设置在参考气室的出光口；所述参考气室的入光口和出光口均位于所述分光片分出的第一分光光路上。

5.如权利要求1所述用于气体检测的自稳频光机组件，其特征在于：所述检波气室内设有全反射装置；所述全反射装置位于所述分光片分出的第二分光光路上；所述第一检波探测器的检测端位于所述全反射装置的反射光光路上。

6.如权利要求1所述用于气体检测的自稳频光机组件，其特征在于：所述检波气室的出光口设有密封镜片。

7.如权利要求1所述用于气体检测的自稳频光机组件，其特征在于：所述分光片的入光面镀有半透半反介质膜，出光面镀有增透膜。

8.如权利要求1所述用于气体检测的自稳频光机组件，其特征在于：还包括用于感应检波气室内温度和压力的温度压力传感器。

9.如权利要求1-8任意一项所述用于气体检测的自稳频光机组件的组装方法，其特征在于，包括以步骤：

10.如权利要求1-8任意一项所述用于气体检测的自稳频光机组件的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于气体检测技术领域，提供了一种用于气体检测的自稳频光机组件，包括壳体，壳体上连接有激光器、第一检波探测器和参考探测器；壳体内设有检波气室；检波气室设有分光片，所述分光片位于激光器的出射光光路上；参考探测器位的检测端位于分光片分出的第一分光光路上；第一检波探测器的检测端位于分光片分出的第二分光光路上，且第二分光光路穿过所述检波气室。该光机组件使用分光片不仅保证了参考、测量光路之间气体的隔离密封，还实现了对激光器的光频自校准。此外，通过调节套管实现焊接固定，满足复杂工况使用。本发明还提供了光机组件的组装方法，使用有源光干涉链路耦合调整工艺，降低光机组件内光干涉严重，光噪声大的问题。技术研发人员：卢稷臣,王欢,李锟受保护的技术使用者：武汉市翎澜光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29