[发明专利]痕量气体传感器光路系统及气室

说明书

技术领域

本发明属于光纤气体传感器技术领域，具体涉及一种痕量气体传感器光路系统，同时还涉及一种痕量气体传感器气室。

背景技术

光纤气体传感器是20世纪八十年代后期出现的一种新型气体传感器，具有测量灵敏度高、气体鉴别能力强、响应快等特点，对温度、湿度等环境干扰的抵抗能力强，是最有前途的一种光纤气体传感器。光纤气体传感器的传感部件为吸收气室，其设计直接关系到整个光纤气体传感器的体积和坚持测灵敏度。

基于气体吸收原理的光学气体传感器都遵循比尔朗伯定律，即当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度与吸光物质的浓度计吸收层的厚度成正比。也就是说，气体对定常波长的光的吸收率取决于光程长度和气体浓度；只要有足够的吸收光程，就可以测量到极为微小浓度(痕量)气体的吸收信号，进而推算知气体浓度。理论上，如果要达到PPM级的探测能力，需要的吸收光程长度往往达到数米至数十米。由于现场环境及检测设备的限制，采用通常的对射式光路是不现实的，难以满足在线测试的要求，因此需要一种满足较长光路又体积较小的光路系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种满足较长光路又体积较小的痕量气体传感器光路系统。

本发明的第二个目的是提供一种痕量气体传感器气室。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

痕量气体传感器光路系统，包括入射光纤准直器、出射光纤准直器、前反射镜和后反射镜，所述前反射镜和后反射镜均为凹球面反射镜，且前反射镜与后反射镜的凹球面相对设置；所述前反射镜的镜面上设有两个平行的通孔，分别为入射通孔和出射通孔；所述入射光纤准直器、出射光纤准直器分别与所述入射通孔、出射通孔同轴，且设置在前反射镜远离后反射镜的外侧，用于使入射光纤准直器发射的光束通过前反射镜上的入射通孔射向后反射镜，在前后反射镜之间经数次反射后，通过前反射镜上的出射通孔经出射光纤准直器射出。

所述前反射镜与后反射镜的凹球面上均镀设有高反射率膜层。

所述前反射镜与后反射镜同光轴设置。

所述入射通孔与出射通孔以前反射镜的光轴为对称轴对称设置。

痕量气体传感器气室，包括由前端面、后端面和侧壁围设形成的用于气体吸收的吸收腔室，所述前端面、后端面上分别安装有前反射镜、后反射镜，所述前反射镜和后反射镜均为凹球面反射镜，且凹球面相对设置；所述前反射镜的镜面上设有两个平行的通孔，分别为入射通孔和出射通孔；所述前反射镜远离后反射镜的外侧设有准直器支架，所述准直器支架上设有入射光纤准直器和出射光纤准直器，所述入射光纤准直器、出射光纤准直器分别与所述入射通孔、出射通孔同轴设置，用于使入射光纤准直器发射的光束通过前反射镜上的入射通孔射向后反射镜，在所述吸收腔室内、前后反射镜之间经数次反射后，通过前反射镜上的出射通孔经出射光纤准直器射出。

所述前反射镜与后反射镜的凹球面上均镀设有高反射率膜层。

所述前反射镜与后反射镜同光轴设置。

所述入射通孔与出射通孔以前反射镜的光轴为对称轴对称设置。

本发明的痕量气体传感器光路系统，采用两个凹球面相对设置的凹球面反射镜，且前反射镜的镜面上设有两个平行的通孔，入射光纤准直器发射的光束通过前反射镜上的入射通孔射向后反射镜，光束前后反射镜之间经数次反射后，通过前反射镜上的出射通孔经出射光纤准直器耦合射出；光束在前后反射镜之间多次反射，在有限空间内达到非常大的吸收光程，满足光纤在线检测的要求，适用于结构紧凑、精确探测痕量气体的光纤气体传感器。

本发明的痕量气体传感器气室，在吸收腔室的前后端面上分别设置凹球面相对设置的凹球面反射镜，且前反射镜的镜面上设有两个平行的通孔，入射光纤准直器发射的光束通过前反射镜上的入射通孔进入吸收腔室射向后反射镜，光束在所述吸收腔室内、前后反射镜之间经数次反射后，通过前反射镜上的出射通孔经出射光纤准直器耦合射出；光束在前后反射镜之间多次反射，在吸收腔室内的有限空间内达到非常大的吸收光程，使其可探测多种痕量气体的种类和浓度；该种气室具有较长的光程，满足光纤在线检测的要求，减小了光纤气体传感器的体积，提高了气体检测的灵敏度和精确度，使光纤气体传感器结构紧凑，能对痕量气体实现精确探测；采用光纤准直器耦合出入光束，便于现场安装使用，易于组网，适合推广应用。

附图说明

图1为实施例1的痕量气体传感器光路系统的结构示意图；

图2为实施例1的痕量气体传感器光路系统中光束在前后反射镜之间的光路示意图；