[发明专利]一种基于多点反射螺旋光路的气体传感器探头及检测装置

说明书

本公开提供了一种基于多点反射螺旋光路的气体传感器探头及检测装置,包括光源模块、螺旋光路模块和探测器模块，所述光源模块用于发出平行光信号，所述螺旋光路模块包括多个反射镜和多条直线光路，每条直线光路和它相邻的直线光路以一定角度首尾连通并向内呈螺旋状，两条相邻的直线光路之间可拆卸的固定有至少一个反射镜，所述螺旋光路模块用于增加光信号的光程长度，所述光信号经螺旋光路模块后进入探测器模块转换为电信号，本实施例所述的多点反射螺旋光路的设计不但在减小了传感器探头吸收池的容积而且增加了测量光程，同时也极大的提高了光路的稳定性和可靠行，在减少生产中的调试难度的同时，降低了生产加工成本。

技术领域

本公开涉及激光光谱气体传感器技术领域，特别是涉及一种基于多点反射螺旋光路的气体传感器探头。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

近年来，利用红外激光光谱吸收原理来测量气体成分和浓度的光电测量仪器正在朝着高灵敏度，全量程，小体积，低成本的方向发展，以满足日益增长的环境安全检测和生产安全监测的要求。可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术利用了半导体激光器的可调谐、光谱窄线宽的特性,通过在被检测气体在光谱吸收峰处调谐激光波长方法，使激光波长可以精确地对准被测气体的吸收峰，实现对气体浓度的快速检测，同时，也避免了其它气体对测量的干扰。利用先进的数字信号处理技术，使这类传感器能够对被测气体浓度进行连续地测量,新型气体传感器同时具有自动诊断和自校正的功能，从而使这些激光光谱气体传感器能够广泛的应用到不同的生产过程和安全防范领域。

在实际工程应用中，用户常常需要在满足测量精度的前提下，要求尽量减少气体传感器探头的外形尺寸，在红外激光光谱吸收气体传感器探头中，体积最大的器件之一就是气体传感器的气室或气体吸收池，气体传感器的气室是由激光源和探测器之间的空间构成，由于激光光束在气室的测量光程长度和测量精度成正比，高精度的气体传感器则需要比较长的测量光程，而较长的测量光程会使得气室变长，导致传感器探头尺寸增大。因此，在传感器探头的尺寸受到限制的情况下，为了提高测量光程总长度，通常采用多个镜面或反射镜将光路在气室里经过多次反射，从而达到增加测量光程长度，并减小了气室体积以及传感探头的尺寸的目的。例如，在专利申请CN2017114551770中采用了带有四个通孔的光路模块，通过三个反射镜将四个通孔中的光束反射而形成一个“菱形光路的测量光路”，减小了传感探头的尺寸；在专利申请CN106908412A中采用了带有两个反射镜的光路模块，通过两个反射镜改变光路，使得相同体积下的气室光程增加了一倍以上，也同样达到了减小了传感探头的尺寸的目的，但是这些测量气室光路的主要问题是测量光程相对较短，当用在一些需要较长测量光程的气体(如CO)的测量时，其测量精度难以提高。

因此，本公开发明人认为目前亟待解决的问题如下：(1)气体传感器探头的小型化发展趋势使得气室进一步减小，进而导致测量光程进一步减小，无法提高测量精度；(2)组合式的光路设计每次使用都需要进行光路调整，无法保证光路的稳定性和准确性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于多点反射螺旋光路的气体传感器探头及检测装置，在气体传感器探头的外形尺寸一定的情况下下，增加了测量光程总长度，从而极大的提高了气体浓度测量精度，通过将螺旋光路嵌入在一个完整的金属或合成材料块体中，极大的减少各个元件相对位置的变化的可能性，提高光路系统的稳定性和准确性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供了一种基于多点反射螺旋光路的气体传感器探头；