[发明专利]一种非成像光学传感器及气体探测装置

说明书

本申请适用于气体探测技术领域，提供一种非成像光学传感器及气体探测装置。本申请实施例通过使光源发出的光信号经光纤阵列的圆周光纤传输至色散准直聚焦透镜，经色散准直聚焦透镜准直后在气室内的待测气体中传输，再经回溯发射镜反射回气室内，并再次在待测气体中传输，得到带有待测气体的吸收光谱信息的光信号，使得带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中特定波长的光信号经色散准直聚焦透镜聚焦至圆周光纤，带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中非特定波长的光信号经色散准直聚焦透镜离焦至光纤阵列的中心光纤、从中心光纤输出，可以获得除特定波长的光信号之外的其他非特定波长的光信号，以满足宽光谱探测装置的需要，应用广泛且成本低。

技术领域

本申请属于气体探测技术领域，尤其涉及一种非成像光学传感器及气体探测装置。

背景技术

气体探测技术主要应用于煤炭、石油化工、电力、冶金、市政工程等有可能出现易燃易爆及污染气体泄露、对人民生命财产安全和健康产生重大威胁的领域。现有的气体探测器通常采用成像光学系统，成像光学系统使用的准直和聚焦透镜由于材料的色散具有色差，只能够实现对特定波长的光信号的良好成像，其他波长的光信号经过成像光学系统会发生离焦，产生较大的耦合损耗，应用范围受限。在成像光学系统中采用消色差透镜虽然可以解决离焦问题，但是会增加成本。

申请内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种非成像光学传感器及气体探测装置，以解决现有气体探测器通常采用成像光学系统，只能够实现对特定波长的光信号的良好成像，其他波长的光信号经过成像光学系统会发生离焦，产生较大的耦合损耗，应用范围较小，在成像光学系统中采用消色差透镜虽然可以解决离焦问题，但是会增加成本的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种非成像光学传感器，其包括：

一个封装有待测气体的气室；

光纤阵列，包括中心光纤以及围绕中心光纤的圆周排布的若干圆周光纤，所述圆周光纤的远端连接光源；

一个色散准直聚焦透镜，设置于所述气室的一侧，所述色散准直聚焦透镜具有第一焦平面和第二焦平面，所述第一焦平面位于所述光纤阵列的近端；

一个回溯反射镜，设置于所述气室；

所述光源发出的光信号经所述圆周光纤传输至所述色散准直聚焦透镜，经所述色散准直聚焦透镜准直后在所述气室内的待测气体中传输，再经所述回溯发射镜反射回所述气室内，并再次在待测气体中传输，得到带有待测气体的吸收光谱信息的光信号，所述带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中特定波长的光信号经所述色散准直聚焦透镜聚焦至所述圆周光纤，所述带有待测气体的吸收光谱信息的光信号中非特定波长的光信号经所述色散准直聚焦透镜离焦至所述中心光纤、从所述中心光纤输出。

在一个实施例中，所述回溯反射镜为凹面反射镜或平凸反射镜，所述回溯反射镜设置于所述气室的另一侧且所述回溯反射镜的反射面朝向所述色散准直聚焦透镜。

在一个实施例中，所述色散准直聚焦透镜与所述回溯反射镜之间的距离为f1+L2±误差；

其中，f1为所述色散准直聚焦透镜的焦距，所述焦距等于所述色散准直聚焦透镜到所述第二焦平面的距离，L2为所述回溯反射镜的回溯距离，所述回溯距离等于所述回溯反射镜到所述第二焦平面的距离；

所述回溯反射镜为凹面反射镜时，所述回溯距离等于所述凹面反射镜的曲率半径R；

所述回溯反射镜为平凸反射镜时，所述回溯距离等于所述平凸反射镜的焦距f2。

在一个实施例中，所述非成像光学传感器还包括次反射镜，所述次反射镜设置于所述气室的另一侧且所述次反射镜的反射面朝向所述色散准直聚焦透镜；