CN109406428A - 一种基于积分球多次反射的气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于积分球多次反射的气体检测装置，包括积分球、入光光纤、光电探测器和透明气室，积分球包括第一半球和第二半球，第一半球上设有第一出气口、入光口和出光口，入光口处设有第一透镜，出光口处设有第二透镜；第二半球上设有第一进气口；入光光纤一端与第一透镜相连，另一端连接有光源；光电探测器设于积分球的外侧，其入光端与积分球上的出光口相连；透明气室设于积分球内，且透明气室上设有第二进气口和第二出气口，第二进气口与积分球上的第一进气口连通；第二出气口与积分球上的第一出气口连通。本发明中，光线在积分球内部多次反射后经过气室被气体吸收，由于气体是独立于积分球储存在气室中的，因而可以防止积分球被气体污染腐蚀。
Description
技术领域
本发明属于气体分析技术领域，具体涉及一种基于积分球多次反射的气体检测装置。
背景技术
当将连续波长的光打到某种气体上时，气体会吸收一些特定波长的光，从而减弱光束的强度，将此光束拓展到光谱上，就形成了这种物质的吸收光谱。基于Lambert-Beer定律，可以利用透过气体后的光强衰减程度直接反演出气体的浓度。光源经过被测气体的光程越长，所测气体浓度数据越精确。传统的多次反射长光程气体吸收池主要有赫里奥特池和怀特池。赫里奥特池由两块相同的球形镜片组成的共轴谐振腔结构，光束从其中一个镜片上的小孔进入，在经过特定的来回反射后，从相同的小孔出射，通过调节镜片之间的间离，
可在镜片上实现不同的光斑分布，得到不同的光程。怀特池包括两块半圆形物镜与第三块场镜近共焦排列，光束从场镜的一侧进入，从另外一侧出射，通过改变物镜的切斜角度，可以实现不同的光斑分布，得到不同的光程。这两种气体吸收池已经得到广泛应用，但是二者均存在面型加工精度较高以及造价比较昂贵的问题，同时，由于二者均是直接与被测气体接触的，若被所测气体腐蚀污染，则需要整体更换，从而造成应用成本的增加。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于积分球多次反射的气体检测装置，光线在积分球内部多次反射后经过气室被气体吸收，由于气体是独立于积分球储存在气室中的，因而可以防止积分球被气体污染腐蚀，降低应用成本。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于积分球多次反射的气体检测装置，包括：
积分球，所述积分球包括相对设置的第一半球和第二半球，所述第一半球上设有第一出气口、入光口和出光口，所述入光口处设有第一透镜，所述出光口处设有第二透镜；所述第二半球上设有第一进气口；
入光光纤，所述入光光纤一端设于所述第一半球上的入光口处，且与所述第一透镜相连，另一端连接有光源；
光电探测器，所述光电探测器设于所述积分球的外侧，其入光端与所述积分球上的出光口相连；
透明气室，所述透明气室设于所述积分球内，且所述透明气室上设有第二进气口和第二出气口，所述第二进气口与所述积分球上的第一进气口连通；所述第二出气口与所述积分球上的第一出气口连通。
优选地，所述基于积分球多次反射的气体检测装置还包括加热丝，所述加热丝绕设于所述透明气室的外壁上，用于对透明气室内的被测气体进行加热；所述加热丝的两端分别经过积分球上的第一进气口和第一出气口出来后与供电电路相连。
优选地，所述透明气室呈中间粗两头细的形状。
优选地，所述透明气室的中部呈类球形，两端均呈管状，分别用作透明气室的第二进气口和第二出气口。
优选地，所述基于积分球多次反射的气体检测装置还包括第一固定件和第二固定件，所述第一固定件和第二固定件分别设于所述积分球的第一进气口和第一出气口处，且分别与所述透明气室的两端相连，用于固定所述透明气室。
优选地，所述透明气室的两端分别延伸至积分球的外部，所述第二进气口处连接有进气阀门，所述第二出气口处连接有出气阀门。
优选地，所述基于积分球多次反射的气体检测装置还包括第三固定件和第四固定件，所述第三固定件和第四固定件分别设于所述积分球的入光口和出光口处，分别用于固定所述入光光纤和光电探测器。
优选地，所述透明气室由石英玻璃制成；所述积分球的内壁涂设有漫反射材料。
优选地，所述积分球上的入光口和出光口分别位于所述第一出气口的两侧。
优选地，所述入光光纤与第一透镜之间为熔接；所述第一透镜和第二透镜均为聚光透镜。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出一种基于积分球多次反射的气体检测装置，光线在积分球内部多次反射后经过气室被气体吸收，由于气体是独立于积分球储存在气室中的，因而可以防止积分球被气体污染腐蚀，降低应用成本。
进一步地，本发明的光源经入光光纤、第一透镜后进入积分球，在积分球内部多次反射，多次经过透明气室，从而增加了气体吸收光程，最终被光电探测器接收的光强为经过积分球内部多次反射和透明气室内的气体吸收之后的光强，通过标气定标可以得到光电探测器件接收信号强度和气体浓度之间的相关关系。标气定标方法为选几种已知浓度的气体标样，记录经所述基于积分球多次反射的气体检测装置后探测到的信号强度，利用拟合方法找到气体浓度与信号强度之间的数值关系，并选用已知浓度气体标样进行验证。
附图说明
图1为本发明一种实施例的基于积分球多次反射的气体检测装置的整体结构示意图；
1.第一出气口，2.第一半球，3.第一透镜，4.加热丝，5.第二半球，6.第一进气口，7.光电探测器，8.第二透镜，9.透明气室。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
由于现有技术中的气体检测装置存在面型加工精度较高以及造价比较昂贵的问题，且都是直接与被测气体接触的，若被所测气体腐蚀污染，则需要整体更换，从而造成应用成本的增加，为此，本发明提供了一种基于积分球多次反射的气体检测装置，光线在积分球内部多次反射后经过气室被气体吸收，由于气体是独立于积分球储存在气室中的，因而可以防止积分球被气体污染腐蚀，降低应用成本。
实施例1
如图1所示，本发明实施例中提供了一种基于积分球多次反射的气体检测装置，包括：
积分球，所述积分球包括相对设置的第一半球2和第二半球5，所述第一半球2上设有第一出气口1、入光口和出光口，所述入光口处设有第一透镜3，所述出光口处设有第二透镜8；所述第二半球5上设有第一进气口6；在本发明实施例的优选实施方式中，所述积分球的内壁上涂设有漫反射材料，所述漫反射材料可以是如硫酸钡、聚四氟乙烯等；所述第一透镜3和第二透镜8均为聚光透镜，所述第二透镜8的尺寸大于所述第一透镜3的尺寸；所述积分球上的入光口和出光口分别位于所述第一出气口1的两侧；
入光光纤，所述入光光纤一端设于所述第一半球2上的入光口处，且与所述第一透镜3相连，另一端连接有光源；在本发明实施例的优选实施方式中，所述入光光纤与第一透镜3之间为熔接；所述光源的选择需要根据所测气体的特征吸收波长来选定，该选定过程为现有技术；所述入光光纤和光源之间的连接关系和工作原理均为现有技术，二者均可以直接从市面上采购得到，因此，本发明中不做过多的赘述；
光电探测器7，所述光电探测器7设于所述积分球的外侧，其入光端与所述积分球上的出光口相连；所述光电探测器7要与所述光源相匹配，所述光电探测器7的具体结构和工作原理为现有技术，可以直接从市面上采购得到，因此，本发明中不做过多的赘述；
透明气室9，所述透明气室9设于所述积分球内，且所述透明气室9上设有第二进气口和第二出气口，所述第二进气口与所述积分球上的第一进气口6连通，用于实现对透明气室9进气；所述第二出气口与所述积分球上的第一出气口连通，用于实现对所述透明气室9出气；所述透明气室9应当由高透光、耐高温材料制成，在本发明实施例的优选实施方式中，所述透明气室9由石英玻璃制成；所述透明气室9呈中间粗两头细的形状；更优选地，所述透明气室9的中部呈类球形，两端均呈管状，分别用作透明气室9的第二进气口和第二出气口。
进一步地，在本发明实施例的一种具体实施方式中，为了便于固定所述透明气室9，提高本发明气体检测装置的稳定性，所述基于积分球多次反射的气体检测装置还包括第一固定件和第二固定件，所述第一固定件和第二固定件分别设于所述积分球的第一进气口6和第一出气口1处，且分别与所述透明气室9的两端相连。
进一步地，在本发明实施例的一种具体实施方式中，为了实现精确进气和出气，所述透明气室9的两端分别延伸至积分球的外部，所述第二进气口处连接有进气阀门，所述第二出气口处连接有出气阀门。
进一步地，在本发明实施例的一种具体实施方式中，为了便于固定所述入光光纤和光电探测器7，所述基于积分球多次反射的气体检测装置还包括第三固定件和第四固定件，所述第三固定件和第四固定件分别设于所述积分球的入光口和出光口处，分别用于固定所述入光光纤和光电探测器7。
综上所述，本发明实施例中的基于积分球多次反射的气体检测装置的工作原理具体为：
（1）向透明气室9中通入待测气体；
（2）启动光源，所述光源发出的光线经由所述入光光纤和第一透镜3后进入所述透明气室9，光线在积分球内多次反射后多次经过所述透明气室9，被透明气室9内的待测气体吸收，最终经由第二透镜8由光电探测器7接收，通过标气定标可以得到光电探测器7接收信号强度与待测气体浓度之间的相关关系，从而完成气体检测。
实施例2
所述基于积分球多次反射的气体检测装置还包括加热丝4，所述加热丝4绕设于所述透明气室9的外壁上，用于对透明气室9内的被测气体进行加热，以达到与被测气体排放管道同样的温度条件；所述加热丝4的两端分别经过积分球上的第一进气口6和第一出气口1出来后与供电电路相连。
综上所述：本发明提出一种基于积分球多次反射的气体检测装置，光线在积分球内部多次反射后经过气室被气体吸收，由于气体是独立于积分球储存在气室中的，因而可以防止积分球被气体污染腐蚀，降低应用成本。
进一步地，本发明的光源经入光光纤、第一透镜后进入积分球，在积分球内部多次反射，多次经过透明气室，从而增加了气体吸收光程，最终被光电探测器接收的光强为经过积分球内部多次反射和透明气室内的气体吸收之后的光强，通过标气定标可以得到光电探测器件接收信号强度和气体浓度之间的相关关系。所述的标气定标方法为选几种已知浓度的气体标样，记录经所述基于积分球多次反射的气体检测装置后探测到的信号强度，利用拟合方法找到气体浓度与信号强度之间的数值关系，并选用已知浓度气体标样进行验证。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于，包括：
积分球，所述积分球包括相对设置的第一半球和第二半球，所述第一半球上设有第一出气口、入光口和出光口，所述入光口处设有第一透镜，所述出光口处设有第二透镜；
所述第二半球上设有第一进气口；
入光光纤，所述入光光纤一端设于所述第一半球上的入光口处，且与所述第一透镜相连，另一端连接有光源；
光电探测器，所述光电探测器设于所述积分球的外侧，其入光端与所述积分球上的出光口相连；
透明气室，所述透明气室设于所述积分球内，且所述透明气室上设有第二进气口和第二出气口，所述第二进气口与所述积分球上的第一进气口连通；所述第二出气口与所述积分球上的第一出气口连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于：所述基于积分球多次反射的气体检测装置还包括加热丝，所述加热丝绕设于所述透明气室的外壁上，用于对透明气室内的被测气体进行加热；所述加热丝的两端分别经过积分球上的第一进气口和第一出气口出来后与供电电路相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于：所述透明气室呈中间粗两头细的形状。
4.根据权利要求3所述的一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于：所述透明气室的中部呈类球形，两端均呈管状，分别用作透明气室的第二进气口和第二出气口。
5.根据权利要求4所述的一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于：所述基于积分球多次反射的气体检测装置还包括第一固定件和第二固定件，所述第一固定件和第二固定件分别设于所述积分球的第一进气口和第一出气口处，且分别与所述透明气室的两端相连，用于固定所述透明气室。
6.根据权利要求4所述的一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于：所述透明气室的两端分别延伸至积分球的外部，所述第二进气口处连接有进气阀门，所述第二出气口处连接有出气阀门。
7.根据权利要求1所述的一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于：所述基于积分球多次反射的气体检测装置还包括第三固定件和第四固定件，所述第三固定件和第四固定件分别设于所述积分球的入光口和出光口处，分别用于固定所述入光光纤和光电探测器。
8.根据权利要求1所述的一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于：所述透明气室由石英玻璃制成；所述积分球的内壁涂设有漫反射材料。
9.根据权利要求1所述的一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于：所述积分球上的入光口和出光口分别位于所述第一出气口的两侧。
10.根据权利要求1所述的一种基于积分球多次反射的气体检测装置，其特征在于：所述入光光纤与第一透镜之间为熔接；所述第一透镜和第二透镜均为聚光透镜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190301 |
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